IX Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2017

В рамках данной работы будут рассмотрены наноматериалы как вид современных конструкционных материалов и диапазон их использования. Основой для обзора являются научные труды и изыскания молодых ученых моей «альма-матер» - РГУПС , а также других современных научных площадок. Одной из важнейших задач современного этапа развития отечественного машиностроения в том числе вагоностроения, является существенное повышение качества, надежности и долговечности деталей, узлов и механизмов. Эта проблема может решаться только на основе комплексного подхода, включающего как создание новых материалов, так и разработка и освоение эффективных технологий, упрочняющих металлические материалы. Одно из интереснейших и перспективных направлений в науке о полимерах и материаловедении последних лет - разработка принципов получения полимерных нанокомпозитов.

Впервые концепция наноматериалов сформулирована Г. Глейтером ( 1), который ввел в научный обиход и сам термин (сначала как нанокристаллические материалы, потом наноструктурные, а также нанофазные, нанокомпозитные и т. д.). Решающая роль многочисленных поверхностей раздела в наноматериалах как основе для существенного изменения свойств твердых тел какпутем модификации структуры и электронного строения, так и в результате новых возможностей легированияэлементами независимо от их химической природыи атомных размеров, -теперь не вызывает сомнения(1) . Наноматериалы - материалы, разработанные на основе наночастиц с уникальными характеристиками, вытекающими из микроскопических размеров их составляющих. Полимерные нанокомпозиты – это полимеры или сополимеры, включающие наночастицы. Согласно терминологии, принятой IUPAC (Международный союз теоретической и прикладной химии), наночастицы - это частицы, размеры которых не превышают 100 нанометров. Наночастицу иногда называют нанообъектом, который рассматривается как конгломерат или агрегатная частица, состоящая примерно из тысячи атомов и являющаяся частью объемного материала. Известны следующие нано-объекты:

-Аэрогель;-Аэрографит - самый твёрдый материал;

- Нанокристаллы;

- Фуллерены — молекулярные соединения, принадлежащие классу аллотропных форм углерода (другие — алмаз, карбин и графит) и представляющие собой выпуклые замкнутые многогранники, составленные из чётного числа трёх координированных атомов углерода;- Углеродные нанотрубки — протяжённые цилиндрические структуры диаметром от одного до нескольких десятков нанометров и длиной до нескольких сантиметров, состоящие из одной или нескольких свёрнутых в трубку гексагональных графитовых плоскостей (графенов) и обычно заканчивающиеся полусферической головкой;

- Графен — монослой атомов углерода, полученный в октябре 2004 года в Манчестерском университете (TheUniversityOfManchester). Графен можно использовать как детектор молекул (NO2), позволяющий детектировать приход и уход единичных молекул. Носители зарядов в графене обладают высокой подвижностью при комнатной температуре, благодаря чему с решением проблемы формирования запрещённой зоны в этом полуметалле графен оказывается перспективным материалом, заменяющим кремний в интегральных микросхемах;- Самоочищающиеся поверхности на основе эффекта лотоса;

- Наноаккумуляторы — в начале 2005 года компания AltairNanotechnologies (США) объявила о создании инновационного нанотехнологического материала для электродов литий-ионных аккумуляторов. Аккумуляторы с Li4Ti5O12 электродами имеют время зарядки 10-15 минут.

За прошедшие несколько лет само содержание понятия наноматериалы и идеи наноструктурного материаловедения наноматериалы активно развиваются. Кроме традиционных консолидированных наноматериалов, к этим объектам относят также нанополупроводники, нанополимеры, нанопористые материалы, многочисленные углеродные наноструктуры, нанобиоматериалы, супрамолекулярные структуры и катализаторы (1). В настоящее время разработаны принципы создания принципиально новых металлополимерных материалов триботехнического назначения, в которых основную нагрузку берет на себя металл(бронза ,сталь, латунь,), а высокие антифрикционные характеристики обеспечиваются наномодифицированным твердым смазочным материалом, расположенным в пазах, углублениях, отверстиях перфорации. Созданы смазочные композиции c нанокластерными добавками для тяжелонагруженныхтрибосопряжений (2).

Одна из последних разработок в РГУПСе - создание на основе нанотехнологий антифрикционных многослойных покрытий, в которых основную нагрузку берет на себя металл силового каркаса, а высокие антифрикционные характеристики обеспечиваются наноструктурным покрытием. Такие покрытия могут быть применены на предприятиях транспорта, тяжелого и легкого машиностроения, химической и нефтеперерабатывающей промышленности (2). Использование полимеров в поглощающих аппаратах позволяет улучшить их эксплуатационные характеристики, повысить энергоемкость и надежность, обеспечить сохранение работоспособности амортизаторов в широком температурном интервале (3). На сегодняшний день наноструктурные материалы на основе минералов подкласса филлосиликатов находят все более широкое применение во многих отраслях промышленности. Филлосиликаты - превосходные наполнители, катализаторы и основными компоненты многих технически важных систем и материалов. Проведенные на основе патентной информации исследования технического уровня и конкурентоспособности создаваемой технологии получения филлосиликатных функциональных наноматериалов позволили определить тенденции и перспективы развития выбранного направления разработок, оценить их технический уровень, осуществить отбор наиболее конкурентоспособных результатов интеллектуальной деятельности (РИД). Результаты анализа РИД показывают, что слоистые силикатные минералы находят широкое применение в химической, нефтегазовой, автомобильной и лакокрасочной промышленности, а также строительстве и машиностроении. Существует ряд научно-технических разработок, направленных на улучшение эксплуатационных характеристик продукции путем использования для ее производства чистых и модифицированных филлосиликатов (природных и синтетических). Актуальность и востребованность этих материалов оправдана доступностью их почти в любых райо.нах нашей страны и за ее пределами, относительно низкой стоимостью, простотой применения, специфическими свойствами, возможностью их широкой вариации. Однако в большинстве случае возможности их практического использования в естественном виде ограничены. В связи с этим необходимым является создание и совершенствование методов активирования и модифицирования этих минералов с целью улучшения комплекса их физико-химических и сорбционных свойств.

Остаются недостаточно изученными механизмы их модификации, а также технологические аспекты получения и обработки функциональных материалов на их основе. В частности, динамика интеркалированного полимера в ограниченном межпакетном пространстве филлосиликатов и механизм полимерной интеркаляции, нанокомпозиты «эпоксидные смолы—монтмориллонит», ультрадисперсные среды- получение нанопорошков методом химического диспергирования ворганомодифицированных минералах являются недостаточно изученными.

Разработка принципиально новых решений, обеспечивающих достижение в исследуемых филлосиликатных функциональных наноматериалах технико-экономических показателей, превосходящих показатели лучших отечественных и зарубежных аналогов, возможна путем модификации их структуры, направленного воздействия на сорбционные и другие физические характеристики (4). Это в основном результаты проявленияразмерных эффектов, и идеи еще ожидают своегополного практического воплощения (1). Созданы справочники наноматериалов и систематизируются инновационные разработки на лучших современных научных площадках. По американским прогнозам, мировой рынок нанотехнологической продукции через 10–15 лет составит около1 трлн долл.; доля наноматериалов в этом весьма значительна (около 340 млрд) . Итак, обоснование работоспособности наноматериалов уже не важнейшая проблема наноструктурного материаловедения, а решаемая.

В этой связи углубление наших знаний в области размерных эффектов и термической стабильности ( 1) , т. е. вопросов, являющихся общими практически для всех типов наноматериалов, актуально и востребовано. Более того, затрагиваемые фундаментальные вопросы имеют общий характер и будут представлять интерес для металлургической промышленности, связанной с разработкой других сплавов, например, сталей, по-прежнему широко используемых в вагоностроении.

Список литературы

1. УДК 620.18 Наноматериалы: концепция и современные проблемы, Андриевский Р. А.[Электронный ресурс] http://www.chem.msu.su/rus/jvho/2002-5/50.pdf дата обращения 18.12.2016. РОСЖЕЛДОР, ФГБОУ ВПО РГУПС, Научно – техническая библиотека.

2. Колесников Владимир Иванович. Библиография. [Электронный ресурс]

lib.rgups.ru/biblioteka/Kolesnikov_ykazatel.rtf (дата обращения 17.12.2016)[Электронный ресурс]

http://dic.academic.ru/dic.nsf/ruwiki/32640#.D0.9D.D0.B0.D0.BD.D0.BE.D0.BC.D0.B0.D1.82.D0.B5.D1.80.D0.B8.D0.B0.D0.BB.D1.8B дата обращения 18.12.20163. [Электронный ресурс] phizika_o_hod_vypolneniya_proekta_27_11_2014.docx

http://www.rgups.ru/site/assets/files/39146/phizika_o_hod_vypolneniya_proekta_27_11_2014.docx (дата обращения 18.12.2016).

4.[Электронный ресурс] http://vniizht.ru/files/34-36.pdf дата обращения 18.12.2016.5.[Электронный ресурс] http://rzd-expo.ru/ дата обращения 18.12.2016

7.[Электронный ресурс] http://allgosts.ru/45/060/gost_33683-2015 дата обращения 18.12.2016.

8. [Электронный ресурс] http://pda.fedpress.ru/magazine/aprel-mai-2015/vagony-iz-kosmosa-dlya-zemnykh-zadach дата обращения 18.12.2016.

9.[Электронный ресурс] http://kommersant.ru/doc/2797657 дата обращения 18.12.201610. МасуоХосокава, Кийоши Ноги, МакиоНаито. Справочник по технологии наночастиц. М. Научный мир. 2013г., 769с.

6

Код для цитирования: Скопировать