НАНОТЕХНОЛОГИИ В ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ М.А. АНАНЯН Национальная
реклама
Национальная ассоциация наноиндустрии ЗАО «Концерн «Наноиндустрия» НАНОТЕХНОЛОГИИ В ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ М.А. АНАНЯН Что есть НАНО? 1 нанометр = 10-9 метра ~ 10 диаметров атома водорода Особенности: Приложения: • Высокая удельная поверхность (до 1200 – 1500 м2/г) • Сверхтвердые, сверхлегкие коррозионнои износостойкие материалы и покрытия • Значительная энергонасыщенность наноразмерных структур • Катализаторы с высокоразвитой поверхностью • Законы квантовой физики • Наномембраны для систем тонкой очистки жидкостей • Способность наноструктур к самоорганизации и саморепликации • Сверхскоростные приборы наноэлектроники • Эффективные преобразователи энергии Уникальные механические электрические магнитные оптические химические свойства Нанотехнологии в ТЭК: • Ресурсосбережение • Альтернативные источники энергии • Наноматериалы для создания нового поколения энергетического, нефтяного и других видов оборудования ПРОТИВОИЗНОСНЫЙ НАНОМОДИФИКАТОР «СТРИБОЙЛ» СФЕРЫ ПРИМЕНЕНИЯ НЕФТЕДОБЫВАЮЩЕЕ ОБОРУДОВАНИЕ и ТЕХНИКА ТРАНСПОРТНЫЕ СРЕДСТВА ЖИЛИЩНОКОММУНАЛЬНОЕ ХОЗЯЙСТВО (насосы, компрессоры) СТАНОЧНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ СЕЛЬХОЗТЕХНИКА ПРОМЫШЛЕННОЕ И ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ СТРОИТЕЛЬНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ И ТЕХНИКА «СТРИБОЙЛ» ДОСТОИНСТВА ТЕХНОЛОГИИ Увеличение ресурса работы оборудования и межремонтного срока 1,5-2 раза Снижение коэффициента трения 20-30% Экономия топлива и электроэнергии 5-15% Снижение выбросов вредных газов и сажи до 50% НАНОМОДИФИКАТОР «СТРИБОЙЛ» – ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ Тип обработанного оборудования Металлорежущие станки: токарные, карусельные, лоботокарные, фрезерные вертикальные и горизонтальные, расточные и координатно-расточные, сверлильные Восстановленные детали и узлы Гидросистемы, шпиндели, редукторы, приводы, шаровые пары, подшипники всех типов Шлифовальное оборудование: шлифовальные станки всех типов, автоматические и полуавтоматические линии Гидросистемы, шпиндели, редукторы, приводы, шаровые пары, подшипники всех типов, системы правки шлифовальных кругов Станки: с ЧПУ, автоматические линии, обрабатывающие и роботизированные сборочные центры, роторные линии Гидросистемы, шпиндели, редукторы, приводы, шаровые пары, подшипники всех типов Компрессоры всех применяемых в машиностроении типов и моделей: поршневые, роторные, винтовые, плунжерные, мембранные и т.д. Кузнечное и прессовое оборудование: молоты и штампы, прокатные и правильные станы, заготовительное оборудование и т.д. Подъемно-транспортное оборудование: краны портальные, козловые, железнодорожные, тельферы и кран-балки, транспортеры и элеваторы, накопители Кривошипно-шатунный механизм, лубрикаторы, подшипники, насосы высокого и низкого давления, цилиндропоршневые группы Шнеки и ползуны, кривошипно-шатунные механизмы, подшипники качения и скольжения, рабочая поверхность валов, редукторы, насосы и компрессоры Редукторы всех существующих моделей и видов, подшипники всех типов Насосы и вентиляторы всех типов и назначения Редукторы, подшипники всех типов Транспортные средства всех типов и назначения Двигатели внутреннего сгорания, дизели, редукторы, коробки передач, подшипники всех типов Энергетические установки, котлы высокого давления Нагруженные винтовые пары Эффект применения на дизелях в железнодорожном транспорте Увеличение давления сгорания до 25-40% Рост степени сжатия до 15-25% Снижение расхода топлива до 10% (что приводит к экономии 500 тысяч рублей в год на одном дизеле) Увеличение мощности до 2-3% Локомотивный Дизель-5Д49 Снижение отрицательного воздействия на окружающую среду за счет уменьшение содержания газов СО и НС в выхлопе Заметное уменьшения вибрации и шума при работе Тепловозный дизель 10Д100 ПЕРСПЕКТИВНЫЕ ОБЛАСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ НАНОЧАСТИЦ МЕТАЛЛОВ Ag, Cu, Zn, Fe, Co, Pd ЛАКОКРАСОЧНЫЕ МАТЕРИАЛЫ и ДРУГИЕ ВИДЫ ПОКРЫТИЙ (антисептические, антикоррозионные) ЗАЩИТА ОТ БИОКОРРОЗИИ НАНОЧАСТИЦЫ СЕРЕБРА СИСТЕМЫ ОЧИСТКИ ЖИДКОСТЕЙ ФИЛЬТРЫ СИСТЕМЫ КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ НАНОСТРУКТУРИРОВАННЫЕ КОНСТРУКЦИОННЫЕ МЕТАЛЛЫ И СПЛАВЫ СЛОЖНОЛЕГИРОВАННЫЕ МНОГОСЛОЙНЫЕ ПОКРЫТИЯ НАНОКОМПОЗИТЫ И ПОЛИМЕРНЫЕ ПЛЁНКИ С ЗАДАННЫМИ СВОЙСТВАМИ НАНОКАТАЛИЗАТОРЫ ЖАРО– и ИЗНОСОСТОЙКИЕ МЕДНЫЕ НАНОГРАНУЛИРОВАННЫЕ КОМПОЗИЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ Электроды для точечной контактной сварки Сильноточные контакты для электрических аппаратов и оборудования Достоинства: повышение износостойкости токосъемных элементов в 2 - 5 раз при экономии потребляемой энергии контактной сети на 5 - 6%; увеличение износостойкости электродов для точечной контрактной сварки до 1,5 - 2 раз при экономии электроэнергии на 15 - 30%. Составные токосъёмные вставки и элементы ВОЗМОЖНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ ВНЕДРЕНИЯ УГЛЕРОДНЫХ КАРКАСНЫХ СТРУКТУР Новые виды конструкционных и композитных материалов Радиопоглощающие материалы и покрытия Пленочные структуры для сенсорных устройств различного назначения Огнезащитные покрытия Материалы для оптоэлектроники Электропроводящие и антистатические клеи Аккумуляторы метана и водорода Стойкие покрытия для различных поверхностей Фильтры для газовых и жидких сред Мембраны Катализаторы Промышленная установка для получения нанотрубок Изображение нанотрубок, полученное на СЭМ ГРАФЕН – МОНОСЛОЙ АТОМОВ УГЛЕРОДА Сферы применения: Композитные материалы Суперконденсаторы Электроды батарей и топливных элементов Хранение водорода Защита от внешних полей и излучений Характеристики Площадь поверхности Теплопроводность Электропроводность до 2600 м2/г 3000-5000 Вт/(м*К) 2105 см2/(В*с) ПРОДУКТЫ ИЗ СУБМИКРО- И НАНОРАЗМЕРНЫХ ТИТАНАТОВ КАЛИЯ Полититанаты калия и наноразмерные частицы. - порошок белого цвета, содержащий субмикро– Способ использования: - Введение в виде добавки в существующие материалы. - Использование без обработки. Безопасны для здоровья производственного персонала в производстве и при применении. Продукция Агломерат чешуек полититанатов калия Высокопрочная керамика Огнеупорные материалы Легковесные теплоизоляционные материалы Керамические фильтры для ультрафильтрации щелочных расплавов и растворов Нейтрализация и утилизация гальванических шламов Чешуйки полититанатов калия ВЫСОКОПРОЧНАЯ КЕРАМИКА Основа: чешуйчатые полититанаты калия Характеристики керамики: Прочность на сжатие, МПа 1350 Прочность на изгиб, МПа 680 Микротвердость, МПа 480 Плотность, г/см3 3,1 ТКЛР, *106 К-1 6,2 Стойкость к тепловому удару, количество теплосмен 1100-25оС Термостойкость, оС более 10 1300 МЕТАЛЛО - МАТРИЧНЫЕ КОМПОЗИТЫ Содержание полититаната калия в материале: 1-3 масс.% (проверено), 10-25% (в перспективе) Характеристики исходного сплава и полученного композита : Свойства Плотность, г/см3 Прочность на сжатие, МПа ТКЛР ·106 , К-1 Удельное объемное сопротивление, 10-2 Ом·см Сплав «Авиаль» 2,47 120 12,9 2,32 Композит на основе сплава «Авиаль» с добавкой 3% полититаната калия 2,52 440 12,0 2,07 Материал Перспективные направления использования: Авиастроение ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ АЛЮМИНИЕВЫХ НАНОКОМПОЗИТОВ Показатели Композиты с алюминиевой матрицей и оксидными наполнителями (проект) Известные алюминиевые сплавы Предел прочности при растяжении 750 ÷ 900 МПа 250 ÷ 590 МПа Модуль упругости 210 ÷ 330 МПа 65 ÷ 80 МПа Верхняя граница температуры эксплуатации +400 ÷ 480 ОС 150 ÷ 180 ОС Температурный коэффициент линейного расширения (5,5 - 7,2)*106 К-1 (11 - 13)*106 К-1 ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ТИТАНОВЫХ НАНОКОМПОЗИТОВ Композиты с титановой матрицей и оксидными наполнителями (проект) Известные титановые сплавы 1800 ÷ 2100 МПа 500 ÷ 700 МПа 270 ÷ 345 МПа 110 ÷ 130 МПа Нижняя граница температуры эксплуатации -160 ОС -45 ОС Верхняя граница температуры эксплуатации +800 ÷ 950 ОС 500 ОС (4 - 5)*106 К-1 (9 - 11)*106 К-1 Показатели Предел прочности при растяжении Модуль упругости Температурный коэффициент линейного расширения НЕЙТРАЛИЗАЦИЯ И УТИЛИЗАЦИЯ ГАЛЬВАНИЧЕСКИХ ШЛАМОВ (ОТХОДОВ НИКЕЛИРОВАНИЯ, ХРОМИРОВАНИЯ) Установлено что: Полититанаты : – нейтрализуют сернокислый раствор гальванического шлама; – адсорбируют из раствора ионы тяжелых металлов и образовывают водонерастворимые соединения. Остающийся раствор является нейтральным и содержит ионы тяжелых металлов в пределах, допустимых стандартами (водный раствор K2SO4, [Ni]= 0,17 мг/л, [Cr]=0,07 мг/л). Осадок используется для получения керамики с высокими эксплуатационными свойствами (прочность (110 МПа). НАНОТЕХНОЛОГИИ В КЕРАМИКЕ Высококачественные порошки, в том числе ультра- и нанодисперсные, для производства оксидной и бескислородной керамики со стабильным химическим, фазовым и гранулометрическим составом. Новые виды армирующих элементов (нитевидных кристаллов, волокон, микросфер, дисперсных частиц). Высокопрочные термостойкие композиционные материалы и покрытия, в том числе нанокерамические, на основе тугоплавких соединений нитридов, карбидов, оксидов. Изделия из нанокерамики. ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЦИРКОНИЕВОЙ НАНОКЕРАМИКИ Ударная вязкость 14 МПа∙м Твердость 12 ГПа Прочность До 500 МПа Размер зерен и пор От 20 до 800 нм ИЗДЕЛИЯ СЛОЖНОЙ ФОРМЫ ИЗ ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ НАНОКЕРАМИКИ Уплотнители гидронасосов, турбины бензонасосов Фильеры, дорны, калибры, экструзионные матрицы Прецизионные керамические корпуса СВЧ-смесителей для систем сотовой связи Пьезо- и электрокерамика Мишени для магнетронного распыления УГЛЕРОДНЫЙ НАНОКОМПОЗИТ ПЕРСПЕКТИВЫ ПРИМЕНЕНИЯ В ПРОМЫШЛЕННОСТИ Свойства: антифрикционные, устойчивы к износу и воздействию агрессивных сред, способны выдерживать высокие механические нагрузки и температуры. Дизель 5Д49 Сфера применения: создание различных деталей и технических узлов, в том числе: газодинамических подшипников, работающих с любым контртелом с минимальным износом; подшипников скольжения в узлах трения; торцевых уплотнителей, работающих при высоких окружных скоростях вращения и в энергонасыщенных узлах трения; Тормозная колодка уплотнительных колец в насосах для перекачки агрессивных жидкостей и аппаратах, в которых возможны высокотемпературные режимы работы технических узлов; деталей вентилей, кранов, насосов, инжекторов; распылительных сопел химической аппаратуры; Насос для химического производства деталей узлов трения мощных двигателей; тормозных колодок скоростных поездов; пресс-форм для горячего прессования. ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ УГЛЕРОДНЫХ НАНОКОМПОЗИТОВ Показатель Плотность Значение 1,8 г/см3 Предел прочности при: растяжении 100 МПа изгибе 200 МПа сжатии 500 МПа Микротвердость 1000 МПа Модуль упругости 210 ГПа Коэффициент термического расширения 5,5 · 10-6 К-1 Удельное электросопротивление 1,5 · 10-5 Ом · м Коэффициент газопроницаемости 1 · 10-6 см/с Скорость окисления на воздухе: при температуре 600 ОС 7,5 · 10-6 г/см2 · мин при температуре 900 ОС 5 · 10-4 г/см2 · мин ПРИМЕНЕНИЕ УГЛЕРОДНОГО НАНОКОМПОЗИТА в МАШИНОСТРОЕНИИ МЕТАЛЛОУГЛЕРОДНЫЕ НАНОКОМПОЗИТЫ Металлоуглеродный композит (наномодификатор) - это наночастицы металла (медь, никель, кобальт, железо), стабилизированные в углеродных наноплёночных структурах Назначение наномодификаторов: модификация композиционных материалов с целью улучшения их характеристик Формы выпуска: порошки, тонкодисперсные водные или органические суспензии Используются для модификации неорганических строительных и полимерных материалов с целью повышения их прочности и термических характеристик, в частности: различных типов клеев и эпоксидных композиций (адгезионная прочность при сдвиге – рост на 27% - 80%, адгезионная прочность при отрыве – рост на 17% - 47%; термостабильность - увеличение от 850С до 1950С) эпоксидных стеклопластиков (прочность при изгибе и модуль упругости – увеличение на 20%) поливинилхлоридных пленок (прочность при разрыве - увеличивается на 13%; поверхностное электросопротивление - снижается в 3,3 раза) НАНОМАТЕРИАЛЫ НА ОСНОВЕ ГИДРОКСИДОВ АЛЮМИНИЯ Структуры 50 нм 50 нм Равновесные Нитевидные Эффективность применения нанокристаллических материалов Большая удельная поверхность обеспечивает: 250 Очистку водных и газовых сред от патогенных микроорганизмов, вирусов и токсинов Очистку питьевой и технологической воды Улавливание из промывных вод ценных металлов с целью снижения их потерь в технологическом процессе Изменение свойств, % Высокие сорбционные свойства 200 150 100 50 0 Износ деталей в масле Коррозионные потери металла Шероховатость поверхности при полировке стекла, кремния Прочность керамики Твердость полимерного композита без добавок с добавкой нанокристаллических оксидов и гидрооксидов алюминия НАНОЦЕЛЛЮЛОЗА – ОБЪЕКТ НАНОТЕХНОЛОГИЙ Наноцеллюлоза – природные наночастицы, получаемые из растительных волокон в виде нанофибрилл или нанокристаллов. Волокна наноцеллюлозы тоньше человеческого волоса в 50 раз Привлекательные качества: неограниченность, доступность и возобновляемость сырьевых ресурсов высокая прочность (прочность на разрыв 10 ГПа, модуль упругости – до 150 ГПа) возможность применения в качестве армирующего наполнителя в композиционных полимерных материалах за счет формирования трехмерных взаимопроникающих сеток Применение ИНФРАКРАСНЫЕ (ИК) ГОРЕЛКИ С ОБЪЕМНОЙ МАТРИЦЕЙ Идея: Увеличение времени пребывания полупродуктов сгорания в условиях высокой температуры Инфракрасная горелка газовой плиты Инфракрасный модуль газового котла Решение: Сжигание газа в глубокой полости матрицы Создание протяженного туннельного радиационного экрана, т.е. переход от топографии плоской матрицы к объемной - трехмерной Снижение токсичности отходящих газов ГОСТ 30735-2001 ИК горелки LRW (Швейцария) Голубой ангел (Германия) CO (мг/м3) 130 < 15 80 100 NOx (мг/м3) 200 < 15 120 170 Конструктивные особенности горелок с объемными проницаемыми матрицами • • • • • Рабочая поверхность матрицы представляет собой объемную геометрическую фигуру. Матрица изготавливается из газопроницаемого пористого материала керамики или металла. Горение происходит в поверхностном слое объемной матрицы. В результате сильного теплоотвода от фронта пламени в матрицу, температура горения снижается, что приводит к снижению окислов азота в продуктах сгорания. Полнота сгорания достигается за счет дожигания СО в глубокой полости матрицы путем существенного увеличения времени пребывания полупродуктов сгорания в условиях высокой температуры. Преимущества ИК-горелок с объемной матрицей Области возможного применения Высокая эффективность сжигания Водогрейные котлы для ЖКХ углеводородного топлива – до 99% и Устройства для тепловой обработки строительных материалов (сушка песка, керамики, кирпича) выше. Высокие экологические показатели – токсичность отходящих газов на уровне фоновых значений: CO и NOx – не превышает 15 ppm. при полном отсутствии углеводородов и сажи. Возможность получения значительных тепловых потоков – до 2500 кВт/м2. Нагревательные устройства в пищевой промышленности Устройства для ремонта и строительства (дороги, аэродромы) Устройства для оттаивания мерзлого грунта и взлетно-посадочных полос Нагревательные печи в металлургии Высокоэффективные нагревательные устройства для нефтедобывающей, газодобывающей и нефтеперерабатывающей промышленности СЕМИНАРЫ НАЦИОНАЛЬНОЙ АССОЦИАЦИИ НАНОИНДУСТРИИ 4. Использование нанотехнологий в агропромышленном комплексе России 5. Возможности и проблемы нанобиологии и наномедицины 6. Фотоника и нанотехнологии – взаимная необходимость 7. Нанотоксикология и стандарт безопасности 1. Использование нанотехнологий при утилизации широкого спектра промышленных и бытовых отходов 2. Нанотехнологии в строительных материалах и конструкциях 3. Моделирование нанотехнологических процессов и наноструктур Инженерный журнал «НАНОТЕХНИКА» ISSN 1816-4498 Год основания 2004 Журнал включен в Перечень ведущих рецензируемых научных журналов и изданий, в которых должны быть опубликованы основные научные результаты диссертации на соискание ученой степени доктора и кандидата наук (Перечень ВАК). ДЕЙСТВУЮЩАЯ СЕТЕВАЯ СТРУКТУРА СОЗДАНИЯ ПРИКЛАДНЫХ НАНОТЕХНОЛОГИЙ, ВОСТРЕБОВАННЫХ ОТЕЧЕСТВЕННЫМИ ОТРАСЛЯМИ РЕАЛЬНОЙ ЭКОНОМИКИ Базовые нанотехнологии Анализ потребительского рынка Кооперация Национальная ассоциация наноиндустрии ЗАО «Концерн «Наноиндустрия» СЕТЕВАЯ СТРУКТУРА региональных центров Информационная поддержка направления «Наноиндустрия» Коммерциализация нанотехнологий Мониторинг технических и технологических проблем отраслей Мониторинг достижений в сфере нанотехнологий. Формирование ведомственных программ Международное сотрудничество ВРЕМЯ ИНТЕГРАЦИИ Межрегиональная ассоциация «Большой Урал» Ассоциация промышленных предприятий Удмуртии Международная ассоциация «Метро» Лазерная ассоциация России Ассоциация предприятий ОПК Челябинской области Российская ассоциация производителей станкоинструментальной продукции «Станкоинструмент» Союз производителей композитов Российское общество инженеров строительства Русская ассоциация МЭМС Российский Союз химиков Союз инженерных обществ России Ассоциация «Электрокабель» Ассоциация производителей электронной аппаратуры и приборов Ассоциация разработчиков, изготовителей и поставщиков средств индивидуальной защиты Ассоциация «Межрегиональный центр наноиндустрии» Национальная ассоциация наноиндустрии Ассоциация делового сотрудничества в области передовых комплексных технологий «АСПЕКТ» Ассоциация «НЕДРА» Ассоциация «Союз авиационного двигателестроения» Ассоциация лесного машиностроения России «РОСЛЕСМАШ» Международный союз производителей металлургического оборудования «МЕТАЛЛУРГМАШ» Научно-промышленная ассоциация арматуростроения ПРИГЛАШАЕМ! X-я Международная научно-практическая конференция «НАНОТЕХНОЛОГИИ - ПРОИЗВОДСТВУ 2014» 3 - 5 апреля 2014 года в г. Фрязино Московской области Цель конференции – содействие деловому сотрудничеству в сфере создания и развития наноиндустриальных производств, ориентированных на получение принципиально новых видов продукции, снижение энергоемкости технологических процессов, повышение безопасности, улучшение условий и качества жизни людей путем практического использования нанотехнологий. Организаторы конференции: Министерство науки и образования РФ, Министерство инвестиций и инноваций Московской области, ОАО «РОСНАНО»,Торгово-промышленная палата РФ, Администрация г.Фрязино,Национальная ассоциация наноиндустрии, ЗАО "Концерн Наноиндустрия". В рамках конференции планируется организовать: пленарные заседания и доклады по отдельным направлениям развития нанотехнологий; стендовые доклады; круглые столы, выставку образцов нанотехнологической продукции и нанотехники. Сайт конференции: http://www.nanotech.ru/fr-2014/ Адрес Оргкомитета конференции: Россия, 119334, г. Москва, ул. Бардина, дом 4, корпус 1. Тел./Факс: +7 (499) 135-80-90; +7 (499) 135-98-60, +7 (499) 135-61-33 E-Mail: [email protected], [email protected]. БЛАГОДАРЮ ЗА ВНИМАНИЕ! НАЦИОНАЛЬНАЯ АССОЦИАЦИЯ НАНОИНДУСТРИИ Президент Михаил Арсенович АНАНЯН д.т.н., академик РАЕН, генеральный директор ЗАО «Концерн «Наноиндустрия» 119334, Москва, ул. Бардина, д. 4, корп. 1 Тел. / факс (499) 135-80-90 E-mail: [email protected] www.nanotech.ru
