Докладчик: в.н.с. НОЦ НТ МГСУ Смирнов В.А.

ЗАДАЧИ И ПЕРСПЕКТИВЫ ЗАДАЧИ И ПЕРСПЕКТИВЫ НАНОТЕХНОЛОГИИНАНОТЕХНОЛОГИИ

В СТРОИТЕЛЬСТВЕВ СТРОИТЕЛЬСТВЕ

Nanotechnology: The application of scientific knowledge to control and utilize matter in the nanoscale, where properties and phenomena related to size or structure can emerge

(ISO/TS 80004-1:2010)

Нанотехнология: совокупность методов и приемов контролируемого воздействия на предметы, включающие нанообъекты и приобретающие на этой основе новые качества,

обеспечивающие их интеграцию в системы верхнего масштабного уровня(на основе проекта ТК 441 «Нанотехнологии – термины и определения»)

Задачи:Задачи:• Определение рациональной методики Определение рациональной методики

наноструктурирования строительных материаловнаноструктурирования строительных материалов• Выбор методологии технико-экономической оценки Выбор методологии технико-экономической оценки

целесообразности внедрения нанотехнологии в целесообразности внедрения нанотехнологии в строительствостроительство

• Оценка токсикологического влияния нанообъектов на Оценка токсикологического влияния нанообъектов на здоровье человеказдоровье человека

Цель:Цель:направленное структурообразование

строительных композитов

Определение методики Определение методики наноструктурирования наноструктурирования

строительных материаловстроительных материалов

• Введение в материал синтезированных нанообъектов

• Синтез нанообъектов в материале в процессе его изготовления

1) Сила притяжения при do<<

224

o

2o

p2

11

224

d

kE

dF

2) Сила притяжения Бьеркнеса (при протяженных агрегатах)

cos

24 2

24o

h

dFB

3) Сила притяжения Бернулли

2

26o

22

3

h

dFBe

При скорости звука 1500…2000 м/с и d0 = 10…100 нм характеристическая частота превышает 10 ГГц. В области гиперзвука произойдет поглощение звуковой энергии непосредственно вблизи активатора.

Введение синтезированных Введение синтезированных нанообъектов: нанообъектов: проблемы гомогенизации

Рациональная методика Рациональная методика наноструктурирования строительных наноструктурирования строительных

материаловматериалов

Синтез нанообъектов в процессе Синтез нанообъектов в процессе структурообразования структурообразования

Формирование наноразмерных Формирование наноразмерных слоёв на межфазных границахслоёв на межфазных границах

Структурные Структурные моделимодели

Приборная Приборная базабаза

Пример реализации:Пример реализации:диаметрально противоположное использование одного явлениядиаметрально противоположное использование одного явления

Наличие на поверхности силикатных материалов Наличие на поверхности силикатных материалов активных групп, способных к ионному обменуактивных групп, способных к ионному обмену

Ионный обмен: формирование Ионный обмен: формирование гидрофильной пленкигидрофильной пленки

(ноу-хау, http://afgt.ru)

Ионный обмен: формированиеИонный обмен: формированиегидрофобной пленкигидрофобной пленки

(ноу-хау, http://nocnt.ru)

Технология пеностекла: расширение сырьевой базы, повышение показателей эксплуатационных свойств (пониженная

теплопроводность)

Наполнитель для полимерных матриц: упрощение технологии, повышение показателей физико-механическихсвойств (повышенная прочность)

При наличии ... материаловедческой грамотности возможно ... любое силикатное изделие отнести к нанотехнологиямА.А. Кетов

Примеры реализации: Примеры реализации: зарубежный опыт

• Наноструктурные композиты на основе взаимопроникающих полимерных сеток

• Нанокомпозиты на основе гибридной органосиликатной матрицы

• Полимерные нанокомпозиты с низкой проницаемостью и стойкостью к воздействию агрессивных сред

Оценка целесообразности внедренияОценка целесообразности внедрения

qef=Фk

C

C – относительная стоимость технологии

Фk– относительное изменение обобщённого показателя качества материала

Коэффициент эффективности:

1)1) Разработать методики расчета экономических показателей, учитывающих Разработать методики расчета экономических показателей, учитывающих весь жизненный цикл работы материала.весь жизненный цикл работы материала.2)2) Сформулировать обобщенный критерий качества материала. Сформулировать обобщенный критерий качества материала. 3)3) Установить перечни и граничные значения свойств материала.Установить перечни и граничные значения свойств материала.

Ключевые подзадачи:Ключевые подзадачи:

Экологические вопросыЭкологические вопросы

Ключевые подзадачи:Ключевые подзадачи:

1)1) Подобрать способы и режимы обработки, обеспечивающие Подобрать способы и режимы обработки, обеспечивающие инкапсуляцию наночастиц в объеме среды-носителя и инкапсуляцию наночастиц в объеме среды-носителя и строительного материаластроительного материала

2) Подобрать вспомогательные вещества, обеспечивающие 2) Подобрать вспомогательные вещества, обеспечивающие агрегативную стабильность коллоидных систем и удаляющиеся агрегативную стабильность коллоидных систем и удаляющиеся для реализации потенциала наночастицдля реализации потенциала наночастиц

Малые размеры, большая удельная поверхность и высокая химическая активность наночастиц – предпосылки как положительных («самоочищающиеся» и антибактериальные покрытия на основе нанообъектов), так и отрицательных их свойств.

“Рекомендуется ... представлять сведения об использовании нанотехнологий или наноматериалов с подтверждением безопасности их использования для человека”

Постановление Главного санитарного врача РФ

Влияние ПАВВлияние ПАВЭнергетический потенциал:Энергетический потенциал: σ – поверхностное натяжение;

r – радиус наночастицы; k – постоянная Больцмана; T – температура; C∞ – концентрация вакансий в

макротеле; Cr – концентрация вакансий в

наночастице

∆V – изменение объема кристалла при замене атома на вакансию

E = r2 + kT(Cr − C∞)

Cr= C∞exp

VkTr2

Введение нанообъектов,исследование зависимостей

состав-свойство без широкого привлечения естественнонаучных

методов

Высокие затраты ресурсов,трудности обобщения результатов,

сложность прогноза

Приоритетная роль в Приоритетная роль в развитии технологии развитии технологии

управления управления структурообразованием на структурообразованием на

молекулярном уровне молекулярном уровне принадлежит принадлежит

специализированным специализированным подразделениям: подразделениям: научно-научно-

образовательным центрамобразовательным центрам

Структурная схема комплекса исследовательского оборудования НОЦ по направлению «нанотехнологии» ФГБОУ ВПО «Московский

государственный строительный университет»

Исследование структурных параметров

Исследование реологических свойств

Исследование эксплуатационных свойств

Исследование механических свойств

Исследование теплофизических свойств

Система пробоподготовки

Дифрактометр SAXSess mc2, анализаторы NOVA-2200e, Microtrack S3500 и Zetatrack, оптические микроскопы (Nikon MA-200 и др.), атомно-силовые микроскопы, спектрометр комбинационного рассеяния Senterra

Вискозиметры SV-10A (вибрационный), MCR 101 (ротационный, CGM)

Шлифовальный станок Opti DG20, гомогенизатор Vibra-Cell VCX 750, система микроволнового синтеза Anton Paar, мешалки C-MAG HS 7 IKA, KS 260 basic IKA, RW 16 basic IKA, RW 20 digital IKA, 16-L0005/B

Камеры комплексных испытаний LCE 6101T и Ardo CFR, сухожаровой шкаф Binder ED 23, Анализатор асфальтовых покрытий Pavement Technology

Наномеханическая система Nanotest 600, акустомеханический комплекс "Унисон", сервогидравлическое оборудование ADVANTEST 9, CONTROLS, комплект для термомеханического анализа Anton Paar

THB-анализатор, дилатометр L75VS1600LT

Исследование физико-химических свойств

ЯМР-релаксометр Minispec MQ, cистема анализа TitrIC 4; калориметр HDSC PT1600/1400

Информационый модуль Вычислительный и управляющий узлы

Оснащение НОЦ НТОснащение НОЦ НТ

Моделирование Моделирование структурообразования структурообразования

и прогноз свойстви прогноз свойств

Образовательная Образовательная деятельностьдеятельность

www.nocnt.ru

ВыводыВыводы

• Формируется нормативная база, способствующая развитию нанотехнологии в строительстве (материаловедении).

• Введение наночастиц может порождать экологические проблемы; использование активных способов гомогенизации (ультразвуковая обработка) нанодисперсных систем не полностью обеспечивает требуемую степень однородности смесей; применение вспомогательных веществ может блокировать активные центры нанообъетов, что нивелирует эффекты их введения.

• Стратегия реализации современной нанотехнологии в строительстве должна базироваться на использовании запасённой в веществе химической энергии: перспективны химические методы синтеза нанообъектов в структуре материала.

• Ведущая роль в подготовке инновационно-ориентированных специалистов для строительной отрасли, способных успешно решать задачи внедрения нанотехнологии, принадлежит специализированным подразделениям – научно-образовательным центрам.

Спасибо за внимание!Спасибо за внимание!