Изобретения, основанные на использовании нанотехнологий, позволяют получить принципиально новые технические результаты. Часть 1

Всовременных условиях использование изобретений ученых, инженеров и специалистов может способствовать эффективному решению задач им-портозамещения и повышения производительности труда. Как известно, изобретение – это новое, обладающее существенными отличиями решение технической задачи, обеспечивающее положительный эффект (новые технологии, конструкции, новые вещества). В статье рассмотрены сущность, технический результат, практическая значимость некоторых изобретений, относящихся к области нанотехнологий.

ОБЗОР ИЗОБРЕТЕНИЙ В ОБЛАСТИ НАНОТЕХНОЛОГИЙ

ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ

Способ получения нанопорошка карбида титана (RU 2707596 С2)

Изобретение относится к неорганической химии и нанотехнологии и может быть использовано для получения износостойких абразивных материалов, высокотемпературных керамических материалов и покрытий, высокопрочных композиционных материалов [1].

Рис. 1

В вертикально ориентированный реактор 1 (Рис. 1) из термостойкого диэлектрического материала подают нисходящий ламинарный поток газа-носителя 2. Сверху внутрь реактора вводят титановую проволоку, разогревают ее в высокочастотном поле противоточного индуктора 3 до температуры плавления, получают на ее конце каплю 4 расплавленного титана, бесконтактно подвешивают каплю между витками противоточного индуктора и обеспечивают испарение металлического титана с поверхности капли. Потоком газа-носителя 2 непрерывно уносят пары титана от капли 4, обеспечивают конденсацию паров в наночастицы титана в зоне конденсации 5 и направляют их в зону реакции 6, куда также подают углеродсодержащий газ-реагент 7 из натекателя 8. Полученные наночастицы карбида титана переносят в зону ох- лаждения 9, улавливают их фильтром и получают товарный продукт в виде нанопорошка карбида титана в свободно-насыпном состоянии со средним размером частиц менее 30 нм и с регулируемым соотношением титана и углерода без галогенов и кислорода. Испарение титана из капли 4 восполняют непрерывной подачей титановой проволоки. В качестве газа-носителя используют инертный газ, а в качестве газа-реагента – углеводород из класса алканов, алкенов или алкинов.

Технический результат изобретения выражается: – в упрощении технологического цикла и обеспечении непрерывного процесса получения нанопорошков карбида титана;

– в получении нанопорошка TiC в свободно-насыпном состоянии в виде частиц со средним размером менее 30 нм, в получении нанопорошка карбида титана с регулируемым соотношением титана и углерода и расширении тем самым технологических возможностей способа и области его применения.

Способ получения упрочняемого оксидами нанопорошков металлов композиционного материала на основе железа (RU 2707686 С1 )

Изобретение относится к области порошковой металлургии, а именно к разработке технологии изготовления упрочняемых дисперсными нанооксида-ми сталей, и может быть использовано, в частности, для изготовления высокопрочных конструкционных деталей подвижного состава железнодорожного транспорта [2].

Техническим результатом предлагаемого изобретения является снижение трудоемкости, сокращение времени технологического процесса, повышение прочностных характеристик композиционного материала на 20–30% за счет повышения скорости вращения устройства для измельчения (шаровой мельницы) до 3000 об/мин, использования моно-дисперсных термоустойчивых нанооксидов, получаемых путем высокоэнергетического воздействия на исходные компоненты.

Вышеуказанный технический результат достигается за счет способа получения упрочняемого оксидами нанопорошков металлов композиционного материала на основе железа, включающего механическое легирование смеси, приготовленной из порошка малоустойчивого при деформации оксида железа и порошка легированной стали, в качестве которого используют нанопорошок стали, легированной иттрием и/или титаном, и/или вольфрамом, образующими термоустойчивые нано-оксиды.

ОБЗОР ИЗОБРЕТЕНИЙ В ОБЛАСТИ НАНОТЕХНОЛОГИЙ

Способ модификации углеродных нанотрубок для получения гидрофильных или гидрофобных поверхностей (RU 2707930 С1)

Изобретение относится к области физики и нанотехнологии и может быть использовано при изготовлении суперконденсаторов, фильтров и сенсоров [3].

Углеродные нанотрубки для обеспечения требуемых значений краевого угла смачиваемости модифицируют путем облучения потоками ионов, например ионами аргона, гелия, железа, углерода, тербия. Используют массив углеродных нанотрубок диаметром от 8 до 250 нм, при этом плотность массива от 0,1 до 3 г/см3. Для получения углеродных нанотрубок со значением краевого угла смачиваемости около 180о поверхность нанотрубок облучают пучком ионов с обеспечением параметров смещения на атом (DPA), деленного на средний диаметр углеродных нанотрубок в образце, до 0,0075 DPA/нм включительно.. Для получения углеродных нанотрубок со значением краевого угла смачиваемости менее 90о поверхность нанотрубок облучают пучком ионов с обеспечением параметров смещения на атом (DPA), деленного на средний диаметр углеродных нанотрубок в образце, более 0,025 DPA/нм. Изобретение позволяет управлять смачиваемостью поверхности углеродных нанотрубок и получать гидрофобные или гидрофильные покрытия.

Сферический порошок псевдосплава на основе вольфрама и способ его получения (RU 2707455 C1)

Изобретение относится к сферическому порошку псевдосплава на основе вольфрама [4]. Ведут гранулирование порошка наноразмерного композита, состоящего из металлических частиц с размерами менее 100 нм и полученного водородным восстановлением в термической плазме смеси порошков оксидов вольфрама с порошком металла, выбранного из группы, включающей Ni, Fe, Со, Сu и Ag, или порошками оксидов металлов, выбранных из указанной группы, а затем проводят сфероидизацию полученных гранул порошка расплавлением в потоке термической плазмы. Полученный порошок содержит 3–50 мас. % связки из металла, выбранного из группы, включающей Ni, Fe, Со, Сu и Ag, или сплава металлов, выбранных из указанной группы, при этом порошок состоит из сферических частиц размером 20–70 мкм, имеющих субмикронную структуру с равномерно распределенными в ней зернами вольфрама размером, не превышающим 1 мкм.

Преимущество предложенного способа определяется возможностью получения конечного микро- порошка псевдосплава, состоящего из сферических частиц в диапазоне размеров 5–100 мкм, в которых зерна вольфрама субмикронного диапазона размеров равномерно распределены в металлической матрице связки. Такой порошок может эффективно использоваться в аддитивных технологиях для производства изделий из псевдосплавов с повышенными эксплуатационными характеристиками.

Термостатирующее устройство для проведения на-нокалориметрических измерений в контролируемой атмосфере (RU 2707665 С1)

Заявляемое термостатирующее устройство для проведения нанокалориметрических измерений в контролируемой атмосфере позволяет размещать внутри корпуса нанокалориметрический сенсор [5]. Устройство может быть интегрировано в приборы для измерения теплофизических и структурных параметров образцов. Устройство включает корпус, выполненный с возможностью подключения к коннектору и снабженный окнами из рентгенопрозрачного материала, в котором размещен нанокалориметрический сенсор, элемент Пельтье прямоугольной формы, теплоотводящая пластина, изготовленная из материала с хорошей теплопроводностью, система жидкостного охлаждения, вмонтированная в корпус. Теплоотводящая пластина снабжена отверстием для прохождения излучения, а сенсор с исследуемым образцом расположен на этой пластине с обеспечением размещения активной части сенсора в проекции отверстия. В корпус встроена электрическая плата для возможности подключения нанокалориметрических сенсоров. Технический результат – расширение возможности методов нанокалориметрии за счет реализации возможности нагрева образца до 450оС и охлаждения образца до –20оС, а также благодаря возможности создания контролируемой атмосферы внутри устройства (регулирование влажности и состава газовой смеси).

Способ получения функционального покрытия на основе алюминий-углеродных нановолокон (RU 2709688 С1)

Изобретение относится к способу получения композиционного материала для изготовления функциональных покрытий из сплава алюминия и углеродного нановолокна и может быть использовано в авиационной, космической, судостроительной и других областях промышленности [6]. Способ включает подачу порошка с использованием двух дозаторов в сверхзвуковой поток подогретого газа с образованием гетерофазного потока и нанесение

ОБЗОР ИЗОБРЕТЕНИЙ В ОБЛАСТИ НАНОТЕХНОЛОГИЙ порошковой композиции на поверхность изделия. В упомянутый сверхзвуковой поток из первого дозатора вводят порошок Al2O3 для обработки изделия до образования ювенильной поверхности, затем наносят последовательно методом холодного газодинамического напыления порошковую композицию. Для нанесения первого износостойкого слоя в упомянутый сверхзвуковой поток из второго дозатора вводят композиционный порошковый материал, содержащий углерод и алюминий, для нанесения второго связующего слоя – алюминиевый порошок ПА-4, для нанесения третьего упрочняющего слоя – композиционный порошковый материал, содержащий углерод и алюминий, для нанесения четвертого связующего слоя – алюминиевый порошок ПА-4 и для нанесения пятого износостойкого слоя – композиционный порошковый материал, содержащий углерод и алюминий. Содержание углерода в первом слое составляет 0,4–0,6 мас.%, Аl и неизбежные примеси остальное, содержание углерода в третьем слое составляет 0,5–1 мас.%, Аl и неизбежные примеси остальное, содержание углерода в пятом слое составляет 0,6–1,6 мас.%, Аl и неизбежные примеси остальное, в качестве углерода в композиционном порошковом материале используют углеродное нановолокно. Обеспечивается получение композиционного материала для износостойкого покрытия, имеющего более высокую твердость, составляющую более 1,9 ГПа, низкий коэффициент трения до 0,4, высокую устойчивость к разрушению во время эксплуатации при одновременном сохранении низкого износа, необходимой прочности и ударной вязкости.

Способ получения высокопрочного композиционного материала на основе термопластичного полимера, модификатор для приготовления композиционного материала и способ получения модификатора для приготовления композиционного материала (варианты) (RU 2708583 С1)

Изобретение относится к технологиям получения модификатора для приготовления композиционных материалов на основе термопластичных полимеров, содержащих в своем составе углеродные, стеклянные или базальтовые волокна и углеродные нанотрубки (варианты), а также к способам получения его, и к получению композиционного материала, содержащего полученный модификатор [7]. По одному варианту модификатор получают путем смешения термопластичного полимера (7–15 масс. %) с растворителем (70-94 масс. %) и солями щелочных металлов (3–15 масс. %) до полного растворения полимера. Далее в смесь добавляют нанотрубки в количестве до 5 масс. %. В полученную дисперсию при перемешивании вводят коагулянт. Дисперсию фильтруют, осадок промывают и сушат. По другим вариантам готовят модификатор для композиционного материала на основе полиамида. Нанотрубки смешивают с капролактамом. Дисперсию нагревают, возможно, обрабатывают ультразвуком, добавляют катализатор полимеризации капролактама, возможно активатор полимеризации, нагревают и высушивают. Для получения композиционного материала термопластичный материал смешивают с волокнами и модификатором, содержащим углеродные нанотрубки в количестве от 5 до 33 масс.%. Изобретение решает задачу создания композиционного материала повышенной прочности.

Способ получения модифицированных углеродных нанотрубок (RU 2708596 С1)

Изобретение относится к нанотехнологии и может быть использовано для усиления механических свойств композиционных материалов на основе эпоксидных смол, модификации клеевых составов, получения суперконденсаторов [8]. В ультразвуковом концентраторе обрабатывают раствор, содержащий мочевину и/или тиомочевину, воду и концентрированную минеральную кислоту. Затем добавляют фторированные углеродные нанотрубки в количестве, обеспечивающем их концентрацию в растворе 1–2 мг/г. Обработанный раствор разбавляют и фильтруют с промывкой водой до нейтральной кислотности. Отфильтрованные модифицированные углеродные нанотрубки разбавляют водой, обрабатывают в ультразвуковой ванне и снова разбавляют водой. Полученный раствор фильтруют с промывкой ацетоном. Модифицированные мочевиной и/или тиомочевиной углеродные нанотрубки сушат. При необходимости их можно дополнительно функционализировать водорастворимыми эпоксидными смолами, например ДЭГ-1, ТЭГ-1 или эпоксидно-гидантоиновой смолой ЭГ-10. Увеличивается выход конечного продукта, снижаются энергозатраты и сокращается период времени для получения модифицированных углеродных нанотрубок.

Способ обработки технически чистого титана большой пластической деформацией (RU 2709416 С1)

Изобретение относится к области получения наноструктурного технически чистого титана с повышенными механическими и коррозионными свойствами и способу его обработки и может быть использовано в различных областях техники, в том числе в химической промышленности [9]. Технический результат, на решение которого направлено изобретение, заключается в получении технически

ОБЗОР ИЗОБРЕТЕНИЙ В ОБЛАСТИ НАНОТЕХНОЛОГИЙ чистого титана, сочетающего высокие значения микротвердости и высокую коррозионную стойкость: положительный стационарный потенциал, высокую склонность к пассивации при анодной поляризации.

Технический результат изобретения достигается тем, что в способе обработки технически чистого титана, включающем большую пластическую деформацию кручением под высоким гидростатическим давлением не менее 6 ГПа при комнатной температуре согласно изобретению деформацию проводят при двух оборотах, при этом полученная наноструктура чистого титана состоит из 80–85% альфа фазы со средним размером 50–60 нм и 15–20% омега фазы. Деформацию проводят в камере Бриджмена.

Способ получения покрытия на поверхности детали из цветных металлов (RU 2710094 С1)

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к способам получения покрытия на поверхности деталей из цветных металлов путем переноса высокотемпературным газовым потоком наночастиц [10]. Способ включает формирование в камере сгорания высокоскоростного распылителя высокотемпературного газового потока путем сжигания топлива в окислителе, подачу в камеру сгорания высокоскоростного распылителя жидкого исходного материала, являющегося источником образования наночастиц, образование, разогрев и перенос высокотемпературным газовым потоком наночастиц и осаждение их на поверхности детали, причем упомянутый материал, являющийся источником образования наночастиц, одновременно используют в качестве топлива для формирования высокотемпературного газового потока, при этом упомянутый материал представляет собой истинный или коллоидный раствор органических и/или неорганических соединений в органическом растворителе или смеси нескольких растворителей, при этом перенос высокотемпературным газовым потоком наночастиц и осаждение их на поверхности детали осуществляют совместно с непосредственно предшествующей им обработкой поверхности детали электрической дугой, создаваемой между двумя вольфрамовыми электродами при переменном токе 35–45 А, напряжении 12–16 В и проходящей по поверхности детали со скоростью перемещения высокоскоростного распылителя установки для напыления на расстоянии между дугой и струей газа с напыляемым порошковым материалом 2–4 мм. Техническим результатом изобретения является повышение адгезионной прочности, повышение когезионной прочности материала покрытия, а также уменьшение пористости покрытия.

Способ очистки загрязненных грунтовых вод с использованием наноразмерного железа нулевой валентности ( RU 2709593 С1)

Изобретение относится к водоочистке [11].

Рис. 2

Способ очистки загрязненных грунтовых вод включает введение суспензии наноразмерного нуль-валентного железа в пробуренную скважину 1 (рис. 2) под повышенным давлением, превышающим давление очищаемого горизонта. Бурение скважины 1 проводят до середины залегания очищаемого водоносного слоя 2. Гидрорасширением создают подземный коллектор 5, в который закачивают проппант. Суспензию получают путем смешивания порошка наноразмерного нуль-валентного железа с нормализованной водой до значений рН 4,5–5,5. В скважину 1 помещают металлическую обсадную трубу 3, с которой подключают один полюс источника переменного тока с частотой 0,5–5 Гц, а второй полюс подключают к заземлению, которое располагают от скважины 1 на расстоянии, равном две-три величины глубины скважины 1. Изобретение позволяет увеличить объем очистки воды и предотвратить унос очищающих веществ.

Катализатор совместной гидроочистки смеси растительного и нефтяного углеводородного сырья и способ его приготовления (RU 2707867 С2)

Изобретение относится к области химии, а именно к области производства катализаторов, предназначенных для гидроочистки растительного и нефтяного углеводородного сырья, и может быть использовано в нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности [12]. Техническим результатом изобретения является создание нового катализатора совместной гидроочистки нефтяного и растительного сырья, обладающего повышенной активностью в реакциях удаления серы и кислорода по сравнению с традиционными биметаллическим

ОБЗОР ИЗОБРЕТЕНИЙ В ОБЛАСТИ НАНОТЕХНОЛОГИЙ системами за счет использования в качестве промотора одновременно двух промотирующих металлов (Со и Ni). Технический результат достигается за счет катализатора совместной гидроочистки растительного и нефтяного углеводородного сырья, содержащего в прокаленном при 550оС состоянии: Мо – 9,0–15,0% мас., Со – 0,5–3,5% мас., Ni – 0,5–3,5% мас., остальное – пористый носитель с содержанием углерода 0–5% мас.; катализатор имеет удельную поверхность 100–250 м2/г, удельный объем пор 0,3– 1,1 см3/г, средний диаметр пор 4,0–10,0 нм.

Также представляют интерес для специалистов следующие изобретения в области нанотехнологий:

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Известно, что именно популяризация и внедрение изобретений является важным фактором успеха многих преуспевающих компаний. Например, General Electric, которая вошла в мировую историю как одна из самых инновационных компаний 20 века, является компанией, которая изначально попала в список индекса Доу-Джонса в 1896 году и до сих пор там находится. Поэтому надеемся, что публикуемая в данной рубрике информация будет востребованной и полезной для специалистов. Подтверждением того, что статьи из рубрики «Обзор изобретений» пользуются особой популярностью, является информация о количествах просмотров материалов, наример, в полнотекстовой базе научных журналов открытого доступа Open Academic Journals Index OAJI (США), ссылка – html?number=6931.