The inventions in nanotechnologies as practical solutions. Part I

В современных условиях использование изобретений ученых, инженеров и специалистов может способствовать эффективному решению задач импорто-замещения 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.

ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ

Способ введения одностенных и/или двустенных и/ или многостенных углеродных нанотрубок в состав адгезионных добавок для асфальтового покрытия и применение одностенных и/или двустенных и/или многостенных углеродных нанотрубок в составе адгезионных добавок (RU 2675515 С1)

Изобретение относится к строительной отрасли, в частности, к материалам, используемым в дорожном, аэродромном и гражданском строительстве [1]. Способ заключается в введении одностенных и/или двустенных и/или многостенных углеродных нанотрубок посредством размешивания на измельчающих мельницах. Концентрация (содержание) одностенных и/или двустенных и/или многостенных углеродных нанотрубок составляет от 0,01 до 15% от объема асфальтового покрытия, т.е. от объема готового продукта. Именно этот интервал обеспечивает наилучшее качество и адгезивные свойства асфальтового покрытия. Это обусловлено тем, что более низкой концентрации (0%) требуемый эффект не будет достигать, а более высокая концентрация может привести к нарушению качества продукта.

Применение одностенных и/или двустенных и/или многостенных углеродных нанотрубок в составе адгезионных добавок для асфальтового покрытия, содержащего дорожные битумы и полимербитум-ные вяжущие, приводит к повышению адгезионных свойств адгезионных добавок для асфальтовых покрытий и к повышению качества и долговечности асфальтовых покрытий.

Керамический материал с низкой температурой спекания на основе диоксида циркония тетрагональной модификации (RU 2675391 С1)

Изобретение относится к области получения высокоплотной керамики на основе тетрагонального диоксида циркония и может быть использо- вано в качестве износостойких изделий, режущего инструмента, керамических подшипников, а также имплантатов для замещения костных дефектов [2]. Керамический материал получают из шихты, содержащей масс. % 2–5 силиката натрия, 0,5–2 оксида железа и 93–97,5 тетрагонального диоксида циркония, стабилизированного оксидом иттрия. Полученный материал характеризуется нанокристалличе-ской структурой с размером кристаллов 50–100 нм, открытой пористостью не более 0,01% и высокими механическими характеристиками: прочностью при изгибе не менее 400 МПа. Технический результат изобретения – увеличение прочности материалов, спекающихся до плотного состояния при низкой температуре 1250оС, что стало возможным в результате совместного использования добавок силиката натрия и оксида железа.

Устройство и способ для получения порошковых материалов на основе нано- и микрочастиц путем электрического взрыва проволоки (RU 2675188 С1)

Изобретение относится к порошковой металлургии, а именно к получению порошковых материалов, содержащих смесь нано- и микрочастиц, в частности для получения порошковых материалов из жаропрочных, жаростойких, коррозионностойких сплавов для аддитивных технологий синтеза деталей сложных систем [3]. Способ включает электрический взрыв металлической проволоки в реакторе и сепарацию частиц по размерам. В реакторе обеспечивают принудительную циркуляцию газовой среды при скорости газового потока на входе в реактор в интервале от 1,5 до 2,5 м/с. Электрический взрыв проволоки ведут при давлении газовой среды в реакторе от 1 до 3 атм и величине энергии, введенной в проволоку, в интервале от 0,6 до 0,9 энергии сублимации металла проволоки, а сепарацию полученных частиц порошка ведут с выделением мелкой фракции с размерами частиц менее 5 мкм. Обеспечивается эффективное разделение частиц в газовом потоке на две фракции.

Многослойное износостойкое покрытие на стальной подложке (RU 2674795 С1)

Изобретение относится к износостойким многослойным покрытиям с алмазоподобным углеродом и может быть использовано в металлообработке, машиностроении, химической промышленности для повышения эксплуатационных характеристик изделий функционально различного назначения [4]. Многослойное износостойкое покрытие на стальной подложке включает слой, содержащий карбид титана, и слой из алмазоподобного углерода. Упомянутое

INVENTION REVIEW • ОБЗОР ИЗОБРЕТЕНИЙ покрытие выполнено толщиной 200–2500 нм с чередованием упомянутых двух слоев в количестве от 10 до 100. Толщина каждого слоя составляет 20–25 нм, а слой, содержащий карбид титана, выполнен в виде нанокомпозита из карбида титана и аморфного углерода с общим содержанием углерода 25–60 мас.%. Обеспечивается повышение износостойкости покрытия.

В современном машиностроении широко применяется инструмент и детали механических систем, на рабочую поверхность которых нанесены наноструктурные покрытия. Нанесение защитных покрытий на обрабатывающие инструменты и детали машин значительно увеличивает их срок службы.

Вакуумная установка для нанесения наноструктури-рованного покрытия из материала с эффектом памяти формы на поверхности детали (RU 2674532 С1)

Изобретение относится к области машиностроения и металлургии, в частности к установкам для комбинированных способов нанесения покрытия из материалов с эффектом памяти формы на поверхности детали [5]. Вакуумная установка содержит раму с установленной на ней вакуумной камерой. Камера соединена с вакуумным насосом. Установка также содержит механизм закрепления детали, газопламенную горелку, механизм подачи порошкового материала в газопламенную горелку, технологический модуль для ионной очистки обрабатываемой детали, пирометр, два магнетрона с источником питания и источник для ионной имплантации металлов с блоком питания. Блок управления соединен с баллонами с газом. Механизм закрепления детали выполнен в виде трехкулачкового патрона, размещенного на установленном в вакуумной камере поворотном столе. Стол соединен с электродвигателем. Газопламенная горелка закреплена в оснащенном пирометром и лазерным сканером и обеспечивающим ее поворот 30–150 градусов в вертикальной плоскости относительно оси винта поворотном механизме. Поворотный механизм установлен в передаче винт-гайка, закрепленной в нижней части вакуумной камеры и связанной с электродвигателем. Технический результат заключается в обеспечении равномерности и точности нанесения покрытий на поверхности детали и повышении степени автоматизации процесса.

Иерархически армированный гетеромодульный экструдируемый твердосмазочный нанокомпозит на основе СВМПЭ и способ его получения (RU 2674258 С1)

Изобретение относится к области получения высокопрочных, износостойких и экструдируемых полимерных нанокомпозитов на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена для трибоузлов, в том числе работающих в экстремальных условиях Крайнего Севера [6]. Предложен иерархически армированный гетеромодульный экструдируемый твердосмазочный нанокомпозит на основе СВМПЭ и способ его получения. Техническим результатом изобретения является получение нанокомпозита с высокими прочностными и трибологическими свойствами и удовлетворительной текучестью для аддитивных технологий получения изделий. Указанный технический результат достигается тем, что иерархически армированный гетеромодульный экструдируемый твердосмазочный нанокомпозит на основе СВМПЭ включает, вес.%: углеродные волокна нанометровой размерности 0,3–0,5, углеродные волокна миллиметровой размерности 2–5, сополимер этилена высокой плотности HDPE-g-SMA 5–10, СВМПЭ – остальное. Способ получения нанокомпозита заключается в смешивании исходных компонентов и получении образца нанокомпозита горячим прессованием при давлении 10±0,5 МПа, температуре 200±5оС со скоростью последующего охлаждения 3–4оС/мин.

Способ получения нанокомпозитного материала на основе алюминия (RU 2676117 С2)

Изобретение относится к области порошковой металлургии, в частности, к получению металло-углеродных композитных материалов и деталей из них различной формы и может быть использовано в автомобилестроении, судостроении, авиастроении и приборостроении и других отраслях [7]. Способ включает приготовление шихты путем нанесения раствора нитрата металла-катализатора на поверхность частиц алюминия и его сушки, термического разложения нитрата металла-катализатора до оксида металла-катализатора, восстановления оксида металла-катализатора до металла в среде водорода, выращивания углеродных наноструктур на поверхностях, покрытых металлом-катализа-тором частиц алюминия из газовой фазы газообразных углеводородов, и спекания полученной шихты горячим прессованием. Частицы алюминия предварительно охлаждают до температуры не менее 100оС и затем нагревают в вакууме до температуры не менее 300оС в течение не менее 180 мин. На поверхность частиц алюминия наносят в качестве раствора нитрата металла-катализатора водный раствор смеси нитратов кобальта и железа или нитратов никеля и железа при содержании нитратов в водном растворе 0,1–10 мас.%, а на поверхностях, покрытых металлом-катализатором частиц алюминия, выращивают углеродные на-

INVENTION REVIEW • ОБЗОР ИЗОБРЕТЕНИЙ ноструктуры в виде нановолокон. При этом обеспечивается повышение качества и увеличение длины углеродных наноструктур, а также изотропность механических и теплофизических свойств нанокомпозита.

Детали, выполненные из композитных материалов на основе металлической матрицы и содержащие в своем составе углеродные нановолокна, характеризуются низким удельным весом, повышенной прочностью, термической стойкостью, твердостью и варьируемой теплопроводностью. В частности, данные свойства могут быть использованы для повышения твердости и прочности корпусов электроприборов, для защиты электронных компонентов прибора от негативного воздействия холода, а также для защиты аккумуляторов и батарей от резкого уменьшения емкости и повреждений под воздействием холода.

Водород-аккумулирующие материалы и способ их получения (RU 2675882 С2)

Изобретение относится к водородным технологиям и водородной энергетике, а именно к поиску и разработке новых материалов для компактного и безопасного хранения водорода в связанном состоянии и способу их получения [8]. Водород-ак-кумулирующие материалы содержат следующие компоненты, мас.%: 97–75 MgH2 и 3–25 никель-графенового катализатора гидрирования, представляющего собой 10 или 25 мас.% наночастиц Ni размером 1–10 нм, равномерно закрепленных на графеновой поверхности. Указанные материалы получают механохимической обработкой металлического магния с никель-графеновым катализатором гидрирования при комнатной температуре и давлении водорода 10–30 атм. Полученные водород-аккумулирующие материалы обладают большим содержанием обратимого водорода и высокой циклической стабильностью при уменьшении содержания и размеров наночастиц никеля.

Водород-аккумулирующие композиционные материалы могут быть использованы для создания компактных и безопасных металлогидридных аккумуляторов водорода многократного действия, которые могут быть востребованы для водородных технологий, в том числе при использовании водорода в качестве химического реагента, восстанавливающей среды, для гидридного диспергирования, для обеспечения питанием топливных элементов, таких как высокоэффективного энергоносителя, для водородных систем резервного электропитания и аккумулирования электроэнергии. Такие системы нужны для обеспечения непрерывной работы телекоммуникационного оборудования, компьютерной техники, транспортной инфраструктуры, автономных объектов электропотребления, систем безопасности и т.д.

Способ низкотемпературного нанесения нанокри-сталлического покрытия из альфа-оксида алюминия (RU 2676719 С1)

Изобретение относится к способу получения нанокристаллического покрытия из альфа-оксида алюминия с высокой скоростью при пониженной температуре [9]. Способ включает нанесение на поверхность изделия изоструктурного подслоя из оксида хрома, нагрев изделия, плавление и испарение алюминия и осаждение покрытия на поверхность изделия в кислородно-аргоновой плазме разряда в условиях ионной бомбардировки. Концентрация аргон-кислородной плазмы и скорость испарения алюминия регулируют независимо и в широких пределах изменением распределения тока между анодом-тиглем, в котором происходит плавление и испарение алюминия, и полым анодом-ионизатором, через который напускают кислород. Формирование покрытий со структурой альфа-оксида алюминия достигают тем, что при заданном значении скорости испарения алюминия устанавливают величину потенциала смещения на изделиях и ток в цепи анода-ионизатора, при которых обеспечивается требуемая для формирования нанокристал-лической альфа-фазы оксида алюминия плотность тока и энергия ионов на поверхности растущего покрытия.

Покрытия из оксида алюминия характеризуются высокой термостойкостью, химической инертностью, твердостью, прочностью при сжатии, теплоизоляционной способностью и широко применяются для защиты изделий, эксплуатирующихся в условиях высоких температур или воздействия агрессивных сред. По совокупности характеристик наибольший интерес для практического использования представляет термостабильная ромбоэдрическая фаза оксида алюминия (альфа-оксид алюминия), твердость которой достигает 25 ГПа, а температура плавления 2044оС.

Также представляют интерес для специалистов следующие изобретения в области нанотехнологий:

• •    Устройство защитной системы городской застройки и способ ее возведения [10].

• •    Повышение долговечности базальтофибробетона наноструктурными добавками [11].

• •    Способ приготовления укрепляющего раствора [12].

INVENTION REVIEW • ОБЗОР ИЗОБРЕТЕНИЙ

Способ хранения природного газа при помощи адсорбции в промышленных газовых баллонах [13]. Способ очистки поверхностных и подземных вод от титана и его соединений с помощью углеродных нанотрубок и ультразвука [14, 20].

Способ изготовления сетки из композитной арматуры [15].

Способ повышения водоотталкивающих свойств войлочных материалов гидрофобными наночастицами диоксида кремния [16].

Способ обогащения и переработки твердых коммунальных отходов [17–19].

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.