The inventions in nanotechnologies as practical solutions. Part II

The inventions in nanotechnologies as practical solutions. Part II. by Ivanov L.A., Demenev A.V., Muminova S.R. is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Based on a work at .
Permissions beyond the scope of this license may be available at .

The inventions in nanotechnologies as practical solutions. Part II. by Ivanov L.A., Demenev A.V., Muminova S.R. is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Based on a work at .
Permissions beyond the scope of this license may be available at .

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 изготовления наноразмерных нитей в виде разветвленных пучков из тугоплавкого металла (RU 2678859 C1)

Техническим результатом предлагаемого способа является получение разветвленных пучков нановолокон из вольфрама и молибдена толщиной отдельной нити от 25 до 200 нм и общей длиной пучка около 20 мкм при помощи метода самораспространяюще-гося высокотемпературного синтеза (СВС), снижение энергозатрат и упрощение процесса [1].

Изобретение может быть использовано для получения тонких нитей из вольфрама и молибдена, используемых в высокотемпературных приборах, в электронных устройствах и датчиках, в магнитных записывающих устройствах, в наномеханике, магнитоэлектронике, вакуумной электронике и материаловедении, как эмиттеры электронов, для электродов, для солнечных батарей, в качестве электродов, чувствительных к рН, в качестве газовых сенсоров, в качестве кантилеверов для сканирующей туннельной микроскопии, в качестве компонентов композиционных материалов, в качестве материалов электродов, в качестве катодов полевой эмиссии, для изготовления компонентов наноэлектромеха-нических систем, в высокотемпературной нанотехнологии в качестве источников поляризованного инфракрасного света. Для целого ряда практических применений необходима наноразмерная проволока, прежде всего, из металлов. Металлы привлекательны ввиду своей высокой электропроводности, высокой теплопроводности, механических и магнитных свойств.

Эластичная проводящая пленка на основе наночастиц серебра (RU 2678048 C2)

Эластичная электроника привлекает большой интерес науки и промышленности. Этот новый класс электроники имеет потенциальное применение во многих областях, таких как эластичная сенсорная кожа для робототехнических устройств, носимая электроника для функциональной одежды, эластичные датчики и гибкие электронные дисплеи [2]. Эластичность материалов особенно желательна в электронных устройствах, которые должны находиться в контакте с телом человека или соприкасаться с искривленными поверхностями. Однако стандартные электронные устройства обычно изготавливают из жестких материалов, которые не способны к растяжению, сгибанию и скручиванию.

Эластичная проводящая пленка содержит множество отожженных наночастиц проводящего металла, в частности, серебра, нанесенных на субстрат. Проводящая пленка получена диспергированием множества наночастиц проводящего металла, в частности серебра, с органоамином в смешанном органическом растворителе, содержащем гексадекан, с получением композиции чернил с наночастицами проводящего металла и нанесением слоя композиции чернил с наночастицами на поверхность эластичного субстрата, с растворением, по меньшей мере, части субстрата и отжигом указанного слоя. При этом эластичным субстратом является модифицированный сложным полиэфиром полиуретан. Технический результат – обеспечение эластичной проводящей пленки, обладающей первой проводимостью, связанной с формой проводящей пленки в отожженном состоянии, и второй проводимостью при растягивании пленки, по меньшей мере, в одном направлении относительно формы в отожженном состоянии, причем вторая проводимость больше, чем первая проводимость. Серебряная пленка обладает превосходной адгезией к субстрату – после испытания на истирание повреждений не было или они были небольшими.

Способ получения спеченного твердого сплава (RU 2679026 С1)

Изобретение относится к порошковой металлургии, а именно к спеченным твердым сплавам, и может быть использовано для изготовления инструмента обработки металлов резанием, давлением, а также для материалов, работающих в условиях абразивного износа [3]. В основу изобретения положена задача повышения физико-механических и эксплуатационных характеристик твердого сплава за счет повышения однородности микроструктуры, предотвращения интенсивной рекристаллизации карбидного зерна и снижения конгломерирования наночастиц Al2O3.

Способ получения спеченного твердосплавного материала на основе карбида вольфрама включает приготовление шихты, содержащей порошки

INVENTION REVIEW • ОБЗОР ИЗОБРЕТЕНИЙ карбида вольфрама, кобальта и нанопорошковую добавку, ее прессование и спекание. В качестве на-нопорошковой добавки используют нанопорошок алюминия. Шихту готовят путем смешивания упомянутой добавки в этиловом спирте при помощи ультразвукового диспергирования и последующего введения в полученную суспензию порошков карбида вольфрама и кобальта. Спекание полученной шихты проводят в два этапа, на первом из которых спекание ведут при температуре 550оС с обеспечением образования дисперсно-упрочняющих частиц оксида алюминия из наночастиц алюминия, а на втором – при температуре 1370оС с обеспечением окончательного спекания. Дисперсные включения наноразмерного оксида алюминия Al2O3 предотвращают интенсивную рекристаллизацию зерен карбида вольфрама, способствуют формированию и сохранению фрагментарно наноструктурированного твердосплавного композиционного материала, повышению однородности структуры и комплекса прочностных свойств композита.

Способ функционализации поверхности детонационных наноалмазов (RU 2676975 С2)

Детонационные наноалмазы (ДНА), синтезируемые из взрывчатых веществ в промышленных масштабах, находят все более широкое практическое применение. В связи с малым размером кристаллов ДНА (4–6 нм) и высокой удельной поверхностью на-ноалмазного материала химический состав поверхности оказывает решающее влияние на поведение ДНА в различных технологических процессах. В связи с этим возникает проблема направленной химической модификации поверхности ДНА (химическая прививка функциональных поверхностных групп). Известно, что фторирование углеродных материалов, включая алмазные материалы, является наиболее эффективным методом модификации и управления их физико-химическими свойствами. Фторирование поверхности алмазных порошков приводит к улучшению трибологических свойств, повышению устойчивости жидких суспензий ДНА [4].

Технической задачей настоящего изобретения является создание способа функционализации поверхности детонационных наноалмазов путем ее фторирования, обеспечивающего исключение необходимости использования радиационной обработки и повышение степени однородности фунционализа-ции поверхности ДНА. Указанные цели достигаются термохимической обработкой порошка ДНА в однородной смеси с порошком ПТФЭ при температуре 420–500оС до полного разложения политетрафторэтилена (ПТФЭ), а также использованием смеси при содержании порошка наноалмазов 20–35 вес.%. Под термохимической обработкой в данном техническом решении подразумевается прогрев порошка ДНА в присутствии первичных продуктов (радикалов) терморазложения ПТФЭ.

Композиция для склеивания металлических изделий (RU 2678063 С1)

Изобретение может быть использовано в области машиностроения и ремонта техники. Композиция для склеивания металлических изделий содержит компоненты при следующем соотношении, мас.%: анаэробный герметик АН-111 – 98,3–99,1; наполнитель: нанопорошок алюминия 70 – 0,7–1,3, нанопорошок меди 70 – 0,2–0,4. Обеспечивается сокращение времени отверждения клеевых соединений, увеличение долговечности клеевых соединений при циклическом нагружении. Анаэробные герметики представляют собой многокомпонентные жидкие составы, способные длительное время храниться без изменения свойств и быстро отверждаться при отсутствии взаимодействия с кислородом воздуха. Основой анаэробных герметиков являются поли-меризационно способные соединения акрилового ряда, чаще всего диметакриловые эфиры полиалки-ленгликолей, для которых характерна высокая скорость превращения в трехмерно-сшитые полимеры. В состав анаэробных герметиков входят также ингибирующие и инициирующие системы, обеспечивающие длительное хранение герметиков и быстрое отверждение в изделиях, различные загустители, модификаторы, красители и другие добавки [5].

Способ изготовления хеморезистора на основе наноструктур оксида кобальта электрохимическим методом (RU 2677093 С1)

Изобретение относится к области сенсорной техники и нанотехнологий, в частности к разработке газовых сенсоров хеморезистивного типа, используемых для детектирования газов [6]. Способ изготовления хеморезистора на основе наноструктур оксида кобальта электрохимическим методом характеризуется тем, что в емкости, оборудованной электродом сравнения и вспомогательным электродом, заполненной электролитом, содержащим нитрат-анионы и катионы кобальта, наноструктуры оксида кобальта осаждают на диэлектрическую подложку, оборудованную полосковыми электродами, выполняющими роль рабочего электрода, путем приложения к рабочему электроду постоянного электрического потенциала от –0,5 до –1,1 В относительно электрода сравнения в течение 0,5–5 мин и при температуре электролита в диапазоне 20–80оC, после чего подложку с осажденным слоем наноструктур оксида

INVENTION REVIEW • ОБЗОР ИЗОБРЕТЕНИЙ кобальта промывают дистиллированной водой и высушивают при комнатной температуре. Изобретение обеспечивает возможность создания хеморезистора на основе наноструктур оксида кобальта электрохимическим методом с низкой себестоимостью в одноэтапном технологическом процессе.

Способ получения 2d кристаллов карбида кремния электроимпульсным методом (RU 2678033 С1)

Изобретение относится к области нанотехнологии и может быть использовано для получения нанокомпозитных материалов для наноэлектроники для создания источников питания, работающих в экстремальных условиях. Уникальные свойства наноматериалов определяются их размерностью. Ранее 2D структурами пренебрегали, поскольку считали невозможными, но после создания графена 2D структуры заняли важное место среди материалов и подверглись изучению по всему миру. Вскоре после получения графена механическим расслоением были предложены способы его получения осаждением из пара и термическим разложением [7].

Задачей настоящего изобретения была разработка способа формирования изолированного 2D кристалла карбида кремния на основе метода ориентированного разрушения SiC по плоскостям спаянности. В настоящем изобретении использован метод ориентированного расслоения. В данном способе осуществлен переход от макротехнологии к микро-и нанотехнологии.

Техническим результатом изобретения является получение изолированных 2D монокристаллов карбида кремния толщиной 10–50 нм. Технический результат достигается тем, что в способе получения 2D структур карбида кремния на электрод из монокристаллического карбида кремния подается высокое импульсное напряжение, при этом монокристалл разрушается с образованием 2D структур, которые осаждаются на поверхность приемника. Отделение слоев от кристалла по плоскости спаянности происходит при воздействии импульсного электрического поля высокой напряженности (свыше 106 в/см) с импульсами продолжительностью 10–20 мкс со скважностью 3–20. Послойное расслоение с поверхности монокристалла карбида кремния происходит при нормальных условиях (298оК, 105 Па) на воздухе, поэтому не требуется создание закрытого реактора.

Способ получения нанопористых полимеров (RU 2676765 С1)

Изобретение относится к cпособу получения нанопористых полимеров с открытыми порами, которые могут быть использованы в производстве пористых полимерных изделий, таких как пленки, фильтры, мембраны и другие газопроницаемые материалы [8]. Способ включает стадии одноосной или двуосной вытяжки полимерного изделия в физически активной жидкой среде, обеспечивающей смачивание поверхности изделия и формирование пористой структуры, с последующей термофиксацией изделия в физически активной жидкой среде. Причем удаление среды осуществляют после термофиксации при удержании изделия в натянутом состоянии. Полученные нанопористые полимеры на основе аморфных стеклообразных или кристаллических полимеров характеризуются повышенной объемной пористостью и паропроницаемостью.

Заявляемый способ может быть реализован на любом известном, применяемом в промышленности оборудовании для ориентационной вытяжки полимерных изделий, снабженном средствами, обеспечивающими контакт поверхности изделия с физически активной средой, например, посредством погружения в раствор или орошения поверхности изделия указанной средой. При этом этап термофиксации в физически активной среде может быть реализован посредством, например, погружения в жидкую среду или любым другим известным методом, обеспечивающим контакт поверхности изделия со средой. На этапах вытяжки и термофиксации может быть использована физически активная среда одного состава или разных составов. Образец выдерживают в среде в процессе термофиксации в течение времени, обеспечивающем его равномерный прогрев по всему объему. Время равномерного прогрева зависит от используемого оборудования.

Способ получения латеральных наноструктур (RU 2676801 С1)

Изобретение относится к области применения нанотехнологии для получения специфических наноструктур, используемых в различных областях техники, в том числе и для целей манипуляции с отдельными молекулами и получения новых наноструктур.

Способ получения латеральных наноструктур, в котором модуляция состава наноструктуры или гетероструктуры в латеральном направлении осуществляется без применения техники нанолитографии за счет особенностей послойной ростовой моды Франка-ван-дер-Мерве, в которой при росте отдельного монослоя происходит тангенциальное движение границ островков, стартующих от наследуемых из слоя в слой дефектов, различными, чередующимися по замыслу конструкции наноструктуры материалами. Наследуемые из монослоя в монослой дефекты кристаллической структуры или искусственно созданные зародыши определяют периодич-

INVENTION REVIEW • ОБЗОР ИЗОБРЕТЕНИЙ ность выращиваемых данным способом отдельных наноструктур. Способ различает в ростовой моде Франка-ван-дер-Мерве три подмоды: 1) лучевое движение границы островка (аналогичное ростовой моде Вольмера-Вебера на поверхности); 2) параллельное смещение границы (аналогичное послойной моде); 3) точечный рост границы только за счет захвата адсорбируемой частицы изгибом ступени. В случае реализации последней моды возможно получение латеральных наноструктур, не включающих в себя область зародыша, связанную с наследуемым дефектом [9].

Композиция для получения электропроводящего гидрофобного покрытия на основе лака с углеродными нанотрубками и способ ее изготовления (RU 2677156 С1)

Изобретение относится к электропроводящему гидрофобному покрытию на основе лака с углеродными нанотрубками (УНТ) и способу его изготовления [10]. Покрытие предназначено главным образом для полимерных изделий. Электропроводящее гидрофобное покрытие включает, мас.ч.: пленкообразующий сополимер – 7,25÷8,30, эпоксидиановую смолу – 0,72÷0,83, электропроводящий наполнитель, в качестве которого выступают углеродные нанотрубки – 0,90÷2,03. Описан способ получения электропроводящего гидрофобного покрытия путем нанесения состава покрытия и последующей сушкой при различных температурах. Технический результат – обеспечение электропроводящего гидрофобного покрытия, характеризующегося значением краевого угла смачивания от 106,90 до 135,80о и удельного поверхностного сопротивления до 16,07 Ом/кв.

Также представляют интерес для специалистов следующие изобретения в области нанотехнологий:

• •    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 [11].

• •    Способ возведения монолитных железобетонных конструкций [12].

• •    Способ изготовления сетки из композитной арматуры [13].

• •    Сварочная проволока с нанокомпозиционным покрытием для сварки высокопрочных сталей [14].

• •    Способ получения нанокомпозитного материала на основе алюминия [15].

• •    Способ получения наноразмерного порошка диборида циркония [16].

• •    Система очистки сточных вод с использованием наномодифицированных природных сорбентов [17].

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.