The inventions in nanotechnologies as practical solutions. Part III

The inventions in nanotechnologies as practical solutions. Part III by Ivanov LA., Prokopiev P.S. 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 III by Ivanov LA., Prokopiev P.S. 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 .

It is known that it is popularization and introduction of inventions that is an important factor for the success of many successful companies. For example, General Electric, which entered world history as one of the most innovative companies of the 20th century, is a company that was originally listed in the Dow Jones index in 1896 and is still there. Therefore, we hope that the information published in this section will be useful for specialists. The high demand for the articles from the «Invention Review» column is proved by the number of views of materials, for example, in the full-text database of open access scientific journals Open Academic Journals Index OAJI (USA), link – number = 6931.

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

Строительный конструкционный элемент (RU 2683836 С1)

Задачей, решаемой в изобретении, является создание строительного конструкционного элемента произвольной формы с повышенными эксплуатационными характеристиками, в частности, с повышенной прочностью, ударной вязкостью, трещи-ностойкостью и долговечностью при относительно малой удельной плотности, что важно, например, для создания внутренних стен и сотовых перегородок в помещениях [1].

Поставленная задача решается, а требуемый технический результат достигается тем, что строительный конструкционный элемент выполнен из отвержденной смеси, содержащей дисперсное пеностекло. Согласно изобретению, смесь содержит дополнительные компоненты, которые смешивают с дисперсным пеностеклом перед отверждением в составе концентрированного раствора оксида алюминия в ортофосфорной кислоте, базальтовой микрофибре и углеродных тороподобных наночастицах при следующем соотношении масс. %: – дисперсное пеностекло – 60–85;

– 25–30%-й раствор оксида алюминия в ортофос-форной кислоте – 13–34;

– базальтовая микрофибра (фракция 80–600 мкм) – 2–6;

– углеродные тороподобные наночастицы фуллеро-идного типа (фракции от 15 до 150 нм) – 0,009– 0,0005.

Отверждение смеси производят при температуре 140–180оС, а перед смешиванием дополнительных компонентов с дисперсным пеностеклом, выполненным в виде вспененных стеклошариков, из газовой фазы на них наносят слой толщиной 2–5 мкм

REVIEW OF NANOTECHNOLOGICAL INVENTIONS • ОБЗОР ИЗОБРЕТЕНИЙ В ОБЛАСТИ НАНОТЕХНОЛОГИЙ химически стойкого полимера (полипараксилилена) толщиной 2–5 мкм.

Арматура композитная (RU 2684271 С1)

Изобретение обеспечивает эффективный расход нанокомпозита в зависимости от диаметра производимой арматуры, при этом обеспечивается возможность получения арматуры с модулем упругости порядка Ер = 200000 МПа при пониженном расходе наноматериала [2].

Арматура композитная содержит несущий стержень из базальтового или стеклянного ровинга и высокомодульные волокна, пропитанные связующим, включающим эпоксидно-диановую смолу, отвердитель, пластификатор с добавкой углеродного нанокомпозита, содержащего многослойные углеродные нанотрубки в количестве не менее 45–50% от его массы, сформированного пиролизом сфагнума бурого с механоактивацией продуктов пиролиза в течение не менее 8 часов. Содержание углеродного нанокомпозита в % от объема эпоксидно-диано-вой смолы зависит от диаметра несущего стержня. При диаметре несущего стержня 6 мм содержание углеродного нанокомпозита составляет 0,3–0,4%, при диаметре несущего стержня 8 мм содержание углеродного нанокомпозита составляет 0,4–0,5%, при диаметре несущего стержня 10 мм содержание углеродного нанокомпозита составляет 0,5–0,6%, при диаметре несущего стержня 12 мм содержание углеродного нанокомпозита составляет 0,6–0,7%, при диаметре несущего стержня 14 мм содержание углеродного нанокомпозита составляет 0,7–0,8%, при диаметре несущего стержня 16 мм содержание углеродного нанокомпозита составляет 0,8–0,9%, причем при диаметре несущего стержня, равном и превышающем 20 мм, содержание углеродного нанокомпозита составляет 1,00%.

Способ изготовления композитного порошкового материала из алюмооксидных углеродных нанотрубок (RU 2683323 С1)

Цель изобретения – предоставление метода получения композитного порошкообразного материала в виде алюмооксидных углеродных трубок, представляющего собой метод помещения углеродной нанотрубки на поверхность керамического порошка оксида алюминия, вследствие чего на поверхности керамического порошка из оксида алюминия генерируются никель, железо, кобальт и другие металлические наночастицы (катализаторы) посредством расщепления органометаллического прекурсора, вследствие чего углерод в органометаллическом прекурсоре и углеродсодержащих газах, например, метане, расщепляется и катализируется для генерирования углеродной нанотрубки, и длина, диаметр и микроструктура углеродной нанотрубки контролируются посредством изменения нескольких факторов, включая объем подачи сырья, скорость вращения и температуру реакции, что сокращает период получения и снижает затраты, так как последующий этап получения углеродной нанотрубки опускается, а также улучшает однородность дисперсии и эффективность углеродной нанотрубки [3].

При этом ввиду того, что углеродная нанотрубка имеет характеристики одномерной наноструктуры, отношение длины к диаметру велико. В то же время, ввиду большой силы Ван-дер-Ваальса и обширной удельной площади между углеродными нанотрубками, такая трубка легко может существовать в виде сложного наполнителя. Способ получения и распределения углеродных нанотрубок в алюмооксидном порошке может стать ключевым фактором достижения высокой производительности углеродной нанотрубки.

Способ плазменного нанесения наноструктуриро-ванного теплозащитного покрытия (RU 2683177 С)

Изобретение относится к способу плазменного нанесения наноструктурированного теплозащитного покрытия [4]. Предварительно на срезе сверхзвукового сопла плазмотрона устанавливают конический насадок, внутренняя поверхность которого образует с внутренней поверхностью сопла излом, что позволяет после излома установить давление плазмы с напыляемым веществом в пристеночной части насадка, равным давлению в вакуумной камере. Плазмотрон и подложку устанавливают в камеру с пониженным давлением. Осуществляют поддержание динамического вакуума в камере, подачу плазмообразующего газа и порошка напыляемого вещества в плазмотрон и распыление вещества сверхзвуковым потоком плазмы с образованием расплавленных частиц микронного уровня и паровой фазы напыляемого вещества. Затем обеспечивают выпадение на подложку наночастиц, образующихся в пристеночной части насадка, и частиц микронного уровня напыляемого вещества. Подложку перемещают таким образом, чтобы слои из наночастиц и частиц микронного уровня напыляемого вещества перекрывали друг друга.

Технический результат, достигаемый заявленным способом, состоит в одновременном повышении адгезионной и когезионной прочности покрытия, увеличении его теплостойкости, при использовании всего напыляемого материала, выпадающего на подложку в виде частиц микронного уровня и в виде наночастиц.

REVIEW OF NANOTECHNOLOGICAL INVENTIONS • ОБЗОР ИЗОБРЕТЕНИЙ В ОБЛАСТИ НАНОТЕХНОЛОГИЙ

Способ формирования многослойного покрытия на частицах и устройство для его реализации (RU 2683115 С1)

Группа изобретений относится к области химии, в частности к оборудованию для химических или физических лабораторий и способу их применения, и может быть использована для формирования многослойных композитных покрытий на субмикро- или микрочастицах методом послойной адсорбции [15]. Способ формирования многослойного покрытия на частицах заключается в поочередном нанесении слоев наноматериала на субмикро- или микрочастицы, промывке частиц после каждого нанесения слоя в рабочем модуле, имеющем два канала, разделенных фильтрационной мембраной, путем подачи в один из каналов потока частиц с нанесенным слоем наноматериала, а в другой – промывочной жидкости. Первое нанесение осуществляют путем подачи в один из каналов наноматериала, а в другой – потока субмикро- или микрочастиц. Каждое последующее нанесение после промывки осуществляют путем подачи в один из каналов потока субмикро-или микрочастиц с нанесенным слоем наноматериала, а в другой – потока наноматериала. Нанесение и промывку осуществляют при одинаковом давлении и скорости. Потоки частиц и наноматериала подают параллельно поверхности фильтрационной мембраны, выполненной проницаемой для молекул наноматериала и непроницаемой для субмикро- или микрочастиц.

Техническим результатом группы изобретений является повышение эффективности процесса формирования многослойного покрытия на частицах методом послойной адсорбции за счет реализации проточного процесса нанесения при расширении спектра используемых наноматериалов и сохранении автоматизации.

Способ получения смесей высокодисперсных гетерофазных порошков на основе карбида бора (RU 2683107 С1)

Изобретение относится к керамической технологии и порошковой металлургии и предназначено для получения высокодисперсных гетерофазных порошковых композиций, которые могут быть использованы для производства керамических бронеэлементов, материалов, работающих в условиях абразивного износа изделий, применяемых в машиностроении, в энергетических и химических технологиях, в аэрокосмической технике. Требуемые порошки получают путем восстановления смеси оксидов бора, кремния и/или d-металла высокодисперсным углеродом (сажей) в вакууме или в защитной газовой среде при температурах 1500–1800оС. В качестве исходных веществ могут быть использованы порошки борной кислоты, борного ангидрида, оксида кремния, оксида переходного d-металла побочной подгруппы IV–VI групп Периодической системы элементов [6].

Для обеспечения однородности распределения компонентов и высокой дисперсности смесей исходные кислородсодержащие вещества предварительно гомогенизируют путем их совместного плавления в воздушной среде с последующим образованием прекурсоров в стеклокристаллическом состоянии, содержащих необходимые для синтеза оксидные компоненты, равномерно распределенные на атомно-ионном уровне непосредственно в структуре стеклокристаллического прекурсора. Указанная гомогенизация препятствует образованию агломератов частиц одного из компонентов за счет экранирования частиц синтезируемых компонентов друг от друга, которое увеличивает диффузионный путь одноименных атомов и затрудняет процесс вторичной рекристаллизации, что приводит к получению высокодисперсных продуктов синтеза.

Способ получения композита ортованадат лития/ углерод (RU 2683094 С1)

Изобретение относится к способу получения композитов в мелкодисперсном состоянии, в частности, композита ортованадат лития/углерод Li3VO4/C, который может быть использован в качестве эффективного анодного материала химических источников тока [7]. Поставленная задача исследования решена в предлагаемом способе получения композита ортованадат лития/углерод состава Li3VO4/C, включающем гидротермальную обработку реакционной смеси, содержащей соединение ванадия, соединение лития и глюкозу с последующим фильтрованием, промывкой, сушкой и отжигом в инертной атмосфере, в котором в качестве соединения ванадия используют метаванадат аммония, в качестве соединения лития используют моногидрат гидроксида лития, при этом молярное соотношение компонентов смеси метаванадат аммония : моногидрат гидроксида лития : глюкоза составляет 1:3:0.5÷2, а гидротермальную обработку осуществляют микроволновым излучением мощностью 17–19 Вт при постоянном перемешивании со скоростью 100–300 об/мин при температуре 160–220оС и давлении 10–15 бар в течение 5–20 мин, а отжиг ведут при температуре 500–650оС в течение 1–2 ч.

Условия микроволновой обработки при непрерывном перемешивании способствует гомогенизации конечного продукта. Такой подход к осуществлению процесса получения композита Li3VO4/С обеспечивает надежность равномерного распределения углеродной составляющей композита. Гомоген-

REVIEW OF NANOTECHNOLOGICAL INVENTIONS • ОБЗОР ИЗОБРЕТЕНИЙ В ОБЛАСТИ НАНОТЕХНОЛОГИЙ ное диспергирование углерода в композите предотвращает агрегацию частиц конечного продукта, что в конечном итоге повышает стабильность работы различных устройств, изготовленных на основе композита ортованадат лития/углерод как материала.

Низкотемпературная пластичная смазка (RU 2682881 С1)

Изобретение относится к созданию низкотемпературной пластичной смазки, которая может быть использована в механизмах различного назначения, работающих при температуре от минус 60оС. Сущность: низкотемпературная пластичная смазка содержит, мас.%: загуститель 11,0–15,0, антиокислитель аминного и/или фенольного типа 0,3–0,5, наноструктурированную функциональную добавку – наноразмерные частицы галлуазита или монтмориллонита 0,5–5,0, присадку с противоиз-носными и/или противозадирными свойствами 0,0–3,0, ингибитор коррозии 0,0–2,0, базовое масло – остальное, до 100. Причем при формировании смазки указанную наноструктурированную функциональную добавку используют в виде предварительно механически диспергированной в базовом масле, а после смешения с остальными компонентами – термомеханически диспергированной в смеси указанных компонентов [8].

В охлажденную смазку при необходимости добавляют расчетные количества присадок (проти-воизносной и/или противозадирной, ингибитора коррозии), после чего подвергают механической обработке (в частности, гомогенизации, фильтрации, деаэрации). Таким образом, наноструктурированная функциональная добавка термомеханически диспергирована в смеси указанных компонентов. Предполагается, что введение наноразмерных частиц в состав до стадии термомеханического диспергирования оказывает значительное влияние на формирование дисперсной фазы за счет их внедрения в структурный каркас используемого загустителя. Указанный процесс модификации структурного каркаса оказывает положительное влияние на трибологические характеристики пластичной смазки.

Эффективное спин-фотонное взаимодействие при использовании симметричного в плоскости скольжения волновода (RU 2682559 С2)

Группа изобретений относится к оптическим устройствам, содержащим волновод для считывания квантовых излучателей. Оптическое устройство содержит планарный волновод и квантовый излучатель. Планарный волновод содержит простирающуюся в продольном направлении направляющую об- ласть с первой стороной и второй стороной. На первой стороне направляющей области расположена первая наноструктура. На второй стороне направляющей области расположена вторая наноструктура. Планарный волновод включает в себя продольную область, где первая наноструктура и вторая наноструктура расположены по существу симметрично в плоскости скольжения относительно направляющей области планарного волновода [9].

Квантовый излучатель связан с первой продольной областью планарного волновода. Квантовый излучатель внедрен в направляющую область планарного волновода так, что излучатель является однофотонным излучателем и излучает фотоны в моде с круговой поляризацией. Продольная область планарного волновода поддерживает моды, когда электрические поля имеют круговую поляризацию в плоскости планарного волновода в положении квантового излучателя. Таким образом, фотоны из однофотонного излучателя эффективно вводятся в планарный волновод. Технический результат заключается в получении волновода, обеспечивающего эффективное считывание на кристалле квантовых излучателей, имеющих дипольные моменты переходов с круговой поляризацией.

Способ дегазации нанопорошка вольфрама (RU 2681962 С1)

Изобретение относится к области порошковой металлургии, в частности к очистке нанопорошка вольфрама. Может быть использовано для удаления сорбированных газов и воды с поверхности и из объема порошка при ее подготовке к дальнейшему использованию в технологическом процессе. Дегазацию осуществляют облучением образца СВЧ-излучением в атмосфере воздуха импульсами длительностью от 5 до 3000 нс, длиной волны 10 см, частотой следования импульсов не более 50 Гц в течение не менее 1 минуты. Обеспечивается дегазация абсорбированных порошком молекул химических соединений [10].

Предлагаемый способ позволяет решить техническую проблему дегазации сорбированных нанопорошком вольфрама молекул химических соединений (Н2О, СО2, О2 и др.), и так же, как в прототипе, включает облучение образца электромагнитным излучением для обеспечения десорбции сорбированных химических соединений.

Способ обеспечивает дегазацию нанопорошка вольфрама путем десорбции имеющихся в необработанном нанопорошке вольфрама 4,2 мас.% молекул химических соединений вследствие быстрого кратковременного нагревания наночастиц вольфрама импульсным СВЧ-излучением.

REVIEW OF NANOTECHNOLOGICAL INVENTIONS • ОБЗОР ИЗОБРЕТЕНИЙ В ОБЛАСТИ НАНОТЕХНОЛОГИЙ

Также представляют интерес для специалистов следующие изобретения в области нанотехнологий:

• •    Способ получения нанопористых полимеров [11].

• •    Технология утилизации ценных компонентов твердых бытовых отходов [12].

• •    Очистка сточных вод от ионов тяжелых металлов с помощью наноактивированных комплексов природного цеолита и диатомита [13].

• •    Способ функционализации поверхности детонационных наноалмазов [14].

• •    Теплозащитное нанокомпозитное покрытие и способ его формирования [15].

• •    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 [16].

• •    Способ хранения природного газа при помощи адсорбции в промышленных газовых баллонах [17].

• •    Способ производства каучуковых иономеров и полимерных нанокомпозитов [18].

• •    Устройство и способ для получения порошковых материалов на основе нано- и микрочастиц путем электрического взрыва проволоки [19].

• •    Энергосберегающие технологии в электроснабжении умных зданий с использованием искусственного интеллекта [20].

• •    Новые региональные модели экономического развития [21].

• •    Интеграционные процессы на энергетических рынках [22].

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Известно, что именно популяризация и внедрение изобретений являются 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.