The inventions in nanotechnologies as practical solutions. Part IV

It is known that it is precisely the 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 in demand and useful for specialists. Confirmation that articles from the «Invention Review» column are particularly popular is information on 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 – journal-detail. html? number = 6931.

В современных 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.

ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ

Углеродкерамический волокнисто-армированный композиционный материал и способ его получения (RU 2684538 С1)

Изобретение относится к классу композиционных материалов на основе углерода теплозащитного, конструкционного, химостойкого и назначений, подлежащих эксплуатации в условиях статических и динамических нагрузок при нагреве до 2000оС в окислительной среде (авиакосмическая техника, строительство объектов специального назначения, высокотемпературное электротермическое оборудование, комплектация атомных реакторов и т.п.), а также к способам их получения [1]. Технический результат изобретения – увеличение прочности композита до 40% по показателю прочности при изгибе и в два раза по показателю прочности при сжатии.

Углеродкерамический композиционный материал включает керамическую матрицу, армированную углеродным волокнистым материалом. При этом матричный керамический материал дополнительно армирован углеродными нанотрубками и дополнительно содержит по границе раздела фаз наноструктурированной матрицы и армирующего углеволокнистого наполнителя наноструктуриро-ванную карбидкремниевую интерфазу при следующем соотношении компонентов, мас.%: углеродные нанотрубки 0,3–1,0, углеродные волокнистые материалы 15–25, наноструктурированная карбидкремниевая интерфаза 2–4, карбид кремния – остальное. Углеродный волокнистый наполнитель пропитывают смесью некоксующейся и коксообразующей олигомерных смол, помещают между транспортной и разделительной полиэтиленовыми пленками и подвергают ионизирующему облучению, которым частично полимеризуют некоксующуюся смолу. Из слоев препрега набирают пакет заготовки объемной структуры, проводят формование, кар- бонизацию, пропитку раствором поликарбосилана в толуоле, сушку, термостабилизацию, керамизацию и силицирование. Перед помещением пропитанного углеродного волокнистого наполнителя на транспортную и разделительную полиэтиленовые пленки наносят слой (2–10)%-ной суспензии углеродных нанотрубок в смеси олигомерных коксообразующей и некоксующейся смол. При выкладке пакета заготовки углепластика в каждый из слоев препрега засыпают углеродные нанотрубки через съемную перфорированную пластину, находящуюся в непосредственном плотном контакте с выкладываемым слоем препрега, повторяющего его размеры. После карбонизации полученную углерод-углеродную заготовку дополнительно уплотняют пропиткой в (2–10)%-ной суспензии углеродных нанотрубок в растворе поликарбосилана в толуоле.

Способ получения тонких алмазных пленок (RU 2685665 С1)

Изобретение может быть использовано в различных областях промышленности и науки для получения тонкопленочных упрочняющих покрытий и активных слоев тонкопленочных наноструктур [2]. Предлагается способ получения тонких алмазных пленок на подложке методом вакуумного лазерного воздействия на мишени и конденсацией углерода на подложки, где в качестве мишеней используют предварительно спрессованные таблетки детонационного наноалмаза и таблетки из высокочистого графита, а лазерное воздействие осуществляют в два этапа: вначале сфокусированным излучением лазера на основе алюмоиттриевого граната с длиной волны 1064 нм серией 10-20 импульсов с энергией импульса 3,8–5,8 Дж диспергируют мишень из детонационного наноалмаза и формируют на подложке наноалмазные нуклеационные центры; затем промежутки между нуклеационными центрами заполняют углеродом с преимущественно sp3-связями, сконденсированным из парогазовой фазы, полученной испарением мишени из высокочистого графита путем воздействия расфокусированным лазерным излучением этого же лазера с интенсивностью энергии импульса не ниже 1,6•104 Вт/см2. В ходе конденсации углерода на подложку, предварительно заселенную нуклеационными центрами, преимущественно с размерами 5,73 нм, наблюдается их разрастание до частиц размером около 285,15 нм. Совокупность таких частиц (островков) формирует плоскую тонкопленочную плотноупакованную гексагональную структуру, представляющую собой поликристалли-ческий агрегат из островков, кристаллографически одинаково ориентированных относительно поверхности пленки.

REVIEW OF NANOTECHNOLOGICAL INVENTIONS • ОБЗОР ИЗОБРЕТЕНИЙ В ОБЛАСТИ НАНОТЕХНОЛОГИЙ

Роторно-вибрационный смеситель (RU 2685674 С1)

Изобретение относится к смесительным устройствам для смешивания высокодисперсных и нановеществ и может быть использовано в химической, нефтехимической, пищевой, сельскохозяйственной и других отраслях промышленности [3]. Роторновибрационный смеситель включает корпус, перемешивающий орган и вибратор, содержит крышку корпуса, перемешивающий орган, выполненный в виде пропеллера, установленного соосно над перемешивающим органом якорной формы, причем вибратор выполнен в виде направляющей поворотной гребенки. Изобретение обеспечивает повышение эффективности смешивания высокодисперсных и нановеществ, а следовательно повышение качества готовой смеси за счет применения ультразвуковых колебаний в псевдоожиженном слое.

Способ синтеза нанокомпозитов Ag/C (RU 2686223 С1)

Изобретение относится к области химии и нанотехнологии. Способ синтеза нанокомпозитов Ag/C включает приготовление совместного раствора полиакрилонитрила (ПАН) и нитрата серебра в диметил-формамиде (ДМФА), выдержку до полного растворения всех компонентов, удаление диметилформамида путем выпаривания и нагрев полученного твердого остатка [4]. Приготовление совместного раствора полиакрилонитрила и AgNO3 в диметилформамиде осуществляют при температуре 30–70оС при следующем соотношении компонентов: полиакрилонитрил 4,7%, диметилформамид 93,8–94,6%, AgNO3 0,7–1,5%. Выпаривание диметилформамида проводят при 60–80оС. Осуществляют поэтапный инфракрасный нагрев полученного твердого остатка при давлении 10–2–10–3 мм рт.ст. Сначала проводят предварительный нагрев в течение 5–15 минут при 80–200оС со скоростью нагрева не более 50оС/мин. Финальный нагрев проводят в течение 5–15 минут при 80–700оС со скоростью нагрева не более 50оС/мин. Изобретение позволяет упростить получение нанокомпозитов, включающих наночастицы серебра Ag с размером 19– 28 нм в углеродной матрице, без использования дополнительных внешних восстановительных агентов.

Режущий инструмент с износостойким покрытием (RU 2685820 С1)

Изобретение относится к металлорежущему инструменту, в частности к режущим пластинам и фрезам, используемым для обработки изделий из труднообрабатываемых материалов, в том числе из титана и его сплавов [5]. Режущий инструмент с износо- стойким покрытием, содержащий режущие кромки, образованные на пересечении передней и задней поверхностей твердосплавной основы режущей части, в котором износостойкое покрытие включает, по меньшей мере, структуру, сформированную из TiB2. Структура, сформированная из TiB2, содержит, по меньшей мере, последовательно нанесенные промежуточный слой из TiB2 и износостойкий слой из TiB2. Промежуточный слой имеет столбчатую металлографическую структуру с преимущественной ориентацией 001. Износостойкий слой имеет в своем составе, по меньшей мере, слой с внутренней структурой с текстурированными наноколоночны-ми зернами с ориентацией 001 с аморфной р-фазой в границах упомянутых зерен. Обеспечивается повышение стойкости режущего инструмента с покрытием, содержащим TiB2.

Способ изготовления изделий с антистатическими свойствами (RU 2685120 С1)

Изобретение относится к области композитных материалов и касается способа изготовления композитного стеклопластикового листа с антистатическими свойствами и получаемого из него изделия [6]. Способ изготовления композитного стеклопластикового антистатического по объему листа толщиной от 0,5 до 10,0 мм для изготовления прессованных изделий заключается в том, что на первой стадии полиэфирную смолу и порошкообразные добавки с нанокомпонентом, который придает листу антистатичность, смешивают в диссольвере с образованием пасты, которую подают в емкости, откуда она на второй стадии наносится на движущиеся под ними пленки, и при этом на второй стадии применяется химическое загущение полиэфирной смолы путем введения в состав пасты загустителя, увеличивающего вязкость для возможности последующего прессования через 3–5 дней, и одновременно с этим армирующее стекловолокно подают в рубочную машину, расположенную над поверхностью пасты, нанесенную на одну из пленок, рубят на отрезки заданной длины и хаотично подают на поверхность слоя пасты, сверху накатывают второй слой из пленки с пастой и подают в уплотнительную систему роликов, где происходит пропитка стекловолокна и удаление пузырьков воздуха, в результате получают лист, который наматывают на стальные ролики, расположенные на стеллаже. Полученный лист нарезают на столе, удаляя кромки, обедненные стекловолокном, при этом обрезки кладут в центр навески в стопку, которую помещают в пресс-форму, и формируют изделие. Изобретение обеспечивает придание листу и готовому из него изделию антистатические свойства по всему объему.

REVIEW OF NANOTECHNOLOGICAL INVENTIONS • ОБЗОР ИЗОБРЕТЕНИЙ В ОБЛАСТИ НАНОТЕХНОЛОГИЙ

Способ изготовления алмазного инструмента с на-номодифицированной режущей частью (RU 2685917 С1)

Изобретение относится к области изготовления инструмента резания твердых и высокотвердых материалов и может найти применение для изготовления алмазного режущего инструмента, в частности, камнеобрабатывающего алмазного отрезного круга с водным и/или воздушным охлаждением для резки железобетона, кирпича, керамогранита, огнеупорных материалов гранита, мрамора и других минералов [7].

Технический результат достигают тем, что способ изготовления алмазного инструмента с наномоди-фицированной режущей частью включает приготовление порошковой смеси на основе алмазного порошка и связки, введение в смесь пластификатора, гранулирование, дозирование, холодное прессование режущей части инструмента, горячее прессование, галтовку, соединение режущей части с инструментом и вскрытие алмазов.

Установка плазмохимического синтеза нано-размерных порошков и используемый в ней циклон (RU 2686150 С1)

Установка содержит реактор, корпус которого расположен вертикально и выполнен с возможностью нагрева, ускоритель электронов с энергией электронов 300–1000 кэВ, систему подачи реагента в реактор, содержащую расходную емкость, дозатор, буферную емкость и запорный клапан, вакуумную систему, устройство разделения твердых и газообразных продуктов плазмохимического синтеза, выполненное в виде шнекового циклона с возможностью нагрева его корпуса, и систему отделения растворимых газообразных продуктов плазмохимического синтеза, связанную со шнековым циклоном через электростатический фильтр, при этом выход реактора и вход шнекового циклона разделены автоматическим выпускным клапаном [8].

Изобретение относится к оборудованию плазмохимического синтеза ультрадисперсных порошков, неорганических соединений и композиций, в частности к установке плазмохимического синтеза наноразмерных порошков и шнековому циклону, используемому в ней. Изобретение обеспечивает возможность получения различных видов продукции наноразмерных порошков и композиционных материалов на их основе с высокой химической чистотой на одном и том же оборудовании, а также уменьшение времени технологического перехода от одного процесса к другому и высокий экономический эффект.

Способ синтеза наночастиц металлов осаждением на пористый углеродный материал (RU 2685564 С1)

Изобретение относится к получению наночастиц металла. Способ включает испарение мишени из металла электронным пучком в вакууме и осаждение наночастиц металла [9]. Испарение мишени из металла ведут электронным пучком, направленным под углом 30–90 градусов к поверхности мишени. Обеспечивают пространственное сканирование электронного пучка по двум координатам на мишени с частотами в пределах 5–200 Гц и амплитудой 5 мм в течение 10–1000 секунд и временную модуляцию тока пучка с частотой 10–100 Гц со скважностью 1–10. Осаждение наночастиц металла осуществляют из направленного потока на подложку, покрытую пористым углеродным материалом толщиной 0,1–2 мм, насыпной плотностью 0,04–0,06 г/см и установленную на водоохлаждаемом медном экране. Обеспечивается уменьшение поглощения энергии в парах металла, что увеличивает производительность распыления.

Способ изготовления газового сенсора с наноструктурой со сверхразвитой поверхностью и газовый сенсор на его основе (RU 2687869 С1)

Способ изготовления газового сенсора с наноструктурой со сверхразвитой поверхностью заключается в том, что образуют гетероструктуру из различных материалов, в которой формируют газочувствительный слой. После чего её закрепляют в корпусе сенсора, а контактные площадки соединяют с выводами корпуса при помощи контактных проводников, газочувствительный слой формируют в виде наноструктуры со сверхразвитой поверхностью путем двухстадийного химического синтеза, на первой стадии которого формируется однородная тонкой пленка оксида цинка, представляющая собой зародышевый слой, а на второй стадии методом гидротермального синтеза формируются наностержни оксида цинка, образующие сверхразвитую поверхность [10].

Технический результат заключается в обеспечении возможности повышения чувствительности к газам-восстановителям при близкой к комнатной температуре (25–50оС).

Также представляют интерес для специалистов следующие изобретения в области нанотехнологий:

• •    Строительный конструкционный элемент [11].

• •    Способ синтеза композитного углеродного материала с наночастицами металла с переносом части их электронной плотности в углеродную матрицу [12].

REVIEW OF NANOTECHNOLOGICAL INVENTIONS • ОБЗОР ИЗОБРЕТЕНИЙ В ОБЛАСТИ НАНОТЕХНОЛОГИЙ

• •    Способ изготовления маркёра горючесмазочных материалов [13].

• •    Система очистки сточных вод с использованием наномодифицированных природных сорбентов [14].

• •    Нанокристалл, гидрозоль нанокристаллической целлюлозы и способ его получения [15].

• •    Способ получения мембран для ультрафильтрации водных сред [16].

• •    Технологии повышения эффективности электропотребления [17].

• •    Способ получения прозрачной керамики иттрийалюминиевого граната [18].

• •    Тенденции развития глобальных энергетических рынков[19].

• •    Способ и устройство атомно-эмиссионного спектрального анализа нанообъектов [20].

• •    Способ термической очистки углеродных нанотрубок [21].

• •    Метод получения прочного и токопроводящего волокна путем вытягивания пленок из углеродных нанотрубок [22].

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 XX 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 –