Нанотехнологии в отраслях промышленности

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ  УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО  ОБРАЗОВАНИЯ

  «Кемеровский государственный университет»

Кафедра менеджмента

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Реферативное  задание

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Предмет : Теоретические основы современных технологий

Тема : Нанотехнологии в отраслях промышленности. 

 

  Выполнил: студент 1 курса группы Э-112

       Аникаева Наталья Леонидовна

       Научный руководитель:

       Завьялова Екатерина Андреевна

 

 

 

        

 

 

 

Кемерово, 2012

Содержание

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

Согласно Энциклопедическому словарю, технологией называется совокупность методов обработки, изготовления, изменения  состояния, свойств, формы сырья, материала  или полуфабриката, осуществляемых в процессе производства продукции.

Особенность нанотехнологий заключается в том, что рассматриваемые процессы и совершаемые действия происходят в нанометровом диапазоне пространственных размеров. “Сырьем” являются отдельные атомы, молекулы, молекулярные системы, а не привычные в традиционной технологии микронные или макроскопические объемы материала, содержащие, по крайней мере, миллиарды атомов и молекул. В отличие от традиционной технологии, для нанотехнологии характерен “индивидуальный” подход, при котором внешнее управление достигает отдельных атомов и молекул, что позволяет создавать из них как “бездефектные” материалы с принципиально новыми физико-химическими и биологическими свойствами, так и новые классы устройств с характерными нанометровыми размерами. Понятие нанотехнология еще не устоялось. По-видимому, можно придерживаться следующего рабочего определения:

Нанотехнологией называется междисциплинарная область науки, в которой изучаются закономерности физико-химических процессов в пространственных областях нанометровых размеров с целью управления отдельными атомами, молекулами, молекулярными системами при создании новых молекул, наноструктур, наноустройств и материалов со специальными физическими, химическими и биологическими свойствами.

Благодаря стремительному прогрессу в таких технологиях, как оптика, нанолитография, механохимия и 3D прототипировние, нанореволюция может произойти уже в течение следующего десятилетия. Когда это случится, нанотехнология окажет огромное влияние практически на все области

промышленности  и общества.

 
В 1992 году, выступая перед комиссией  Конгресса США, доктор Эрик Дрекслер нарисовал картину обозримого будущего, когда нанотехнологии преобразят наш мир. 

Будут ликвидированы  голод, болезни, загрязнение окружающей среды и другие насущные проблемы, стоящие перед человечеством. Практически  все, что необходимо для жизни  и деятельности человека, может быть изготовлено молекулярными роботами непосредственно из атомов и молекул  окружающей среды. Продукты питания  — из почвы и воздуха, точно  так же, как их производят растения; кремниевые микросхемы — из песка. Очевидно, что подобное производство будет куда более рентабельным и  экологичным, чем нынешние промышленность и сельское хозяйство. 

Определенно, нанотехнологии в промышленности могут дать импульс экономике и в данной сфере мы можем наблюдать положительные сдвиги. Сама популяризация темы нанотехнологий указывает на желание бизнес-кругов увеличивать капитализацию отечественного рынка производства тонких технологий. Верно и обратное – появление возможностей для производства меняет позиционирование с академического на популярное.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Нанотехнологии в машиностроении

 

Современный уровень автоматизации в большинстве  областей деятельности

человека  принял глобальный геополитический  характер и во многом стал индикатором   эффективности общественно-экономических  отношений.  В таких    важных    отраслях промышленности,  как точное приборостроение и машиностроение,  вообще невозможно себе представить  какое-либо производство без поддержки  комплексных автоматических машин  и автоматов.

Нанотехнологии обещают целый ряд выгод от широкомасштабного внедрения в массовое производство автомобилей. Так буквально каждый узел или компонент в конструкции автомобиля может быть в значительной степени усовершенствован при помощи нанотехнологий. 

Одним из наиболее перспективных и многообещающих направлений применения (в том  числе коммерческого) достижений современной  нанотехнологии является область наноматериалов и электронных устройств - содержащиеся в воздухе молекулы воды превращаются в сильные окислители - радикалы гидроокиси (HO), которые в свою очередь окисляют и расщепляют грязь, а также нейтрализуют различные запахи и убивают микроорганизмы.

Кроме покрытий для стекол также разработаны  и выпускаются составы с аналогичным  действием для тканей, металла, пластика, керамики - и все они имеют потенциал  для применения в автомобильной  промышленности. 

Уже существуют легко очищающиеся  и водоотталкивающие покрытия для  материалов, основанные на использовании  диоксида кремния. 

Композитные материалы позволяют делать кузовные детали прочными и легкими. Корпуса болидов «Формулы-1» выполняют из композита на основе углеродного волокна — потому что такой корпус выдерживает даже столкновения на скоростях около 300 км/ч. Из углерод-металлических композитов делают и тормозные диски, — они не перегреваются при длительном интенсивном торможении.

Добавление наночастиц в топливо увеличивает эффективность его сгорания, одновременно снижается количество выбрасываемых в атмосферу вредных веществ. Находящиеся в масле наночастицы способствуют увеличению ресурса двигателя: по некоторым данным, применение таких добавок снижает износ деталей в 1,5-2 раза.

Автомобиль на водородных элементах — одна из генеральных линий развития автотранспорта

С помощью нанотрубок предполагается решить проблему надежного и безопасного хранения водорода на борту транспортного средства, так как наряду с металлами и жидкостями углеродные нанотрубки могут заполняться газообразными веществами и связывать большое его количество.

Китайские и американские ученые совместно  разработали нанолампочку, в которой нитью накаливания служит не вольфрамовая проволочка, а углеродные нанотрубки. Лампочка с УНТ более экономичная - при равном напряжении она испускает больше света. 

Сейчас конструкторы «гибридных»  автомобилей уже сталкиваются с  потребностью в компактных, легких и высокоемких аккумуляторных батареях. Стоит напомнить, что ставшие традиционными кислотные аккумуляторы не годятся, в силу большой массы, громоздкости, экологической «небезупречности». С ростом парка гибридов, а также с массовым появлением водородных автомобилей на ТЭ потребность в автономных источниках хранения электрической энергии возрастет еще больше. Нанотехнологии предлагают ряд решений данной проблемы. 

В силу того, что большинство автомобилей  будущего будет работать на электрической  тяге, гораздо больший интерес  станет представлять использование  фотоэлементов в конструкции  автомобиля. В этом отношении нанотехнология позволяет создавать долговечные, ультратонкие и гибкие преобразователи солнечного света. Кроме того, использование нанотехнологических принципов позволит получать солнечные панели с КПД до 80-90%

Так с появлением автоматизированной молекулярной нанотехнологии получит новое развитие уже наметившаяся тенденция - разделение функций разработки/проектирования автомобилей и их производства с окончательным закреплением приоритета за первой из перечисленных двух функций. Собственно в будущем автомобильные концерны будут только разрабатывать конструкции тех или иных моделей автомобилей для последующей продажи права на их производство методами поатомной сборки сторонним организациям. 

 

Нанотехнологии в металлургии

 

Металлургическая  отрасль производит в основном конструкционные  материалы, поэтому от использования  нанотехнологий в этом сегменте, по крайней мере в ближайшее время, не стоит ожидать таких невероятных чудес, как появление способных к самопроизводству наносистем-репликаторов, нанопреобразователей энергии или наномедицинских роботов-манипуляторов. Тем не менее отраслевые компании продолжают активно инвестировать в наноматериаловедение, которое позволит в перспективе значительно улучшить потребительские свойства металлургической продукции.

Наноструктурированные материалы обладают уникальными механическими, физическими и химическими качествами. У наноструктурированных материалов резко возрастают такие механические свойства, как прочность, ударная вязкость, твердость, износостойкость, низкотемпературная сверхпластичность. Из таких веществ изготавливаются компьютерные запоминающие устройства, солнечные элементы, пожаробезопасные и прочные теплоизоляционные материалы, материалы для энергосбережения, повышения эффективности сжигания топлива и емкости аккумуляторов.в качестве примера торжества нанотехнологий можно привести компьютерную флешку- "Произведенное с помощью нанотехнологий устройство с памятью объемом 1 ГБ стоит $10 и занимает минимум места. А раньше для того, чтобы запомнить такое количество информации, требовалось оборудование на площади несколько сот квадратных метров.

Среди основных направлений развития нанотехнологий в металлургии перечисляются компактирование и спекание нанопорошков в порошковой металлургии, интенсивную пластическую деформацию металла, обработку заготовок потоком высокоэнергетических частиц, нанесение упрочняющих металлических покрытий, кристаллизацию наночастиц из аморфного состояния и внесение наночастиц модификатора в исходный расплав.

Так, одной из интересных научных  разработок в области нанотехнологий с участием российских ученых представитель РОСНАНО называет методики интенсивной пластической деформации металлов для получения наноструктурированных заготовок, Металл приобретает структуру с размером частиц в несколько сотен нанометров в результате сильных механических воздействий. Большое будущее специалисты прочат аморфным сталям (неупорядоченным на атомарном уровне системам) и композитам на их основе. Российские ученые активно изучают процессы производства металлических стекол, среди разрабатываемых приемов получения новых композитов следует упомянуть целенаправленное внесение наночастиц-модификаторов (например, фуллеренов, углеродных нанотрубок, тугоплавких оксидов) в металлический расплав до начала кристаллизации основной массы металла. Еще одно перспективное направление исследований — получение легких материалов высокой прочности, позволяющих увеличивать полезные нагрузки на транспорте и экономию топлива.