referat_Одилов_А_Д (5).doc 2.04.22. Проблемы применения наноматериалов и нанотехнологий в строительстве и строительных материалах
 Скачать 1.07 Mb.
|
МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Южно-Уральский государственный университет (национальный исследовательский университет)» Филиал ФГАОУ ВО «ЮУрГУ (НИУ)» в г. Златоусте Факультет «Техники и технологии» Кафедра «Промышленное и гражданское строительство» Направление 08.03.01 «Строительство» РЕФЕРАТ Тема: Проблемы применения наноматериалов и нанотехнологий в строительстве и строительных материалах По дисциплине: Современные материалы и технологии в строительстве ФТТ–408.08.03.01.2022. Выполнил: студент группы ФТТ-408 _______________ Одилов А.Д « ____» _____________________2022 г. Проверил: ______________ Калдышкина Т.В . « ____» _____________________2022 г. Работа защищена с оценкой: ________________________________ « ___» _____________________2022 г. Златоуст 2022 Оглавление : Введение Что такое нанотехнология Проблемы применения нанотехнологий Нанотехнологии в строительстве Нанотехнология и медицина Нанотехнология в сельском хозяйстве Заключение Список литературы Введение В современном мире нанотехнологии играют важную роль в развитии тех- нических наук, химии, физики, биологии, генетики и др. Нанотехнологии являются инновационными и делают большие шаги в развитии научно- технической революции. Сегодня развитие нанотехнологий открывает большие перспективы для разработки новых инновационных материалов, развития биотехнологий, совершенствования коммуникаций, энергетики, здравоохранения и воору- жений. Квантовая природа нанотехнологических процессов делает их очень наукоемкими и стимулирует развитие таких прикладных областей, как наномашины, нанокосмонавтика, наномеханика, создание и развитие такой отрасли промышленности, как производство наноматериалов. Нанотехнологии позволяют контролировать размер частиц и, таким обра- зом, улучшать свойства материалов. Миниатюризация структур приводит к созданию новых объектов, таких как нанотрубки, углеродные наноразме- ры, тонкие пленки, квантовые проводники и матричные элементы, лазер- ные генераторы, обладающие уникальными свойствами. Будущее заключается в развитии нанотехнологий, которые коренным об- разом изменят способы разработки различных приборов и материалов. Нанотехнологии открывают новую эру фундаментальных исследований, сочетая науку, технологию и образование. Нанотехнологии — это своего рода «конструктор», который делает эту отрасль науки мощным инстру- ментом для просвещения всех сторон производственной и общественной жизни. Что такое нанотехнология Термин «технология» происходит от греческого слова «техно» — искусство, мастерство, умение + «логотипы» — наука; как совокупность методов обра- ботки, изготовления, изменения состояния (свойства, формы) исходного сы- рья, материала в процессе изготовления конечного продукта. Задача технологии — обеспечить использование законов природы на благо человечества. Существуют различные отрасли техники — инженерные тех- нологии, технологии химической водоподготовки, информационные техноло- гии и другие. Технологии различаются только по типу сырья, материалам. Именно суще- ственная разница между таким сырьем, как информация и металлоконструк- ции, определяет значительные различия в методах обработки и трансфор- мации. У каждой науки своя система терминов и понятий. Давайте сразу перейдем к терминологии. Сам термин «нанотехнология», по сути, является междисци- плинарной областью науки и техники, которая связана с исследованием свойств объектов и разработкой устройств с базовыми структурными элемен- тами размером в несколько десятков нанометров. В макроскопическом плане физические и химические свойства вещества инвариантны с точки зрения их количества или размера. Нанотехнологии направлены на манипулирование отдельными атомами и молекулами с высочайшей точностью. Это изменит наше окружение более радикально, чем мы можем себе представить. В последнее время очень популярным стал термин «нанотехнология» (НТ). Она объединяет различные идеи и подходы, а также различные методы ра- боты с материей. Следует отметить, что термину «нанотехнология» предше- ствует приставка «нано», что означает изменение масштаба в 10-9 (милли- ардных) раз, т.е. 1 нанометр = 1 нм = 10-9 м, что составляет одну миллион- ную часть обычного миллиметра. Это примерно соответствует размеру моле- кул (именно поэтому нанотехнологии часто называют молекулярной техноло- гией). Для сравнения, человеческий волос примерно в 60 тысяч раз толще Нанотехнологии в строительстве Одной из отраслей, в которой нанотехнологии развиваются достаточно ин- тенсивно, является строительная промышленность. Основные разработки в этом секторе должны быть направлены на создание новых, более прочных, легких и дешевых строительных материалов и улучшение существующих ма- териалов: металлоконструкций и бетона путем легирования их нанопорошка- ми. В этой области уже достигнут определенный прогресс. Российские ученые из Санкт-Петербурга, Москвы и Новочеркасска производят нанобетон. Специ- альные добавки — так называемые нано-инициаторы — значительно улуч- шают его механические свойства. Предел прочности нанобетона в 1,5 раза выше, чем у обычного бетона, морозостойкость на 50% выше и вероятность растрескивания в три раза ниже. При этом вес бетонных конструкций, изго- товленных с использованием наноматериалов, снижается в шесть раз. Раз- работчики утверждают, что использование такого бетона снижает конечную стоимость конструкций в 2-3 раза. Он также указывает на ряд реставрационных свойств бетона. При нанесении нанобетона на структуру железобетона он заполняет все микропоры и микро- трещины и полимеризуется, восстанавливая свою прочность. При коррозии арматуры новое вещество реагирует с коррозионным слоем, заменяя его и восстанавливая адгезию бетона с арматурой. В настоящее время технология, основанная на практическом применении «Лотос-эффекта», широко используется, особенно в строительной отрасли. Другим направлением практического применения нанотехнологий в строи- тельстве являются различные виды отделочных и защитных покрытий на ос- нове реализации лотосного эффекта и биоцидных материалов. На выставке в Испании был представлен еще один продукт — покрытие для плитки, раз- работанное в результате стратегического партнерства с испанской группой — одним из ведущих мировых производителей фритт (керамических сплавов) и Нанотехнология и медицина Самым ярким и простым примером использования нанотехнологий в меди- цине и косметике является обычный мыльный раствор, обладающий моющим и дезинфицирующим эффектом. Он образует наночастицы, мицеллы — ча- стицы дисперсной фазы золы (коллоидный раствор), которые окружены сло- ем молекул или ионов дисперсной среды. Мыло — чудо нанотехнологии, ко- торое уже было таким чудом, когда никто не знал о существовании наноча- стиц. Однако этот наноматериал не является необходимым для развития со- временных нанотехнологий в здравоохранении и косметологии. Еще одним древним применением нанотехнологий в косметологии стал тот факт, что красители, используемые австралийскими аборигенами для нане- сения легких военных красок, а также краски для волос древнегреческих кра- савиц, также содержали наночастицы, которые давали очень длительный и стойкий цветовой эффект. В настоящее время на свободном рынке многие наткнулись на так называе- мую шунгитовую воду, производители которой заявляют о ее уникальных оздоровительных свойствах, якобы полученных из натуральных фуллеренов. Факт, что на протяжении многих столетий в Карелии у Онежского озера суще- ствовал целебный источник, где российский император Петр I приказал по- строить первый русский курорт «Марциальные воды». С древних времен лю- ди пользовались целебными свойствами этой воды. Ее особенность в том, что эта вода не может храниться долго — через несколько часов она теряет свои уникальные свойства. Исследования, проведенные в Украине и Карелии, показали, что военная во- да является следствием влияния на воду фуллеренов, содержащихся в при- родном минерале — шунгите. Ученые считают, что происхождение шунгита, скорее всего, было следствием падения крупного углеродного метеорита. Каждая молекула фуллерена способна формировать и удерживать вокруг водного кластера, размер которого во много раз превышает его диаметр. Это связано с тем, что в нормальной воде (H2O) состояние и количество образо- Заключение Большое значение имеет применение нанотехнологий для очистки и обезза- раживания воды. Внедрение мембранных систем очистки и специальных биоцидных покрытий и материалов на основе серебра позволяет упростить содержание сельскохозяйственных животных и повысить их качество за счет обеспечения их высококачественной питьевой водой. Не менее актуальной является проблема обеспечения человечества питье- вой водой в достаточном количестве. Запасы полезной пресной воды состав- ляют всего 3%, из которых только 1% потребляет население мира. В настоя- щее время 1,1 миллиарда человек не имеют возможности пользоваться чи- стой пресной водой. Учитывая текущее потребление воды, рост населения и промышленное развитие, две трети населения мира к 2050 году будут испы- тывать нехватку пригодной для питья пресной воды. Ожидается, что нанотехнологии решат эту проблему, в том числе за счет ис- пользования экономичной децентрализованной системы водоподготовки и опреснения воды, систем разделения на молекулярном уровне и фильтрую- щих систем нового поколения. Список литературы 1. Первый Балабанов, В.И. Нанотехнология. Наука будущего. — М.: Изда- тельский дом «Эксмо», 2007. 2. Азаренков Н.А. Основы нанотехнологий и наноматериалов / Н.А. Аза ренков, А.А. Веревкин, Г.П. Ковтун // Учебное пособие. — Харьков // Учебник. 2007. 3. M. Анишук В. М. Наноматериалы и нанотехнологии / В.М. Анишук, В.З. Бо- рисенко, С.А. Жданюк, Н.К. Толочко // — Минск. БГУ, 2006 г. — 375 с. 4. Верещагина, И. А. Инновационная техника. Введение в нанотехнологии: Учебное пособие / Я. А. Верещагина. — Казань: Издательский дом Казанско- го государственного технического университета, 2002 г. — 115 с. 5. Головин, Юрий Иванович. Введение в нанотехнологии. — М.: Машиностро- ения, 2004. — — 496 с. 6. Пул. C. Нанотехнология / C. Пул Ф. Оуэнс // 2-е — М.: Техносфера, 2005 — 260 с. 7. Неволин В.К. Зондовые технологии в электронике / В.К. Неволин // — М.: Техносфера, 2004. |
Все природные материалы и системы построены из нанообъектов. Природа
«программирует» основные свойства веществ, явлений и процессов именно на наноуровне (на молекулярном уровне). Под нанотехнологическим подхо- дом понимается та же, но целенаправленная регуляция свойств объектов на молекулярном уровне, определяющая основные параметры материи. Поэто- му такие проекты, как саморазмножающиеся роботы, с одной стороны, и дви- гатели с сотовым ротором, с другой стороны, не кажутся фантастическими или осуществимыми.
Особенность свойств вещества нанометрического масштаба и связанные с ними новые физические явления обусловлены тем, что характерные размеры элементов структуры нанообъектов находятся в диапазоне, соответствую- щем средним размерам атомов и молекул в обычных материалах. С этой точки зрения наноструктуры следует рассматривать как особую фазу и устой- чивое состояние вещества. Свойства веществ и материалов, образованных структурными элементами с размерами в нанометровом диапазоне, в объем- ной фазе четко не определены. Это связано с тем, что изменение свойств обусловлено не только уменьшением размеров структурных элементов, но и проявлением квантово-механических эффектов, волновой природы переда- точных процессов и доминирующей роли интерфейсов. Контролируя размер и форму наноструктур, можно придать совершенно новые функциональные свойства таким материалам, которые существенно отличаются от обычных
Главная проблема нанотехнологий и по сей день заключается в том, что ис- следователи до сих пор почти ничего не знают об основных поведенческих закономерностях отдельных частиц, структур и целых систем в этом нано- метровом пространстве. Наночастицы одновременно слишком малы и слиш- ком велики (для квантово-механических расчетов, которые очень близки друг к другу в наноразмерном пространстве).
Исследователи пока не могут достаточно точно смоделировать поведение наночастиц, поскольку их свойства постоянно меняются во времени и про- странстве, а количество частиц, объединенных в наносистемы, пока еще не- достаточно велико, чтобы рассматривать эти системы как статистические ан- самбли.
Поэтому для реального прогресса в производстве наноструктурных материа- лов и нано-компонентов необходимо будет значительно углубить фундамен- тальные представления о поведении наночастиц и разработать надежные методы расчета их свойств
История зарождения и развития нанотехнологий
Нанонаука основывается на исследовании, создании и модификации объек- тов, содержащих компоненты размером менее 100 нм хотя бы в одном изме- рении, что приводит к принципиально новым качествам. Эта отрасль знаний относительно молода и ей не более ста лет. Первым ученым, использующим измерения в нанометрах, считается швейцарский физик Альберт Эйнштейн, который в 1905 году опубликовал работу, в которой доказал, что размер мо- лекулы сахара составляет около 1 нанометра (10-9 м). Идею создания специ- альных приборов, способных проникать в глубины материи до пределов
Впервые теоретическими исследованиями, положившими начало разработке средств для будущих нанотехнологий, стал труд физика-теоретика Георгия
Антоновича Гамова российского происхождения. В 1920-х годах он впервые представил решения уравнений Эрвина Шредингера. Уникальным свойством квантовых частиц, в том числе электронов, является их способность прони- кать через препятствие, даже если их энергия ниже потенциального барьера, соответствующего этому препятствию. Электрон, который на своем пути сталкивается с барьером, требующим больше энергии, чем у него есть, на него это не влияет, и он преодолевает барьер с потерей энергии (как волна).
Открытое явление, известное как «туннельный эффект», позволило объяс- нить многие экспериментально наблюдаемые процессы. Найдено решение для описания процессов при вылетах частиц из ядер, компонентиях в воздухе
Основанная наука и техника. Уже в 1956 году Г.А. Гамов получил премию Ка- линги за популяризацию науки.
В 1931 году немецкие физики Макс Кнолл и Эрнст Руска создали электрон- ный микроскоп, который впервые позволил исследовать нанообъекты. В том же году компания Siemens, где работала Е.А. Руска, выпустила первый ком- мерческий электронный микроскоп с разрешением 10 нм.
Следующий шаг был сделан лишь в 1956 году, когда Джон Алоизиус О’Киф
(John Aloysius O’Keefe) из Военной картографической службы США предло- жил конструкцию микроскопа, в котором свет появляется из крошечного от- верстия в непрозрачном экране и освещает объект, находящийся в непо- средственной близости от экрана. Свет, который проходил через образец или отражался обратно в отверстие от образца, регистрировался при перемеще- нии образца назад и вперед (сканирование). Американец описал свой метод как ближнепольную сканирующую микроскопию и отметил, что разрешение такого микроскопа не ограничивается длиной волны света, а только разме-
Стремительное развитие электроники в 1950-х годах привело к открытию туннельного диода японским физиком Львом Эсаки. В то же время, заведую- щий сектором физико-теоретических исследований НИИ «Пульсар» Юрий
Сергеевич Тиходиев впервые предложил расчеты параметров и вариантов применения устройств на основе многослойных тоннельных конструкций, позволяющих достичь рекордных результатов за период скорости.
Идея о том, что в будущем человечество сможет создавать объекты, собирая их «молекула за молекулой», «атом за атомом», восходит к знаменитой лек- ции «Там внизу много места» одного из величайших физиков ХХ века, лауре- ата Нобелевской премии, профессора Калифорнийского технологического института. Ученый прочитал свою первую лекцию на годичной конференции
Американского физического общества под названием «Полно игрушек на по- лу комнаты». Он обратил внимание на проблемы миниатюризации, которые были актуальны в то время в физической электронике, машиностроении и информатике.
Некоторые считают эту работу основополагающей для нанотехнологий. С очень общей точки зрения Фейнман проанализировал возможности измене- ния масштаба электромеханических устройств, электрических цепей и про- блему записи, сжатия и хранения информации. Идеи Ричарда Фейнмана по- казались зрителям фантастическими, потому что практическая реализация предложенных им устройств и механизмов рассматривалась как проблема далекого будущего или даже невозможная. Сегодня мы еще раз убедились, что идеи великого американского физика были вполне реалистичны, и многие из них уже воплощены в математических расчетах и практическом примене- нии.
В области красок появился инновационный материал, разработанный на ос- нове нанотехнологий — фасадная силикатная краска с уникальными свой- ствами. Впервые она была представлена на выставке в Кельне в апреле
2005 года. Материал с наноструктурой обеспечивает высокую адгезию по- крытия не только к минеральным подложкам, но и к органическим основани- ям. Благодаря чрезвычайно маленькому размеру частиц покрытие также до- стигает высокой прочности и устойчивости к внешним воздействиям, в том числе к влажному истиранию.
Комбинация пигментных наполнителей в сочетании с наноструктурной по- верхностью имеет решающее значение для фотокаталитического эффекта покрытия — грязь на поверхности покрытия разлагается при воздействии света. Сочетание наноструктуры и светостойких пигментов обеспечивает как высокую насыщенность цвета, так и общую стойкость краски к ультрафиоле- товому излучению, благодаря чему фасады зданий и сооружений сохраняют свой первоначальный вид в течение длительного времени. Коэффициент влагопоглощения 0,09 кг/м2 ч гарантирует защиту от дождя. Это свойство очень популярно в российских климатических условиях. Коэффициент паро- проницаемости краски, составляющий 0,001 м, обеспечивает максимальную степень «дыхания» стены при полном сохранении естественного режима влажности.
Благодаря высокой проницаемости для углекислого газа, который необходим для процессов тления извести, известковые штукатурки и старые каменные растворы закаляются и сохраняются.
На основе биохимического метода создана технология синтеза наночастиц серебра, стабильных в растворах и в адсорбированном состоянии. Наноча- стицы серебра обладают широким спектром антимикробной (биоцидной) ак- тивности, что позволяет производить широкий спектр продуктов с высокой бактерицидной и вирусной активностью. Они могут использоваться для мо-
Наночастицы серебра синтезируются в водных и органических растворах, наносятся на поверхность и входят в структуру материалов, придавая им ан- тимикробные свойства. Антимикробный эффект цветных покрытий с наноча- стицами серебра был подтвержден в естественных тестах. В лабораторных условиях организовано мелкосерийное производство растворов наночастиц серебра, налажено производство биоцидных красок (на основе пентафтено- вых лаков и водно-дисперсионных красок) и зубной пасты. Противомикроб- ные краски с наночастицами серебра безопаснее и дешевле производить по сравнению с аналогичными продуктами с добавками производных полигек- саметилена гуанидина, поэтому в настоящее время для достижения высокого бактерицидного эффекта широко используются краски с наночастицами се- ребра.
Одним из примеров использования нанотехнологий является разработка но- вых лакокрасочных материалов для поездов, которые предназначены для защиты поверхности вагонов от краски и надписей и придания ей такой глад- кости, что никакая другая краска не сможет прилипнуть к ней.
Эти кластеры воды способны оказывать антиоксидантное действие, т.е. улавливать свободные радикалы, которые являются «фрагментами различ- ных органических соединений», и уничтожать живой организм.
Человечество сталкивается с глобальными проблемами, которые требуют незамедлительных, а порой и кардинальных действий. Нанотехнологии могут оказать большую помощь в решении многих из этих проблем. Например, за последние 20 лет было выявлено не менее 30 инфекционных заболеваний, при этом уровень смертности в мире составил 30%. Смертность от них во всем мире составляет не менее 500 тысяч человек в год. Прогнозируется, что к 2020 году число онкологических больных в мире может увеличиться на 50% до 15 миллионов в год.
Директор лаборатории нанофотоники, профессор Раисского университета в
Хьюстоне, Наоми Халас и Питер Нордлендер создали новый класс наноча- стиц с уникальными оптическими свойствами — нанопленки. Имея диаметр в
20 раз меньше, чем у эритроцитов (эритроцитов), они свободно перемещают- ся по кровотоку. Специальные белки — антитела, атакующие раковые клетки, особым образом прикрепляются к поверхности оболочек. Через несколько часов после их введения, тело облучается инфракрасным светом, который нанооболочки преобразуются в тепловую энергию. Эта энергия разрушает раковые клетки, а соседние здоровые клетки практически не повреждены.
Эта уникальная нанотехнология уже успешно опробована на испытательных мышах с раковыми опухолями. Уже через 10 дней после воздействия все больные животные были полностью избавлены от болезни. И, как уже упоми- налось, последующие тесты не выявили ни одного стада новых злокаче- ственных опухолей.
Согласно докладу Института биомедицинской химии РАМН, в 1998-2005 гг. российскими учеными-медиками опубликовано более 200 научных работ,
СПИДа, гриппа и туберкулеза. Отмечается, что отечественная наука получи- ла убедительные данные о возможности использования наночастиц для про- изводства эффективных вакцин. Например, в Институте молекулярной био- логии имени М.В. Ломоносова. Например, в Институте молекулярной биоло- гии им. Энгельгардта РАН был разработан биочип на основе нанотехнологий, позволяющий диагностировать ряд социально опасных заболеваний, таких как туберкулез, в течение нескольких часов. Раньше на проведение необхо- димых медицинских осмотров уходило не менее месяца. Даже если не учи- тывать социальный фактор, экономический эффект от снижения стоимости диагностики составляет 20 000 рублей за исследование. В то же время в настоящее время в России существует два десятка научных организаций, за- нимающихся исследованиями в области нанотехнологий в медицине.
Следует отметить, что направление исследований в области медицинских нанотехнологий также быстро развивается. В то же время результаты, полу- ченные на лабораторных животных, уже обещают значительные перспективы для лечения человека. Если нанотехнологии включают в себя работы и до- стижения в области генной инженерии, то результаты, как правило, будут фантастическими.
Нанотехнология в сельском хозяйстве
Основными направлениями использования нанотехнологий и наноматериа- лов в сельском хозяйстве являются биотехнология, особенно в связи с ген- ной инженерией, производством и переработкой сельскохозяйственной про- дукции, очисткой воды и проблемами качества продукции и охраны окружа- ющей среды.
В отличие от выбросов от промышленных и автотранспортных средств, за- грязняющих атмосферу, выбросы от внедорожной подвижной сельскохозяй- ственной техники охватывают все обрабатываемые земли, хотя и неравно-
Газообразные выбросы от мобильного оборудования являются наиболее значительными с точки зрения количества и степени негативного воздействия на человека, животных и растения. Наиболее опасны сажа, бензапирен, оки- си азота, альдегиды, окись углерода (II) и углеводороды. Степень их воздей- ствия на организм человека зависит от концентрации вредных соединений в атмосфере, состояния человеческого организма и его индивидуальных осо- бенностей.
Сажа занимает одно из первых мест в общем уровне токсичности, так как, во- первых, ее выбросы являются значительными (определяющими увеличение выработки дыма) и достигают 1% от массового потребления топлива, а, во- вторых, она действует как резервуар для полициклических ароматических уг- леводородов (ПАУ). Наличие сажи в отработанных газах (OG) приводит к не- приятным ощущениям, загрязнению воздуха и плохой видимости. Частицы сажи высокодисперсны (диаметр — 50-180 нм, масса — не более 1010 мг), поэтому они долгое время находятся в воздухе и проникают в дыхательные пути и пищевод человека. Расчеты показывают, что частицы сажи с разме- ром до 150 нм могут оставаться во взвешенном состоянии в воздухе около восьми дней. В то время как относительно крупные частицы сажи размером
2-
10 мкм могут быть легко удалены из организма, мелкие частицы (50-200 нм) попадают в легкие и вызывают аллергию.
Высокое содержание сажи (20-90%) обычно для твердых частиц в дизельных двигателях OG. Частицы сажи образуются в так называемой газовой фазе и вызываются неполным процессом горения. Частицы ниже 50 нм, содержащи- еся в дизельных выбросах, в основном образуются из серы, которая до сих пор входит в состав дизельного топлива.
Замена углерода элементами с более высокой удельной теплотой сгорания приводит к получению топлива с лучшими энергетическими характеристика-
Ученый СССР С. Лабинов предлагает концепцию нового двигателя внутрен- него сгорания, работающего на твердом металлическом топливе. В этом дви- гателе система привода сочетается с системой отвода отработанных газов.
Топливный бак, оснащенный специальной подвижной перегородкой, запол- нен топливом на основе нанопорошка железа. Сжигание топлива (окисление) происходит в камерах сгорания с образованием в выхлопных газах почти чи- стого азота, без оксидов углерода и азота, углеводородов и сажи, при этом сгоревшие частицы порошка улавливаются специальными фильтрами или магнитами. Когда порошок используется, перегородка перемещается, и по- рошок оксида отработанных газов подается в результирующий объем. Когда весь порошок израсходован, топливный бак можно легко извлечь из транс- портного средства и отправить на регенерацию, где оксиды разлагаются на металл и кислород при высоких температурах. Оксиды также могут быть вос- становлены путем впрыскивания обожженного порошка с чистым водородом.
По словам Дэвида Бука, заведующего отделом химии материалов в Окридж- ской национальной лаборатории, штат Теннесси, США, металлическое топ- ливо, как и водород, является источником чистой энергии. Однако, в отличие от водорода, металлические виды топлива, такие как железо или алюминий, имеют более высокую удельную теплотворную способность. Такое топливо можно хранить и транспортировать при температуре и давлении окружающей среды и эффективно использовать в двигателе без значительных затрат на водородные топливные элементы.
Коллектив лаборатории создал топливный порошок с диаметром металличе- ских частиц около 50 нм, который обеспечивает процесс сгорания, аналогич- ный процессу сгорания бензина, но с выбросом почти в три раза большей энергии, чем в современном бензиновом двигателе.
Газы из металлического топлива, которые выделяются в газовой турбине или двигателе Стирлинга, являются экологически чистыми: из воздуха выделяет-
Основной проблемой двигателя на металлическом топливе является относи- тельно высокая масса топлива, даже учитывая его более высокую энергети- ческую мощность. 33-литровый топливный бак, заполненный железным по- рошком, обеспечивает пробег, эквивалентный 50 литрам солярия или бензи- на, но весит почти в три раза больше. При этом общий вес автомобиля и топ- лива остается неизменным, так как отработанное металлическое топливо не выбрасывается в атмосферу.
Сверло и углерод соседствуют в таблице Менделеева, оба элемента неме- таллические, разница в размерах их атомов и ионов невелика. Основным следствием этого сходства является стремительное развитие химии бора, которая, по мнению многих ученых, в конечном итоге может стать «новым ор- ганизмом». Помните, что только «органическая»,
органическая химия
— это на самом деле химия углеводородов и их производных.
Нанотехнологии в сельском хозяйстве могут быть успешно использованы для оптической расшифровки белково-липид-витаминно-хлорофиллового ком- плекса в растениеводстве и создания биосовместимых материалов; для пе- рестройки, рафинирования и восстановления тканей; для создания искус- ственных тканей и сенсоров (молекулярно-клеточной организации), не отвер- гаемых организмом в животноводстве; а также для снижения вредного воз- действия автотранспорта и тракторного парка на природную среду. В живот- новодстве нанодобавки широко применяются в приготовлении кормов для животных, где они увеличивают продуктивность животных в 1,5-3 раза и по- вышают их сопротивляемость инфекционным заболеваниям и стрессу. Нано- размерный характер частиц кормовых добавок позволяет не только значи- тельно сократить их потребление, но и более полно и эффективно усваивать их животными.