Перспективы использования наномолекулярных материалов в строительстве

Слайд 3

Доля наноматериалов и нанотехнологий менее 1% в общем объеме материалов строительного

сектора. В основном используются конструкционные композиты, имеющих полимерную, металлическую или керамическую матрицу.

3. J. Lee et. Al. ACS Nano 4, 3580 (2010).

Слайд 4

Нанотехнологии в бетоноведении
Известно, что потенциальные возможности портландцемента и его разновидностей, оцениваемые

по прочности цементного камня при сжатии в пределах 150–200 МПа, на практике реализуются не более чем на 50%.
Предлагаются новые подходы к решению задачи повышения эффективности вяжущих путем использования комплексных функциональных добавок в сочетании с нанообъектами, что позволяет получать высокопрочные бетоны с высокими строительно-техническими свойствами для жёстких условий эксплуатации.
И в настоящее время в России количество модифицированных бетонов составляет 60–70 % от общего выпуска. Однако по этому показателю РФ заметно отстает от большинства развитых стран, где он достигает 85–95 %.

Слайд 5

Нанобетон
Прямой результат наномодифицирования бетона в части прочностных и эксплуатационных характеристик,

выражается в следующем:
         повышенная до 150% прочность на сжатие и растяжение при изгибе (от 300 до 600 МПа);
         повышенная не менее чем на 200% трещиностойкость;
         повышенная не менее чем на 50% морозостойкость (может возрасти до 3000 циклов).
долговечность в морской воде до 100 лет
Конструкционный результат:
         существенное (до 6 раз) снижение веса ограждающих конструкций с одновременным повышением их эксплуатационных качеств;
         существенное уменьшение сечения несущих конструкций.
         Существенное уменьшение и как главная цель: полный отказ от металлического армирования.
Экономический результат: снижение в 2-3 раза себестоимости монолитного строительства.

Слайд 6

Общий признак: нанобетон обладает преимуществами благодаря своей особой структуре, задаваемой на

наноуровне.
Нанобетонами могут являться и быть названы бетоны совершенно различных классов и марок. При этом разработка рецептур и технологий, использующих этот подход, несмотря на огромное количество работ, находится в настоящее время в начальной стадии.

Термин «нанобетон» в последние годы прочно вошел в строительный лексикон для обозначения бетона, при производстве которого используются наноматериалы и нанотехнологии.

Сам бетон при этом в нанобетон не превращается. Структурные изменения происходят благодаря действию наномодификаторов. Но они затрагивают не только наноуровень, но и субмикроскопический, и микроскопический. Частично даже макроструктуру. Бетон становится модифицированным. «Наномодифицированный бетон» более правильный термин.

Может быть два пути: либо измельчение основных компонентов цемента и наполнителей, либо введение нанодобавок. Второй путь более перспективен и более реален.
Введение нанодобавок может идти по двум направлениям: Микроармирование и динамическое дисперсное самоармирование цементного камня или Управление подвижностью бетонных смесей.

Главное преимущество использования таких добавок — создание высококачественного бетона даже при низком качестве цемента.

Слайд 7

Один из самых важных (на сегодняшний день) направлений в технологии нанобетонов

– это использование процесса самоформирования цементного камня, запускаемого специально вводимыми в состав бетона наночастицами- наноинициаторами, инициирующие особенный рост цементного камня, в виде протяженных структур длиной до сотни мкм.
Главное здесь найти носитель наночастиц для введения в состав цементной композиции – это может быть 1. нанесение на твердые носители или 2. использование сухих комбинированных добавок.

Микроармирование и динамическое дисперсное самоармирование цементного камня

Слайд 8

Микрофотографии поверхности скола цементного камня:
а – цемента (х500); б – цемента

с частицами нанокремнезема 0,02% (х500);
в – цемента с частицами нанокремнезема 0,1% (х500)

Слайд 9

Наномодифицированный фибробетон
В качестве примера можно привести мост через Волгу в городе

Кимры Тверской губернии, введенный в эксплуатацию в конце 2007 г. Это первый в мире автодорожный мост, дорожная плита которого была выполнена из легкого конструкционного фибробетона на основе базальтовой микрофибры, модифицированной нанокластерами углерода.
Фиброволокно выполняет функции армирующего компонента, способствуя снижению удельного веса бетона при повышении его трещиностойкости и устойчивости к деформациям. В данном случае было использовано базальтовое фиброволокно, на поверхность которого наносились углеродные нанокластеры. Опыты показали, что добавление углеродных нанокластеров даже в количестве менее 0.001 % заметно улучшает свойства бетона. Существенно увеличивается прочность и ударная вязкость.

Тяжелый железобетон

Мост через р.Волга в г.Кимры

Мост через реку Вятка с дорожной плитой из лёгкого наномодифицированного бетона

Пример 1

Слайд 10

(а) (б)
Изображения структуры наномодифицированного (а) и немодифицированного (б) мелкозернистого бетона

в сканирующем электронном микроскопе.

Образцы наномодифицированного бетона набирают прочность в ранние сроки (в среднем, на 30-40 %), и в проектном возрасте (при концентрации УНМ 6 10-4 % от массы цемента) их прочность на сжатие и изгиб на 25-30 % больше, чем у образцов немодифицированного бетона .

Пример 2

Слайд 11

ООО «СтройБетонСервис» «Опыт промышленного применения наномодифицированных добавок в бетоны» Основная идея проекта –

получение бетона с меньшей себестоимостью, благодаря наномодифицированию добавок в бетон фуллереновой сажей и углеродными нанотрубками.

Пример 3

Слайд 12

Влияние углеродных наномодификаторов (астраленов)на подвижность смеси при различных количествах суперпластификатора

V2500 (Degussa Chemical GmbH)
Астралены размером 500–1500 ангстрем -
многослойные фуллероидные наночастицы

Пример 4

Управление подвижностью бетонных смесей

Слайд 13

Самокомпактирующемуся бетону не нужна вибрация, он густеет благодаря наночастицам поликарбоксилата (можно

исключить паровлажностную обработку в зимнее время)

Пример 5

Слайд 14

КОМПЛЕКС МАТЕРИАЛОВ И МЕТОДОВ ДЛЯ ВОССТАНОВЛЕНИЯ РАЗРУШЕННЫХ КОНСТРУКЦИЙ
В части восстановления бетонных/железобетонных

конструкций, разработанный на основе нанотехнологий, комплекс материалов и методов решает следующие задачи:
* восстановление разрушенной, разрыхленной структуры бетона, независимо от причин данных разрушений;
* восстановление нарушенного сцепления бетона с арматурой;
* восстановление геометрии/опалубочных размеров бетонных конструкций в местах обрушений бетона;
* замена арматуры в случае ее значительной коррозии.

Слайд 15

На базе песка и цемента, особых неорганических добавок и разных связующих

специалисты концерна BASF разработали структуры ЭМАКО Нанокрит. Взаимосвязь ремонтного раствора ЭМАКО Нанокрит с субстратом основания образуется не только за счет механического сцепления с шероховатостью на поверхности, а также за счет электростатического притяжения наноструктур.

Составы наномодифицрованного цементного теста при нанесении на железобетонную конструкцию заполняют все микропоры и микротрещины и полимеризуются, восстанавливая ее прочность. Если арматура проржавела, новое вещество вступает в реакцию с коррозийным слоем, замещает его и восстанавливает сцепление бетона с арматурой.
Новое направление – создание самозалечивающихся материалов. В Университете Иллинойса создан ряд полимерных композиционных материалов, содержащих нанокапсулы, раскрывающиеся на границе трещины и останавливающие ее развитие.

Слайд 16

Первое применение цементсодержащих фотокаталитических ма- териалов с самоочищающимися свойствами относится к

1996 г., ког- да фирма Italcementi приняла участие в строительстве церкви Dives in Misericordia в Риме (завершено в 2003 году). Этот проект - возведение сложной конструкции из трех огромных белых парусов, со- бираемых из сборного железобетона. Такое здание потребовало использования уникального по своим свойствам бетона, который, кроме высокой прочности, должен был неограниченно долго сохранять белый цвет.

Новое поколение самоочищающихся покрытий: может быть специальный состав бетона или может быть покрытие по бетону.

Пример 7

Слайд 17

Памятник жертвам холокоста в Берлине
не покроет плесень, потому что он построен

из
бетонных плит с наночастицами диоксида титана

Слайд 18

Покрытия для полной гидрофо- бизации поверхностей, для предотвращения ущерба от граффити,

для ликвидации потенциальных источников биоповреждений – плесеней, грибов, мхов, лишайников.

Большой национальный театр в Пекине, на постройку прозрачного полушария которого было потрачено более $588 млн. Покрытие стеклянной поверхности размером 6000 кв. м всегда остается чистым.

Нанотрава, состоящая из кремниевых стержней диаметром 350 нм и высотой 7 мкм, отстоящих друг от друга на расстоянии 1 мкм.

Ряд патентов – германский концерн Deutscht Steinzeug.

Слайд 19

Фасадная краска и штукатурка Лотусан (Lotusan) – это первый пример успешного применения данного принципа

на практике.

Слайд 20

Прозрачный нанобетон
Инженеры компании Litracon, создали Ноу-хау, добившись своеобразной ПРОЗРАЧНОСТИ

бетона, что нарушает устоявшиеся представления о давно известном материале.
Стоит заполнить оптическими нановолокнами блок из бетона, и тот начинает передавать свет от одной своей стороны к другой. Прочностные характеристики не страдают.

Пример 8

Слайд 21

ООО «Кинпро-Систем». «Нанотехнологии KINPRO NANO-System в стабилизации грунтов» Основная идея проекта – подготовка

грунта для дорожных покрытий быстрым и экономичным методом.

Пример 9

Слайд 22

Результаты экспериментально-исследовательских работ в области технологии НАНОБЕТОНА
1. Технология производства наномодифицированной микрофибры

(МБМ) с эффектом самоармирования: ТУ 5761-014-13800624-2004. МБМ предназначена для дисперсного армирования и наноструктурирования широкого спектра не только строительных, но так же дорожных и специальных материалов.
2.         Технология производства легкого нанобетона с прочностью на сжатие до 50 МПа с водопоглащением 1-2% и морозостойкостью более 400 циклов при плотности 1200 кг/м3. (наиболее перспективное в ближайшее время направление)
3.         Технология производства ячеистого нанобетона: ТУ 5733-021-23380399-2006 с повышенной трещиностойкостью и прочностью на сжатие более 2,5 МПа при плотности 300 кг/м3. Подобный ячеистый нанобетон вдвое прочнее и надежнее обычного пенобетона. (наиболее перспективное в ближайшее время направление)
4.         Технология производства тяжелого баллистически устойчивого нанобетона, обеспечивающего баллистическую защиту по 6 классу при небольшой толщине – для систем защиты от внешней террористической угрозы как в составе обычных гражданских, так и специальных защитных сооружений.

Слайд 23

НАНОТЕХНОЛОГИИ В КЕРАМИЧЕСКОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
Нанокерамика – поликристаллические материалы, полученные спеканием неметаллических порошков

с размером частиц менее 100 нм.
Нанокерамику обычно делят на конструкционную (для создания механически прочных конструкций) и функциональную (со специфическими электрическими, магнитными, оптическими и термическими функциями).
По внешнему виду нанокристаллический порошок похож на сверхмелкую пыль, размер его структурного элемента 10-30 нанометров.
Но именно это и придает керамическим изделиям из него необычайную прочность и огнеупорность. Из-за размеров частиц плотность материала после спекания намного выше, чем в обычной керамике, поэтому синтезируемые наноматериалы обладают совершенно уникальными свойствами, они устойчивы к механическим и химическим воздействиям, к воздействию высоких температур.

Слайд 24

Основной проблемой при получении нанокерамики обычно является интенсивный рост зерна при

спекании в обычных условиях. Для его предотвращения используются два основных метода:
1) введение в исходный порошок (шихту) нерастворимых добавок, локализуюшихся на границах зерен и препятствующих их срастанию;
2) использование специальных методов и режимов уплотнения и спекания керамики, позволяющих значительно уменьшить продолжительность и(или) температуру высокотемпературных стадий ее получения (импульсное прессование, горячее прессование, искровое плазменное спекание, некоторые виды низкотемпературного спекания).

Слайд 25

Три направления применения нанотехнологий в производстве изделий из глинистого сырья:
1. Создание

нанокерамики путем спекания прессованного порошкообразного сырья с нанодобавками или исходных наноразмерных неорганических веществ;
2. Создание нанокерамики путем спекания глин за счет наномодификации сырья добавками или различными видами физического воздействия – создание прекурсоров;
3. Применение глинистого сырья для создания нанокомпозитов на основе органического и неорганического сырья.

Слайд 26

Слайд 27

Сравнительная микроструктура обычной керамики (слева) и нанокерамики, (справа)
Сравнительная микроструктура

обычной керамики (слева) и нанокерамики, (справа)

Пример 1

Слайд 28

Наноструктурная керамика, финансируемая РОСНАНО
1. Разработчик наноструктурной керамики – ООО «Вириал» (Санкт-Петербург).

Суммарная стоимость проекта – 1,6 млрд. рублей. Вклад РОСНАНО в уставной капитал ООО «Вириал» составляет 501,5 млн. рублей.
В рамках проекта будет создан полный производственный цикл по выпуску из наноструктурных керамик и металлокерамик различных изделий, способных работающих в жестких условиях.
2. Проект по созданию производства наноструктурированных порошков и сорбентов для различных отраслей промышленности Ульяновской компанией «Диатомовый комбинат».
В основу уникальной технологии получения нанокерамики положен принцип объединения отдельных створок диатомита в прочные нанокластеры «мостиками» из кварца, карбидов и волластонита. Речь идёт об управляемом создании в теле материала на наноуровне своеобразной «кольчуги», придающей изделиям из диатомита более высокую прочность.

Пример 2

Слайд 29

Прозрачная керамика
Концепции получения прозрачной для видимого света керамики были разработаны 40

лет назад, однако до сих пор это достаточно сложная задача. Качественная прозрачная керамика обычно получается из веществ, имеющих кубическую кристаллическую структуру. В принципе, чем меньше размер зерен и число дефектов, тем выше должна быть прозрачность материала. Для получения плотной прозрачной керамики необходимо использовать нанопорошки и проводить спекание при достаточно низких температурах, чтобы избежать значительного роста зерен. Исследователи из University of Michigan и Sandia National Laboratories (США) такие образцы. В полученном порошке размер частиц не превышал 50 нм. Порошки спрессовывались в таблетки, сырая плотность которых составляла 60-63 % от теоретической. Далее таблетки спекались при 1400 °С до плотности 95 %, а после этого дополнительно подвергались изостатическому прессованию при тех же 1400 °С и итоговому отжигу при 1250 °С. В результате получались прозрачные таблетки.

Пример 3

Слайд 30

Пример 4

Слайд 31

Поликарбоксилаты
Arkema и Movecreate
Arkema: водный раствор привитого сополимера акрилового поликарбоксилата и

полиэтиленгликоля, стабилизиро-ванный хлоридом натрия

Цели модификаций:

Содержатся МУНТ (0,1%)

Наномодификация глинистого сырья при пластическом формовании

Пример5

Слайд 32

Исходная Модифицированная
пластификатором Arkema
Электронные микрофотографии сырца глины

Слайд 33

Электронные микрофотографии черепка, обожженного при 1000ОС
Выводы:
Теплопроводность УНТ достигает 2000-10000

Вт/(м*К);
Не все углеродные нанотрубки сгорают при обжиге вследствие препятствия доступа кислорода вовнутрь образцов;
В черепке немодифицированного образца идентифицируется образование крупных ромбовидных кристаллов правильной формы, в то время, как в черепке образца при модификации ПАВ формируются мелкие оплавленные кристаллы округлой формы.

Электронные микрофотографии черепка, обожженного при 1000ОС из модифицированной глины пластификатором Arkema.

Слайд 34

Состав керамической шихты:
Смесь глин 3- уступов Яушского месторождения (первый +второй

уступы 40%, третий 60%);
17% кварцевый песок сверх масс;
6% опила сверх масс.

Результаты испытаний кирпича

Слайд 35

Наномодификация глинистого сырья при шликерной технологии формования
Пример 6

Слайд 36

Наблюдается формирование сферических образований размером 5-15 мкм . Очевидно идет образование

органической составляющей на поверхности глинистых частиц.

Слайд 37

Типы матриц в композите

Слайд 38

Полимерные нанокомпозиты

Слайд 39

ПОЛИМЕРНЫЕ НАНОКОМПОЗИТЫ: ПОЛИМЕРЫ, СОВМЕЩЕННЫЕ С НАНОЧАСТИЦАМИ ( ДИСПЕРСНЫЕ ЧАСТИЦЫ , СЛОИСТЫЕ

СИЛИКАТЫ ИЛИ УГЛЕРОДНЫЕ НАНОСТРУКТУРЫ)
МОТИВАЦИЯ – СОЕДИНЕНИЕ В ЕДИНОЕ ЦЕЛОЕ СВОЙСТВ, ПРИСУЩИХ ПРЕДСТАВИТЕЛЯМ ОРГАНИЧЕСКИХ И НЕОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ
ОТ ПОЛИМЕРОВ: ГИБКОСТЬ, ВЫСОКОЭЛАСТИЧНОСТЬ, РАЗВИТЫЕ СПОСОБЫ ПЕРЕРАБОТКИ
ОТ НАНОЧАСТИЦ: ТВЕРДОСТЬ, ПРОЧНОСТЬ
В СОВОКУПНОСТИ: РАЗВИТЫЕ МЕЖФАЗНЫЕ ПОВЕРХНОСТИ, СПЕЦИФИЧЕСКОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ МЕЖДУ КОМПОНЕНТАМИ, МОДИФИКАЦИЯ МЕХАНИЧЕСКИХ, ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ, БАРЬЕРНЫХ И ДР. СВОЙСТВ ПОЛИМЕРОВ

Слайд 40

Гигантская асимметрия молекул
Мерой гибкости макромолекул служит сегмент Куна

Слайд 41

Взаимодействие полимеров с поверхностью наполнителей

Слайд 42

Высокоэластическое состояние – уникальное свойство полимеров

Слайд 43

Полимерная матрица
Наночастица 20 нм
Наночастица 20 нм
Нанокомпозит
Агломерат 150 нм
Нанокомпозит ???
1
2
3
4

Слайд 44

Основные виды нанонаполнителей для полимерных матриц:
Слоистые силикаты
Углеродные наноструктуры

Слайд 45

Первыми представителями наноразмерных наполнителей, нашедших наряду с углеродными наноструктурами промышленное применение

стали слоистые наносиликаты (алюмосиликаты, бентониты, монтмориллониты, магнийсиликаты и др.), в первую очередь, для создания полимерных нанокомпозитов. Идейная основа их применения - расслоение структуры глинистых частиц до нанопластинок, что повышает прочностные и барьерные свойства композитов.

Слайд 46

Кристаллы монтмориллонита (ММТ) состоят из чередующихся слоев катионов и отрицательно заряженных

слоев силикатов. Каждый слой находится на расстоянии от другого слоя, определяемом ван-дер-ваальсовыми силами, и образует межслоевое пространство или галерею. Галереи, как правило, содержат катионы, компенсирующие отрицательный заряд, сформированный изоморфной заменой атомов, образующих кристалл (Mg2+ на месте AI3+ в монтмориллоните). В основном это катионы гидратированных щелочных или щелочноземельных металлов.

Слайд 47

Слайд 48

Возможное расположение органической молекулы между слоями монтмориллонита:
а- монослой; б – бислой;

в - тримолекулярный слой; г –парафиновый слой.

Слайд 49

Способы совмещения твердых частиц с полимерами
Существует два основных способа :

(I) РЕАКЦИОННАЯ ПОЛИМЕРИЗАЦИЯ / ПОЛИКОНДЕНСАЦИЯ (in-situ)
(II) МЕХАНИЧЕСКОЕ СМЕШЕНИЕ РАСПЛАВОВ / РАСТВОРОВ
С МОДИФИЦИРОВАННЫМИ ТВЕРДЫМИ ЧАСТИЦАМИ

Слайд 50

Способы получения полимерсиликатного нанокомпозита

Слайд 51

(I) Схема иммобилизации молекул мономера в
межслоевых пространствах (а) с

последующей полимеризацией (б) и разрушением кристаллической структуры ММТ (в)‏

а)‏

б)‏

в)‏

г)‏

электронно-микроскопический снимок эксфолиированной системы (г)

Слайд 52

Свойства полимерсиликатных нанокомпозитов зависят от следующих факторов:

Слайд 53

Исходный суспензионный ПВХ
Суспензионный ПВХ после обработки в планетарно-шаровой мельнице
Премикс ПВХ

с МУНТ

МУНТ на поверхности зерна ПВХ

Стремящиеся к агрегированию зерна ПВХ

Премикс ПВХ с водной
суспензией МУНТ

Совмещение порошка УНТ через приготовление премиксов с полимером

Слайд 54

Схема получения нанокомпозита ПВХ/УНТ для создания электропроводящих материалов [1]
Mamunya Ye., Boudenne

A., Lebovka N., Candau Y., Lisunova M. Electrical and thermophisical behaviour of PVC – VWCNT nanocomposites // Compos. Sci. Techn. 2008.V.68. P.1981-1988. (нанесение на поверхность зерен ПВХ в шаровой мельнице УНТ и горячее прессование). Концентрация 0,05 об.%.
Grunlan J.C., Mehrabi A.R., Bannon M.V., Bahr J.L. Water-based single-walled nanotube-filled polymer composite with an exceptional low percolation threshold // Adv. Mater. 2004. V. 16. No. 2, P.150-153. (диспергирование зерен ПВХ в водной дисперсии УНТ, сушка и горячее прессование). Концентрация 0,04 об%.
Goldel A., Potschke P. Carbon nanotubes in multiphase polymer blends Polymer-carbon nanotube composites: Preparation, properties and applications. Woodhead Publishing Limited, 2011. P.587-620. (введение УНТ в двухфазные полимерные смеси).

Слайд 55

0,1% ОУНТ в ДОФ
10% ОУНТ в ДОФ
Для снижения статического электричества в

линолеумах…

Слайд 56

Микрофотографии поверхности хрупкого скола экструдатов ПВХ-ДПК -образцов: А- без модификатора; Б

– с 0,1 м.ч. ОУНТ; С – с 0,01 м.ч. ОУНТ (масштаб 100 нм)

Для увеличения степени наполнения полимеров древесной мукой

Слайд 57

Эффекты наномодификации полимеров

Слайд 58

Воздействие 6% наноглины на свойства гомополимера ПП

Слайд 59

Слайд 60

Зависимость а) модуля Юнга и б) микротвердости от процентного содержания УНТ
−

создание композитов, модифицированных УНТ, требует их обязательного предварительного активирования (УЗ) в смеси с органическими растворителями;
− область оптимальных концентраций УНТ в композите лежит в диапазоне 0,4…0,8 % мас.;
− увеличение объема содержания УНТ выше 1 % мас. ведет к существенному снижению прочности композита;

Слайд 61

Наномодифицированная система имеет значительно более низкую скорость горения, чем обычные стандартные

системы.

Слайд 62

Схематическое изображение нанотрубки, встроенной между молекулами полимера, соединённой с ними с

помощью бутильных групп (БГ). Взято из New Scientist, 18 September 2004, p. 18.

Плотность нанотрубок в 5 раз меньше, чем у стали, а прочность в десятки раз больше. Если между соседними макромолекулами полимерного материала поместить нанотрубку, связав её с ними углеводородными цепочками, то прочность данного участка материала приблизиться к прочности нанотрубки . Таким образом, добавка нанотрубок в 0,6% даёт 4-х кратное увеличение прочности полимера. Считается, что, если нанотрубки будут занимать 10% объёма полимера, то прочность увеличится в 20 раз.

Функционализация нанотрубок

Слайд 63

Слайд 64

Микрофотографии (СЭМ-изображения) поверхности хрупкого скола эпоксидных образцов с ОУНТ в присутствии

5(а) и 10 (б) м.ч. ДБФ (масштаб 100 нм)

Область, которую занимают УНТ, представляет собой область с существенно низкой степенью химической сшивки. Адсорбция макромолекул трубкой усиливает ее связь с матрицей, поэтому, несмотря на наличие большей дефектности структуры в модифицированных дибутифталатом образцах, прочность их не снижается. Хрупкое разрушение происходит не по границе полимерная матрица - трубка. Последняя является своеобразным армирующим звеном в структуре отвержденного эпоксидного полимера.

Слайд 65

Слайд 66

Слайд 67

Вспененные полимерные нанокомпозиты
(фотография перегородки между ячейками)

Слайд 68

Карбамидные пенопласты (оптическая микроскопия)

Слайд 69

Изменение относительной электропроводности пленки поликсилилена, содержащей наночастицы оксида свинца, в зависимости

от содержания аммиака в атмосфере.

Композитная пленка с наночастицами оксида свинца проявляет очень высокую чувствительность к аммиаку, содержащемуся в атмосфере . В его присутствии электрическая проводимость пленки меняется на несколько порядков величины в области концентраций аммиака, измеряемых миллионными долями. Эти изменения обратимы: если аммиак удалить из атмосферы, проводимость пленки возвращается к исходной величине.

Материал состоит из наночастиц металлического магния, распределенного по матрице из полиметилметакрилата

Для разделения газов

При низком со держании металла наночастицы не взаимодействуют между собой, поскольку разделены матрицей. В этом случае электросопротивление максимально — ~1012 Ом. Если концентрацию металла увеличить настолько, чтобы возникла перколяция – обмен зарядами между его наночастицами, сопротивление образцов может снизиться до 100 Ом.

Слайд 70

Для наиболее полного описания свойств нанокомпозита модель должна учитывать следующие факторы:
-

компонентный состав композита (объемное содержание включений, физико-механические свойств фаз композита);
- масштабные параметры структуры (характерные размеры наполнителей);
- наличие межфазных зон и локальной концентрации напряжений в области нановключений;
- характер адгезионного контакта матрицы и включений;
- изотропную ориентацию включений в матрице;
- характер накопления повреждений в композите при циклической нагрузке;
- характер развития трещин в матрице с разномасштабными наполнителями;
- критерий прочности композита должен учитывать разномасштабность структуры композита;
- влияние температуры.

Слайд 71

Проблемы создания нанокомпозитов

Слайд 72

Интерфейс

Слайд 73

(II) МЕХАНИЧЕСКОЕ СМЕШЕНИЕ РАСПЛАВОВ / РАСТВОРОВ С МОДИФИЦИРОВАННЫМИ ТВЕРДЫМИ ЧАСТИЦАМИ

(на примере сополимера стирола с акрилонитрилом, САН, и НА)‏

1 Традиционное механическое смешение;
2 Смешение на режиме эластической турбулентности (СПУРТа), в котором развиваются нерегулярности потока, диспергирующие агломераты частиц;
3 Распределение частиц наполнителя в растворе полимера в поле ультразвука с последующим получением плёнок из дисперсий методом полива;
4 «Коллоидное» осаждение частиц наполнителя на поверхность полимера в инертной жидкой среде в поле ультразвука с последующим выделением композита фильтрацией, сушкой и формованием.

Слайд 74

САН+1% НА (оптический диапазон)‏
1
2
3
4
10-0,15

Слайд 75

Области применения конструкций на основе нанокомпозитов для строительства и инфраструктуры: •Элементы

силовых поясов и несущих систем мостовых конструкций •Платформы •Линии берегоукрепления •Настилы пешеходных мостов •Пешеходные переходы •Конструкции мобильных сборно-разборных пешеходных мостов •Быстровозводимые сооружения • Настилы для автодорожных мостов, эстакад и дорог второго уровня

Пешеходный мост через железнодорожную платформу «Косино», выполненный из пултрузионных профилей, на основе гибридного нанокомпозиционного связующего.
Пешеходный мост из профилей, полученных методом инфузионной пултрузии, на основе нанокомпози- ционного связующего. Мост находится в парке им. 50—летия Октября (м. Проспект Вернадского)

Слайд 76

Прозрачные поручни углестеклопластикового моста в центре Сочи
включают наноалмазы, а покрытие

– углеродные волокна

Слайд 77

Необходимость длительного срока работы;
Разработка методик выделения и очистки «наноотходов»;
Найти возможность повторного

использования наноматериалов;
Не стремиться к разработкам бесконтрольно;
Необходимость серьезных исследований свойств наноматериалов.

Слайд 78

Слайд 79

Перспективы использования наномолекулярных материалов в строительстве

Содержание