CC BY
101
УДК 6-022.532
Г.В. Шувалов, В. Ф. Матвейчук, В.И. Евграфов СГГ А, ФГУП «СНИИМ», Новосибирск
РАЗВИТИЕ РАБОТ В ОБЛАСТИ НАНОТЕХНОЛОГИЙ И ИХ МЕТРОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ В СИБИРСКОМ ФЕДЕРАЛЬНОМ ОКРУГЕ
В статье рассмотрены вопросы создания Центра метрологического обеспечения и оценки соответствия нанотехнологий и продукции наноиндустрии в Сибирском Федеральном округе.
G.V. Shuvalov, V.F. Matveychuk, V.I. Evgrafov
Siberian Scientific-Research Institute of Metrology (SSRIM) 4 Dimitrova, Novosibirsk, 630004, Russian Federation; Siberian State Academy of Geodesy (SSGA) 10 Plakhotnogo Ul., Novosibirsk, 630108, Russian Federation
DEVELOPMENT OF THE WORK IN THE FIELD OF NANOTEHNOLOGIY AND THEIR METROLOGICAL PROVISION IN SIBERIAN FEDERAL COUNTY
In article are considered questions of the making the Centre of the metrological provision and estimations of the correspondence to nanotechnology and product nanoindustry in Siberia-canopy federal county.
Развитие нанотехнологий открывает большие перспективы для разработки новых материалов, в различных отраслях промышленности, которая все чаще испытывает на себе влияние этой, образно выражаясь, «индустриальной революции XXI века». Новые технологии, основанные на современных знаниях и исследованиях, предоставляют значительный потенциал для создания высокотехнологичных продуктов и процессов, отличающихся гарантированными показателями надежности, развивают принципы получения современных «суперматериалов».
Так, например, использование современных конструкционных материалов обычно ограничено тем, что увеличение прочности приводит к снижению пластичности. С освоением нанотехнологий появилась возможность значительно расширить область пластичности при сохранении прочностных характеристик материалов. Данные по нанокомпозитам (из которых наиболее изученной на сегодня является нанокерамика) показывают, что уменьшение размеров структурных элементов, образование специфических непрерывных нитевидных структур, формирующихся в результате трехмерных контактов между наночастицами разных фаз ведет к коренному улучшению их эксплуатационных характеристик. Дополнительный потенциал для развития более прочных, жестких и долговечных конструкционных материалов предоставляют углеродные нанотрубки и нановолокна, которые сегодня производятся рядом кампаний в промышленном масштабе (в том числе и в России).
Например, в Институте электрофизики УрО РАН налажено изготовление керамических материалов с применением нанотехнологий. Полученные
изделия по многим параметрам превосходят обычную керамику. В Институте физики металлов идут работы и по молекулярному конструированию нанокерамических материалов, в том числе и строительной керамики.
Широкое применение находят нанотехнологии при производстве стекол различного назначения. Так, например, поливиниловая пленка с наночастицами из гексаборида лантана, помещенная между двумя слоями обычного оконного стекла, служит прекрасным фильтром для инфракрасного излучения.
Одним из ярких примером использования нанотехнологий в строительстве может служить стальная арматура с измененной наноструктурой, которая подобна арматуре из нержавеющей стали, но намного дешевле. По сравнению с обычной углеродистой сталью она имеет слоистую структуру, из-за чего резко возрастают ее механические свойства, например, прочность и сопротивление усталости по сравнению с другими известными высокопрочными сталями. Эти свойства материала приводят к значительно более длительным срокам службы в коррозионных средах и понижают интегральную стоимость строительства. В Институте физики металлов Уральского отделения РАН разработаны основы технологии получения интеллектуальных сталей, обладающих высокой жаропрочностью и радиационной стойкостью.
Одним из наиболее широко используемых наноматериалов являются порошки. Наряду с применением нанопорошков металлов в традиционных областях материаловедения, в последнее время возрос интерес к их использованию.
Например, ООО «Высокодисперсные металлические порошки» производит высокоэффективные антикоррозионные покрытия на базе нанопорошков, используемые в строительном комплексе. Эти покрытия превосходят по долговечности существующие аналоги в 2-4 раза, при этом пожаробезопасны и устойчивы к воздействию низких и высоких температур, поэтому активно применяются при строительстве Московской кольцевой автодороги, мостов через реки Обь, Иртыш, Кама, Волга и других важных объектов. В ближайшее время планируется разработать новые порошки для промышленности и транспорта. Их можно будет использовать для защиты от коррозии внутренней поверхности резервуаров, трубопроводов, при ремонте тепловых и водопроводных сетей. Эти покрытия обеспечат эффективную долговременную защиту от коррозии металлоконструкций, работающих в жестких условиях эксплуатации автотранспортных магистралей: мостов, и эстакад, предупредят аварийные разрушения металлоконструкций. Новые материалы позволят значительно увеличить межремонтные сроки работы промышленного оборудования и автотранспорта, снизить расход топлива, электроэнергии и смазывающих материалов.
На основе нанопорошков создано большое число материалов, позволяющих сократить трение и износ деталей, что продлевает срок службы тракторов и другой строительной и монтажной техники. Незаменимую роль могут сыграть наноматериалы при использовании их в качестве различных
катализаторов, например, катализаторов горения для различных видов топлив, применяемых для отопления жилого комплекса.
В настоящее время трудно оценить выгоды от внедрения нанотехнологий в промышленности, однако можно с уверенностью сказать, что это внедрение позволит интенсифицировать производство и повысить конкурентоспособность продукции.
Вместе с тем, существуют определенные трудности ,связанные с освоением нанотехнологии как в целом, так и применительно к строительной отрасли.
Одной из особенностей нанотехнологии является ее межотраслевой характер, что приводит к определенной разобщенности, затрудняющей успешный обмен технической информацией. Поэтому возникает задача стандартизации нанотехнологий,так как с учетом нынешнего состояния и степени развития нанотехнологий и производства нанопродукции становится очевидной важность стандартизации, без развития которой выход нанопродукции на рынок будет закрыт.
Другой важной составляющей, обеспечивающей реализацию нанотехнологий, является метрологическое обеспечение. Специфика нанотехнологий привела к развитию нового направления - нанометрологии, с которой связаны все теоретические и практические аспекты метрологического обеспечения единства измерений на наноразмерном уровне. Выделение нанометрологии в отдельный раздел метрологии обусловлено тем, что переход к наноуровню ставит ряд новых специфических измерительных задач, обусловленных малыми размерами элементов и структур, с которыми имеет дело нанотехнология.
Особый аспект нанотехнологий - решение задач обеспечения здоровья и безопасности операторов технологических процессов и лиц, взаимодействующих с продукцией нанотехнологий на всех этапах ее производства, испытаний, исследований и применений, а также экологической безопасности окружающей среды.
Это должно находить выражение в подтверждении соответствия параметров и свойств объектов, материалов и структур, технологических процессов, а также инструментальной и измерительной базы требованиям технических регламентов, стандартов и иных нормативных документов.
Международная стандартизация уделяет метрологии и безопасности значительное внимание, в частности, международная организация по стандартизации сформировала комитет ТК 229 «Нанотехнологии». Сфера деятельности этого комитета ИСО охватывает вопросы, касающиеся стандартизации во всех направлениях и областях нанотехнологии.
Учитывая мировые тенденции в области наноиндустрии было принято решение о создании в России сети региональных и отраслевых центров метрологического обеспечения нанотехнологий и оценке соответствия нанотехнологий и продукции наноиндустрии.
Центр метрологического обеспечения и оценки соответствия нанотехнологий и продукции наноиндустрии в Сибирском федеральном
округе создан в соответствии с Концепцией по направлению «Развитие методической составляющей системы обеспечения единства измерений в наноиндустрии, безопасности создания и применения объектов наноиндустрии» Федеральной целевой программы (ФЦП) «Развитие инфраструктуры наноиндустрии в Российской Федерации на 2008-2010 г».
ФГУП «СНИИМ» является головным предприятием, через организационные структуры которого Центр осуществляет свою деятельность.
Основной целью Центра метрологического обеспечения и оценки соответствия нанотехнологий и продукции наноиндустрии является обеспечения единства измерений на предприятиях нанотехнологической сети в регионе, обеспечения международного признания результатов измерений в сфере нанотехнологий, выполнение работ по оценке соответствия нанотехнологий и продукции наноиндустрии в регионе, а также информационно-технического обеспечения работ в регионе по стандартизации, обеспечению единства измерений и оценке соответствия в области нанотехнологий.
В соответствии с целью основными задачами Центра являются:
- Формирование системы мониторинга состояния метрологического обеспечения, стандартизации, оценки соответствия и безопасности нанотехнологий, наноматериалов и продукции наноиндустрии;
- Осуществление модернизации существующих эталонов путем значительного повышения точности результатов воспроизведения и передачи единиц величин, используемых в области нанотехнологий и создание новых эталонов, средств измерений и прецизионных измерительно-технологические комплексов;
- Разработка и аттестации стандартных образцов веществ и наноматериалов, а также эталонных мер и тест - объектов для калибровки средств измерений;
- Разработка и аттестация методик измерений, а также поверки, калибровки и испытаний средств измерений в области нанотехнологий;
- Разработка комплекса нормативно-технических документов по обеспечению единства измерений и гармонизация их с аналогичными международными регламентирующими документами;
- Участие эталонов России для нанотехнологий и наноиндустрии в международных сличениях, а также международное признание измерительных и калибровочных возможностей российской наноиндустрии;
- Проведение экспериментальных исследований и формирование научно обоснованного и утвержденного перечня наноматериалов и нанотехнологий, потенциально способных оказывать негативное воздействие на здоровье людей и состояние окружающей среды, их классификация, определение контролируемых параметров и диапазонов их измерений, а также разработка санитарно-гигиенических и экологических нормативов безопасности, регламентирующих работы в сфере наноиндустрии;
- Разработка и обеспечение эффективного функционирования российской системы оценки и подтверждения соответствия параметров и свойств нанотехнологий и продукции наноиндустрии требованиям технических регламентов и других нормативных документов, гармонизированных с международными аналогами.
Созданная инфраструктура метрологического обеспечения и оценки безопасности предусматривает использование как систем добровольной сертификации, так и обязательное подтверждение соответствия, а в случае необходимости аттестацию (аккредитацию) отдельных предприятий нанотехнологической сети путем оценки соответствия международным требованиям их инструментального, метрологического, нормативнотехнического и кадрового обеспечения, включая оценку их системы менеджмента качества и системы экологического менеджмента.
© Г.В. Шувалов, В.Ф. Матвейчук, В.И. Евграфов, 2010
