CC BY
26Наноматериалы и нанотехнологии в аэрокосмической отрасли
УДК 621.3.049.77
С. Н. Решетникова, А. А. Мишин
Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Россия, Красноярск
СОСТОЯНИЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ НАНОТЕХНОЛОГИЙ
Рассмотрено современное состояние и перспективы развития нанотехнологий.
Нанотехнологии - это технологии, основанные на манипуляции отдельными атомами и молекулами с целью построения структуры с заранее заданными свойствами.
Ресурс прочности и качество многих существующих сейчас материалов используется лишь на 20...30 % от возможного - современная цивилизация еще не научилась использовать их скрытые свойства. Зато с помощью нанотехнологий можно более отчетливо вычленять и гипертрофировать отдельные свойства материалов.
По данным работы [1] исторический приоритет в области ультрадисперсных систем (наноси-стем) принадлежит России. Именно в России (СССР) еще в 1950-е гг. на предприятиях атомной промышленности впервые в мире были получены ультрадисперсные порошки металлов с размером частиц около 100 нм, которые были успешно применены при изготовлении мембран для установок диффузионного разделения изотопов урана. А в 1960-е гг. в Институте химической физики АН СССР был разработан левитационный способ (испарение с последующей конденсацией) получения ультрадисперсных порошков. В 1970-е гг. с помощью методов электрического взрыва проводников и плазмохимического синтеза ассортимент ультрадисперсных порошков был существенно расширен, и в эти же годы появились открытые публикации о различных способах получения и о необычных свойствах малых частиц. В 1980-е гг. был разработан химико-металлургический метод получения ультрадисперсных порошков. Выход нескольких монографий и большого числа научных статей в конце 1970-х -начале 1980-х гг. сформировал в СССР новое научно-техническое направление - ультрадисперсные системы.
За рубежом первые нанофазные материалы в виде кристаллов диаметром в несколько нанометров были получены лишь в 1987 г. с применением технологии испарения атомов с нагреваемого в среде гелия металла с последующей их конденсацией на охлаждаемом стержне [2].
В США исследования нанокристаллических материалов начались только с 1990 г.
Однако при этом следует учесть, что, если в США согласно принятой в 2000 г. «Национальной нанотехнологической инициативе» будет разрабатываться не менее 1 000 направлений, то российская наука способна обеспечить поиск лишь в 200...300 направлениях [3].
Следует отметить, что начиная с 1973 г., задолго до «нанобума», в Красноярском институте цветных металлов и в отделе машиноведения ИВМ СО РАН проводятся исследования, в ходе которых был выполнен большой объем работ по изучению возможности применения нанопорош-ков (НП) (более 20 видов), полученных методом, плазмохимического синтеза и взрывным методом для повышения физико-механических характеристик и качества металлоизделий [4; 5]. Первое авторское свидетельство на изобретение по применению НП для измельчения структуры алюминиевых сплавов получено в 1981 г. с приоритетом от 17.10.1979 г. [6]
В последние десять лет во всех развитых странах ведется интенсивное изучение новых нанома-териалов. Это три различных класса объектов: ультрадисперсные порошки и компактные нанок-ристаллические материалы; нанокластеры и на-нокластерные структуры; фуллерены, нанотрубки и их производные. Приоритет открытия веществ, находящихся в ультрадисперсном состоянии (по современной терминологии - в наносостоянии), принадлежит отечественным ученым, которые начали заниматься такими исследованиями еще в 1950 г. [7].
Используемые в нанотехнологиях объекты, относящиеся к ультрадисперсным и наноматериа-лам, чрезвычайно многообразны, число их растет с каждым годом. К числу наиболее перспективных относятся различные виды нанокерамики, а также керамика, модифицированная нанодобав-ками; полупроводниковые наноматериалы; квантовые точки, нити, сверхрешетки; островковые пленки и некоторые другие.
Среди важнейших направлений, по которым работают российские ученые, - создание приборов вакуумной микроэлектроники на основе автоэлектронных эмиттеров - нанотрубок, обладаю-
Фешетневскцие чтения
щих высокой радиационной стойкостью; создание полевых, в том числе одноэлектронных, транзисторов на нанотрубках, квантовых проводниках и других углеродных наноструктурах и интегральных устройств обработки сигналов на их основе; решение технологической проблемы управляемой сборки или ориентированного формирования на-нотрубок для создания высокоинтегрированных устройств обработки информации.
Очевидны и перспективы применения нанома-териалов в более «тяжелых» отраслях - транспорте, машиностроении, строительстве. Ультрадисперсные добавки позволяют существенно изменять свойства традиционных материалов и используемые технологии. Прочность металла, имеющего ультрадисперсную структуру, повышается в полтора-два раза, твердость - в 50...70 раз, коррозионная стойкость - в 10...12 раз.
К числу приоритетных направлений относятся следующие: создание новых композиционных материалов на основе металлов и сплавов, модифицированных фуллеренами и нанотрубками, для комплексного повышения износостойкости, прочности и трещиностойкости элементов, используемых в машиностроении, и повышения надежности систем токосъема для электротранспорта; разработка новых смазочных и охлаждающих составов с добавками ультрадисперсных и нано-материалов, повышающих ресурс механических
узлов трения транспортных систем; получение новых строительных материалов с использованием методов наноструктурирования.
Библиографический список
1. Ультрадисперсные порошки металлов / И. Арсентьева, Б. Ушаков, Н. Захаров и др. // Национальная металлургия. 2002. № 4. С. 66-71.
2. Большое будущее маленьких кристаллов : пер. с англ. // В мире науки (Scientific American). 1990. № 7. С. 24-25.
3. Мелихов, И. За бортом. Нанотехнологиче-ский бум - без нас / И. Мелихов // Поиск. 2006. 8 сент. № 36.
4. Крушенко, Г. Г. История, состояние и перспективы развития нанотехнологий (Nano Currirullum vitae) / Г. Г. Крушенко // Нанотехника. 2006. № 4. С. 16-22.
5. Крушенко, Г. Г. Некоторые аспекты применения нанотехнологий / Г. Г. Крушенко // Нано-техника. 2008. № 1. С. 5-9.
6. А. с. 831840 СССР. Способ модифицирования литейных алюминиевых сплавов эвтектического типа / Г. Г. Крушенко, Ю. М. Мусохранов, И. С. Ямских, А. А. Корнилов, С. Г. Крушенко. Бюл. № 19.
7. Мальцев, А. Нанореволюция продолжается / А. Мальцев // Технополис. 2005. № 5.
S. N. Reshetnikova, A. A. Mishin Siberian State Aerospace University named after academician M. F. Reshetnev, Russia, Krasnoyarsk
THE CURRENT STATUS AND THE FUTURE TRENDS OF THE NANOTECHNOLOGIES
The current status and the future trends of the nanotechnologies is describes.
© Решетникова С. Н., Мишин А. А., 2009
