Применения нанопорошков
Модификаторы свойств материалов
Небольшие добавки нанопорошков повышают характеристики сверхпрочных высокоплотных материалов, например (W-Ni-Fe);
специальных композиционных материалов, например (магнитные — Nd-Fe-B, сверхпроводники — Ba-Cu-O, Ba-Fe-O);
улучшают механические свойства резин и полимеров.
Одна из модификаций нанопорошка на основе железа:
Порошок состоит из — Fe2O3 с примесью других модификаций оксидов железа в количестве не превышающем 5 % масс.
Микрофотография порошка
Длина игольчатых кристаллов — десятые доли мкм, диаметр — сотые доли мкм. По-рошок может найти применение в технологии изготовления материалов для магнитной записи.
Присадки к маслам и жидким топливам
«Гарант-М» — металлоплакирующий модификатор поверхностного трения, для улучшения технико-эксплуатационных свойств двигателей внутреннего сгорания без их разборки. Препарат используется в качестве присадки к моторным маслам, представляет собой концентрат, получаемый в результате соединения нанопорошков (НП) меди, моторного масла и специальных компонентов.
Действие присадки заключается в создании на поверхности трущихся деталей (например, вкладыш-вал, цилиндр-поршень и др.) саморегулирующего слоя, что обеспечивает их восстановление и работу в режиме «без износности» — нанодисперсные металлические частицы беспрепятственно проходят через фильтры и исключают схватывание трущихся деталей.
Применение препарата «Гарант-М» позволяет:
- увеличить ресурс работы двигателя в 1.5- 2 раза;
- восстановить компрессию в цилиндрах двигателя до 20% и обеспечить ее сохранение при условии регулярного применения;
- снизить расход масла на 15-20 %, топлива до 5 %;
- снизить дымность в 1.4 — 1.6 раза;
- токсичность выхлопных газов на 20-30 %;
- облегчить запуск и уменьшить шумность работы двигателя.
Препарат прошел эксплуатационные испытания на автомобилях АЗЛК, ВАЗ, УАЗ, ЗИЛ, КАМАЗ, МАЗ, ЛиАЗ, Икарус, и БелАЗ грузоподъемностью от 27 до 180 тонн. Наиболее эффективно использование присадки на большегрузных автомобилях.
Продукция сертифицирована в «Томском центре стандартизации, метрологии и сертификации», а также в Органе по сертификации нефтепродуктов, применяемых в транспортно-дорожном комплексе России при НИИ АТ министерства транспорта России.
Патент РФ: №2054030
Активатор спекания
Активатор спекания металлических и композиционных материалов, содержащих в своем составе один из элементов (железо, никель, вольфрам, алюминий) или их любые композиции, а также керамиче-ских материалов на основе оксидов и нитридов алюминия, титана, циркония.
Небольшая добавка в спекаемую шихту активатора от 0,1 до 5 масс % позволяет:
- снизить требования к чистоте исходного сырья и точности поддержания параметров процесса спекания;
- снизить температуру спекания;
- повысить физико-механические характеристики материалов и изделий;
Активатор представляет собой нанопорошок изготовленный из алюминия с легирующими добавками.
Основные характеристики активатора:
| Форма частиц | сферическая |
|---|---|
| Среднечисловой размер частиц, нм | 100 — 300 |
| Площадь удельной поверхности, м2/г | 4 —15 |
| Содержание связанного кислорода, масс % | не более 5 |
| Содержание Al, масс % | 92-95 |
| Легирующие добавки, масс % | 3 |
Условия применения: введение активатора в шихту должно исключать использование воды!
Примеры применения
- Активированное спекание керамики из ZrO2, Al2O3 и SiO2.
- Активированное спекание тяжелого сплава W-Ni-Fe.
- Получение спеченного сплава вольфрам — алюминий.
Магнитный порошок для дактило-скопии
Порошок на основе железа черного цвета, обладающий магнитными и «проявляющими» свойствами.
Папилярные линии в следах, оставленные на поверхностях многих материалов, выявляются четко и хорошо копируются. Результаты проверки эффективности порошка приведены в таблице
| Срок давности | ||||
| Материал | 1-24 час | 72 час | 7 дней | 1 месяц |
| Бумага с глянцевой поверхностью | + | |||
| Cтекло | + | + | + | + |
| Пластмасса | + | + | + | + |
| Дерево полированное | + | + | + | + |
| Керамика | + | + | + | + |
| Металл | + | + | + | + |
| Окрашенная поверхность | + | + | + | + |
+ — папилярные линии четкие
Биологически активные препараты на основе НП
Нанодисперсные порошки благодаря их малому размеру (диаметр ~ 0,1 мкм) представляют значительный интерес для медицины.
Использование НП в качестве пасты или мази позволяет залечивать огнестрельные раны и ожоги за более короткие сроки и без образования рубца (следа) после лечения.
НП являются перспективными носителями лекарственных средств с последующим их концентрированием с помощью магнитного поля. За счет этого эффекта можно при-менять более низкие дозы лекарств и ускорить лечение.
Применение НП тантала дает возможность иметь высококлассное рентгеноконтрастное вещество для диагностирования органов дыхания и других внутренних органов. Тантал абсолютно не токсичен и совместим с тканями. Учитывая, что тантал имеет заряд ядра 73 (вольфрам – 74), то для получения контрастной картины органа требуются очень малые количества НП.
Для блокирования и подавления злокачественных опухолей также могут использо-ваться нанопорошки. При этом для блокирования опухолей могут использоваться маг-нитные НП и метод гипертермии, а для химиотерапии могут применяться НП платины и ее смесей. В последнем случае имеется возможность не использовать токсичную ди-хлордиаминплатину.
Испытания препаратов с НП проведены в Томском государственном медицинском университете, в НИИ Онкологии (г. Томск), на кафедре военно-полевой хирургии Томского военно-медицинского института и на сельхозпредприятиях.
Патент РФ №2123329
Добавки НП в пиротехнические смеси и смесевые ракетные топлива.
Уменьшение размеров частиц порошков приводит, в первую, очередь, к увеличению площади удельной поверхности, которая напрямую определяет химическую активность НП, в том числе и при их горении. Как результат перевода горючих в НП состояние, повышается скорость их горения в пиротехнических смесях и ракетных топлив. Одновременно, благодаря высокой дисперсности уменьшают при горении двухфазные потери энергии, и увеличивается импульс. По заключению специалистов испытательных центров в China Lake (USA) и Saint-Louis (Франция) НП перспективны в применении в быстрогорящих смесях, в частности, для использования в стартовых ускорителях ракет.
Если для обычных порошков алюминия скорость горения в модельном топливе равна 1-2 дюйма в секунду, то после замены обычного алюминия на НП скорость возрастает до 10 дюймов в секунду. На модельных смесях НП алюминия с окислителями достигнута еще более высокая скорость.
Особенность смесей и топлив с НП является сохранение способности их горения при содержании в них алюминия 60 % мас. и более.
Применение НП алюминия дает возможность разработать экологически чистое ракетное топливо, в котором в качестве окислителя используется вода, а продуктом горения является водород.
Патент РФ №2055698
Сорбент на основе НП для растворимых в воде примесей тяжелых металлов
Разработан сорбент на основе нанопорошков (НП) алюминия и железа, удаляющий из воды растворимые примеси тяжелых металлов: Zn2+, Fe2+ (Fe3+), Ni2+, Cd2+, Pb2+ и другие, а также примеси радиоактивных элементов: Sr90, Th, U, Pu и другие. В процессе взаимодействия НП с водой из них происходит образование гидроксидов с рыхлой структурой и развитой поверхностью, что обеспечивает улавливание растворимых примесей за счет следующих процессов: адсорбции, соосаждения, абсорбции, окклюзии, сокристаллизации. Одновременно с образованием гидроксидов на поверхности частиц выделяется водород в виде пузырьков, которые поднимают частицы к поверхности. Таким образом, частицы сорбента пронизывают слой воды и перемешиваются с водой.
Преимущества: сорбент может быть использован для очистки, как небольших объемов воды, так и для очистки природных водоемов без нарушения их жизнедеятельности. Сорбент может использоваться в виде порошка или гранул. Применение сорбента не требует специального перемешивания воды. Примеси тяжелых металлов и радионуклидов, захваченные сорбентами, после полного взаимодействия алюминия и железа с водой осаждаются на дно и не уносятся вместе с потоками воды. В случае очистки воды в емкостях осадок, содержащий примеси тяжелых металлов и радионуклидов, удаляется путем фильтрования, отстаивания или другими известными методами.
Испытания сорбента проведены в НИИ высоких напряжений и в НИИ ядерной физики при Томском политехническом университете. Поставляются небольшими партиями для исследований.
Нановолокна Al2O3
Патенты РФ №2013380 и №2102337
Тип получаемых порошков
| Материал | Элемент |
|---|---|
| Металлы | Al, Ag, Cu, Fe, Ni, W, Mo, Zn, In, Sn, Ti и их соединений |
| Сплавы | NiCr NiTi и т.д. |
| Оксиды | Аl2O3, TiO2, ZnO |
| Нитриды | АlN, TiN |
Свойства нанопорошков
Порошки, полученные по предлагаемой технологии:
- частицы имеют сферическую форму и наноструктурированны по объему
- обладают повышенной химической активностью при достижении пороговых температур
- спекаются в режиме само распространяющегося процесса при чрезвычайно низких температурах
- легко образуют интерметаллические соединения
- имеют пониженную работу выхода электронов
- обладают избыточной энергией.
Общие характеристики порошков
| Форма частиц | сферическая или со слабо выраженной огранкой |
| Размер частиц, нм | 30-500 |
| Размер структурных фрагментов, нм | 10-30 |
| Удельная поверхность, м2/г | 2-50 |
| Распределение частиц по размерам | нормально — логарифмическое |
Микрофотографии частиц нанопорошков:
