РЕШЕНИЯ
Полимеры
✓ Проведено модифицирование эластомерных композиций на основе бутадиен-стирольного каучука и нитрильного каучука.
Введение 5% массовой доли нановолокон Алюминан
увеличивает прочность изделия на 120%. В настоящее время
проводятся работы по переходу к системам с наполнителями
(автошины, топливные и масляные шланги, уплотнения и втулки, клеи, герметики, монтажная строительная пена и др.).
✓ Полимерный наполнитель для строительных сэндвич-панелей (минералонаполненный полиэтилен, компания «КРАСПАН»). Достигнуто упрочнение до 200% при введении 0,1% массовой доли нановолокон Алюминан.
✓ Сверхвысокомолекулярный полиэтилен. Достигнуто упрочнение более 40% при введении 1% массовой доли нановолокон.
Введение 5% массовой доли нановолокон Алюминан
увеличивает прочность изделия на 120%. В настоящее время
проводятся работы по переходу к системам с наполнителями
(автошины, топливные и масляные шланги, уплотнения и втулки, клеи, герметики, монтажная строительная пена и др.).
✓ Полимерный наполнитель для строительных сэндвич-панелей (минералонаполненный полиэтилен, компания «КРАСПАН»). Достигнуто упрочнение до 200% при введении 0,1% массовой доли нановолокон Алюминан.
✓ Сверхвысокомолекулярный полиэтилен. Достигнуто упрочнение более 40% при введении 1% массовой доли нановолокон.
Краски
Порошковая полиэфирная краска «Эко Лайн Нано» упрочнена нановолокнами оксида алюминия «Алюминан».
Краска рекомендуется для применения на различных металлических конструкциях и корпусных изделиях в машиностроении, производстве электрооборудования, строительных материалов, а также в других отраслях промышленности для защиты изделий от коррозии и увеличения срока их эксплуатации*.
Применение нановолокон «Алюминан» в качестве добавки для порошковой краски позволило добиться следующих характеристик конечного продукта**:
✓ рост прочности на прямой удар — 90%;
✓ рост прочности на обратный удар — 200%;
✓ рост коррозионной стойкости — 40%. В условиях реальной эксплуатации рост коррозионной стойкости составляет более 40%, поскольку снижается не только скорость коррозии при появлении царапины или пробоя, но и вероятность появления царапины или пробоя;
✓ повышенная устойчивость к погодным условиям:
— отсутствие потери цвета после полного цикла испытаний на погодные условия (в то время как ближайший аналог меняет свой цвет);
— остаточная прочность на прямой удар выше на 100%, остаточная эластичность выше на 50%.
Промышленное производство краски «Эко Лайн Нано» осуществляется совместно с ООО «Поливест-Железногорск».
* нановолокна «Алюминан» не влияют на расход краски, подготовка окрашиваемой поверхности производится стандартным образом;
** согласно сертифицированным испытаниям по ГОСТ 4765-73, ГОСТ 9.401-2018, ГОСТ 6806-73, а также согласно выходным испытаниям предприятия-изготовителя.
Обзорная статья на сайте КНЦ СО РАН
Скачать тизер (PNG, 2208×2204px)
Краска рекомендуется для применения на различных металлических конструкциях и корпусных изделиях в машиностроении, производстве электрооборудования, строительных материалов, а также в других отраслях промышленности для защиты изделий от коррозии и увеличения срока их эксплуатации*.
Применение нановолокон «Алюминан» в качестве добавки для порошковой краски позволило добиться следующих характеристик конечного продукта**:
✓ рост прочности на прямой удар — 90%;
✓ рост прочности на обратный удар — 200%;
✓ рост коррозионной стойкости — 40%. В условиях реальной эксплуатации рост коррозионной стойкости составляет более 40%, поскольку снижается не только скорость коррозии при появлении царапины или пробоя, но и вероятность появления царапины или пробоя;
✓ повышенная устойчивость к погодным условиям:
— отсутствие потери цвета после полного цикла испытаний на погодные условия (в то время как ближайший аналог меняет свой цвет);
— остаточная прочность на прямой удар выше на 100%, остаточная эластичность выше на 50%.
Промышленное производство краски «Эко Лайн Нано» осуществляется совместно с ООО «Поливест-Железногорск».
* нановолокна «Алюминан» не влияют на расход краски, подготовка окрашиваемой поверхности производится стандартным образом;
** согласно сертифицированным испытаниям по ГОСТ 4765-73, ГОСТ 9.401-2018, ГОСТ 6806-73, а также согласно выходным испытаниям предприятия-изготовителя.
Обзорная статья на сайте КНЦ СО РАН
Скачать тизер (PNG, 2208×2204px)
Биоцидные покрытия
В качестве биоцидного покрытия предлагаются лакокрасочные покрытия, в состав которых входят наночастицы серебра, полученные новым методом. Данный метод основан на эрозии серебряного электрода электромагнитным излучением и по совокупности технико-экономических параметров превосходит существующие методы получения серебряных коллоидов:
✓ в отличие от традиционных химических методов синтеза, отсутствуют соли или другие соединения серебра;
✓ себестоимость наночастиц серебра ниже, чем у традиционных способов синтеза.
Это обусловлено высокой энергоэффективностью метода, а также отсутствием потребности в очистке полученного коллоида от побочных продуктов реакции.
Преимущество биоцидных лакокрасочных покрытий с наночастицами серебра – практически полностью исключается передача инфекции через окрашенную поверхность.
Целесообразное применение – окраска элементов салона в общественном транспорте и поверхностей в общественных помещениях.
✓ в отличие от традиционных химических методов синтеза, отсутствуют соли или другие соединения серебра;
✓ себестоимость наночастиц серебра ниже, чем у традиционных способов синтеза.
Это обусловлено высокой энергоэффективностью метода, а также отсутствием потребности в очистке полученного коллоида от побочных продуктов реакции.
Преимущество биоцидных лакокрасочных покрытий с наночастицами серебра – практически полностью исключается передача инфекции через окрашенную поверхность.
Целесообразное применение – окраска элементов салона в общественном транспорте и поверхностей в общественных помещениях.
Керамика, бетоны, огнеупоры
✓ Разработана технология модифицирования огнеупорных бетонов нановолокнами Алюминан.
Сформирована технологическая документация по модификации карбидокремниевых бетонов и огнеупорной массы NPC-21AC.
Добавка 0,1-0,2 масс.% Алюминан увеличивает:
– прочность на сжатие на 60%;
– прочность на изгиб на 40%;
– устойчивость к термоциклированию на 40% и более.
Указанные значения соответствуют первым результатам, ещё до решения задачи оптимизации.
✓ Получены образцы проводящих и диэлектрических паст (ООО «Фокон», Москва). За счёт подавления посредством нановолокон эффекта синерезиса, количество брака снизилось в 4 раза.
✓ Проведено модифицирование гранул носителя катализатора для риформинга и гидроочистки нефти (совместно с ЦНХТ ИК СО РАН). Показано, что добавление 2 масс.% Алюминан увеличивает прочность на 60%, что важно с точки зрения увеличения срока эксплуатации катализатора. Успешно проведён процесс гидроочистки нефти на модифицированном катализаторе, ведутся исследования по риформингу.
Материал носителя катализатора – псевдобемит. Данная технология упрочнения подходит также для цеолитных носителей и сорбентов.
Сформирована технологическая документация по модификации карбидокремниевых бетонов и огнеупорной массы NPC-21AC.
Добавка 0,1-0,2 масс.% Алюминан увеличивает:
– прочность на сжатие на 60%;
– прочность на изгиб на 40%;
– устойчивость к термоциклированию на 40% и более.
Указанные значения соответствуют первым результатам, ещё до решения задачи оптимизации.
✓ Получены образцы проводящих и диэлектрических паст (ООО «Фокон», Москва). За счёт подавления посредством нановолокон эффекта синерезиса, количество брака снизилось в 4 раза.
✓ Проведено модифицирование гранул носителя катализатора для риформинга и гидроочистки нефти (совместно с ЦНХТ ИК СО РАН). Показано, что добавление 2 масс.% Алюминан увеличивает прочность на 60%, что важно с точки зрения увеличения срока эксплуатации катализатора. Успешно проведён процесс гидроочистки нефти на модифицированном катализаторе, ведутся исследования по риформингу.
Материал носителя катализатора – псевдобемит. Данная технология упрочнения подходит также для цеолитных носителей и сорбентов.
Материалы для 3D-печати
✓ Отработана опытно-промышленная технология модификации алюминиевых порошков и их сплавов для 3D-печати.
На текущий момент испытания проводятся на порошке AlSi10Mg производства АО «РУСАЛ».
В рамках физического моделирования (спекание искро-плазменным методом модифицированного нановолокнами порошка алюминия) было получено 200% упрочнения готового изделия.
Образцы получены в партнерстве с ИЛМИТ, АО «РУСАЛ».
✓ Начаты работы по модификации нановолокнами Алюминан расходных материалов (филаментов) для полимерной 3D-печати.
На текущий момент испытания проводятся на порошке AlSi10Mg производства АО «РУСАЛ».
В рамках физического моделирования (спекание искро-плазменным методом модифицированного нановолокнами порошка алюминия) было получено 200% упрочнения готового изделия.
Образцы получены в партнерстве с ИЛМИТ, АО «РУСАЛ».
✓ Начаты работы по модификации нановолокнами Алюминан расходных материалов (филаментов) для полимерной 3D-печати.
Цветные и драгоценные металлы
✓ Получено упрочнение на 10% матрицы серебра и существенный рост ковкости при сверхнизкой концентрации Алюминан – 0,002% массовой доли.
✓ Предварительные результаты показали, что обеспечивается возможность повышения прочности и износостойкости драгоценных металлов высшей пробы (в первую очередь, золота) до уровня, достаточного для изготовления ювелирных изделий. Как известно, изготовление ювелирных изделий из металла высшей пробы сталкивается с проблемой высокой мягкости и недостаточной износостойкости чистого металла. В связи с этим металл высшей пробы применяется только в виде отдельных вставок. В рамках проекта выдвинута концепция выведения на ювелирный рынок нового продукта – изделий, выполненных целиком из драгоценных металлов высшей пробы, износостойкость которых повышена за счёт введения в металл нановолокон оксида алюминия. Сам металл при этом остаётся чистым (кристаллическая решётка не нарушена атомами легирующей примеси, в частности, практически не меняется электрическое сопротивление металла). Технология позволяет получать и вводить в драгоценный металл также нановолокна сапфира, что может представлять интерес с маркетинговой точки зрения.
✓ Предварительные результаты показали, что обеспечивается возможность повышения прочности и износостойкости драгоценных металлов высшей пробы (в первую очередь, золота) до уровня, достаточного для изготовления ювелирных изделий. Как известно, изготовление ювелирных изделий из металла высшей пробы сталкивается с проблемой высокой мягкости и недостаточной износостойкости чистого металла. В связи с этим металл высшей пробы применяется только в виде отдельных вставок. В рамках проекта выдвинута концепция выведения на ювелирный рынок нового продукта – изделий, выполненных целиком из драгоценных металлов высшей пробы, износостойкость которых повышена за счёт введения в металл нановолокон оксида алюминия. Сам металл при этом остаётся чистым (кристаллическая решётка не нарушена атомами легирующей примеси, в частности, практически не меняется электрическое сопротивление металла). Технология позволяет получать и вводить в драгоценный металл также нановолокна сапфира, что может представлять интерес с маркетинговой точки зрения.
Мембраны и фильтры
✓ Мембраны для разделения жидких сред
Процессы мембранного разделения смесей широко используются в химической, топливно-энергетической, фармацевтической и пищевой отраслях промышленности. Одним из современных направлений в данной области является разработка «умных» мембран, способных изменять свои транспортные свойства за счет внешнего воздействия. В частности, в качестве такого воздействия может выступать электрическое поле, создаваемое в нанопорах мембран с проводящей поверхностью.
Лабораторией ИВМ СО РАН проведены исследования, направленные на синтез мембран на основе нановолокон Алюминан с проводящим покрытием. Изучены транспортные свойства данных мембран под действием внешнего электрического поля, а также проведено моделирование соответствующих процессов переноса. Продемонстрирована возможность изменения селективных и проводящих свойств данных мембран с помощью внешнего электрического поля, в частности, осуществлён управляемый транспорт ионов через мембрану.
Процессы мембранного разделения смесей широко используются в химической, топливно-энергетической, фармацевтической и пищевой отраслях промышленности. Одним из современных направлений в данной области является разработка «умных» мембран, способных изменять свои транспортные свойства за счет внешнего воздействия. В частности, в качестве такого воздействия может выступать электрическое поле, создаваемое в нанопорах мембран с проводящей поверхностью.
Лабораторией ИВМ СО РАН проведены исследования, направленные на синтез мембран на основе нановолокон Алюминан с проводящим покрытием. Изучены транспортные свойства данных мембран под действием внешнего электрического поля, а также проведено моделирование соответствующих процессов переноса. Продемонстрирована возможность изменения селективных и проводящих свойств данных мембран с помощью внешнего электрического поля, в частности, осуществлён управляемый транспорт ионов через мембрану.
✓ Аэрозольные фильтры
Разработана лабораторная технология получения композитных аэрозольных фильтров. Роль селективного слоя играет слой нановолокон Алюминан, роль упрочняющего каркаса играет металлическая микросетка, полученная с применением процессов самоорганизации. Данное решение позволяет снизить толщину селективного слоя нановолокон до величин порядка единиц мкм (вплоть до 1 мкм), с сохранением приемлемой механической прочности системы. Снижение толщины селективного слоя важно с точки зрения понижения сопротивления мембранного фильтра потоку воздуха или иного газа.
Разработана лабораторная технология получения композитных аэрозольных фильтров. Роль селективного слоя играет слой нановолокон Алюминан, роль упрочняющего каркаса играет металлическая микросетка, полученная с применением процессов самоорганизации. Данное решение позволяет снизить толщину селективного слоя нановолокон до величин порядка единиц мкм (вплоть до 1 мкм), с сохранением приемлемой механической прочности системы. Снижение толщины селективного слоя важно с точки зрения понижения сопротивления мембранного фильтра потоку воздуха или иного газа.
Чёрный Алюминан
Разработана технология покрытия нановолокон Алюминан слоем графитизированного углерода заданной толщины. Декорирование углеродом проводится методом пиролиза углеродсодержащей парогазовой смеси.
Данный процесс позволяет получать:
✓ нановолокна Алюминан с проводящим покрытием. Данные волокна могут быть применимы в качестве наноструктурированных электродов для гальванических элементов, в качестве материала для «умных» мембран, с управляемыми параметрами и др.;
✓ углеродный слой обеспечивает более эффективный интерфейс с матрицей для ряда упрочняемых нановолокнами материалов;
✓ благодаря углеродному покрытию, структура нановолокон Алюминан может быть переведена из гамма-фазы в альфа-фазу посредством отжига, без изменения аспектного соотношения нановолокон, что может иметь значение для ряда приложений.
Данный процесс позволяет получать:
✓ нановолокна Алюминан с проводящим покрытием. Данные волокна могут быть применимы в качестве наноструктурированных электродов для гальванических элементов, в качестве материала для «умных» мембран, с управляемыми параметрами и др.;
✓ углеродный слой обеспечивает более эффективный интерфейс с матрицей для ряда упрочняемых нановолокнами материалов;
✓ благодаря углеродному покрытию, структура нановолокон Алюминан может быть переведена из гамма-фазы в альфа-фазу посредством отжига, без изменения аспектного соотношения нановолокон, что может иметь значение для ряда приложений.
Типичный набор данных, получаемый в результате синхронного термического анализа, представлен на рисунке ниже.
Синхронный термический анализ нановолокон Алюминан
Помимо увеличения количества углерода, с ростом времени синтеза растёт и упорядоченность углеродных слоёв, наносимых на нановолокна оксида алюминия. Объективным подтверждением уменьшения числа дефектов в углеродных слоях с ростом времени синтеза являются данные спектроскопии комбинационного рассеяния, которые подтверждают нашу оценку.
Сравнительный спектр комбинационного рассеяния