Нанотехнологии

НАНОТЕХНОЛОГИИ - В НАРОДНОЕ ХОЗЯЙСТВО

В конце 2007 г. в столичном деловом центре "Александр Хаус" в ходе заседания Комиссии Совета Федерации по жилищной политике и жилищно-коммунальному хозяйству прошел "круглый стол", посвященный применению в данной сфере нанотехнологий, с участием представителей законодательной и исполнительной власти РФ, финансовых и деловых кругов.

Повестку дня и программу научных сообщений для этого форума составляли сотрудники Наноцентра МЭИ, организованного в 2004 г. для подготовки дипломированных нанотехнологов-материаловедов и поиска соответствующих прорывных разработок. Кроме того, наш коллектив, сплотив вокруг себя специалистов из почти двух десятков вузов, институтов РАН, промышленных предприятий страны, является системным интегратором и активным пропагандистом реализуемых совместных проектов, к тому же ежегодно участвует в организуемых правительством Москвы выставках и встречах по данной проблематике.

Открывая заседание "круглого стола", руководитель Наноцентра МЭИ (а также ассоциированных с ним фирм "Ангстрем Центр Нанотех" и "Нанотроника"), доктор технических наук Андрей Алексенко осветил тематику запланированных выступлений и рассказал о том, что сделано этим коллективом, прежде всего в области беспроводных систем контроля технологических процессов. Поясним: в настоящее время создают и выпускают десятки сотен различных нанобиодатчиков, информация от которых после усилительной и цифровой обработки поступает в контрольные или исполнительные системы по медным проводам, имеющимся в великом множестве в бытовых электроприборах, автомобилях, самолетах и т.д.

Можно ли обойтись без жгутов и переплетений таких "артерий и капилляров" машин и механизмов? В принципе вполне реально, чему уже есть примеры. Один из них - активные и пассивные радиометки, т.е. миниатюрные приемопередатчики, технологически совмещенные с датчиками и кремниевыми интегральными схемами обработки поступающего сигнала. Вышеупомянутая фирма "Нанотроника" совместно с несколькими белорусскими предприятиями владеет собственным "Дизайн-центром", где активно разрабатывают эти приборы. Надо сказать, одна из главных проблем их создания - наноминиатюризация антенн. Но недавно появилась надежда на ее решение на основе квантовых подходов и интегральной реализации передающих и приемных устройств с помощью углеродных нанотрубок.

Не менее важный вопрос - энергопитание рассматриваемого приемопередатчика. Аспиранты Наноцентра предлагают внутри пассивной подложки его кремниевого чипа разместить водородный топливный элемент*. Для некоторых случаев будет достаточно имеющегося ресурса такой "батареи", для других - предстоит решить задачу ее подзарядки.

Заметим: подобные беспроводные системы могут получить широкое распространение, поскольку способны контролировать практически любой технологический процесс, к тому же, по нашему мнению, дадут огромный экономический эффект благодаря не только отказу от медного кабеля, но и существенному повышению надежности своей работы, а также энергосбережению.

Руководитель научно-технического центра "Передовые нанотехнологии" (Санкт-Петербург) Андрей Пономарев познакомил собравшихся с опытом практического применения многообразной гаммы разрабатываемых под его руководством специализированных нанобетонов. Легкие их разновидности (плотность 0,4 - 1,0 т/м3, прочность на сжатие 20 - 35 МПа) можно применять для возведения индивидуальных домов, устройства звукопоглощающих и неогнеопасных перегородок в жилых и промышленных помещениях. Аналогичный материал, но средней плотности (1,5 - 2,3 т/м3, 30 - 90 МПа), обладающий повышенной прочностью, влаго- и морозостойкостью, пригоден для сооружения мостов, водостоков, бесшовных дорог, аэродромных покрытий и т.д. А высокоплотный, по сути, сверхпрочный (2,5 т/м3, 150 МПа) - для лифтовых шахт, несущих стволов высотных зданий, ферм, балок, пуленепробиваемых заборов и пр.

Выступающий подчеркнул: во все нанобетоны в качестве армирующего (укрепляющего) вещества входит базальтовое волокно, и инициаторами направленного образования цементного камня служат миниатюрные фуллероидные модификаторы (нанообразования из многоатомных молекул углеродных полимеров), получившие название "астралены". Причем при относительно высокой стоимости предлагаемой технологии их количество, необходимое для значительного улучшения прочностных характеристик сооружаемых объектов, очень мало. Поэтому хотя новый строительный материал в среднем в 1,1 - 1,2 раза дороже традиционного, но в 4 - 6 раз превосходит его по потребительским характеристикам.

Возведение в 2007 г. моста через Волгу в городе Кимры - один из примеров практического применения нанобетона. Его состав, разработанный Пономаревым, весьма недешев, однако позволил вместо 1200 м цементного раствора использовать всего 290 м, т.е. облегчить всю конструкцию в 4 раза. К тому же предложенный материал обладает повышенной трещино- и морозостойкостью, что позволило строителям отказаться от гидроизоляции и дополнительного асфальтирования. В итоге общий экономический эффект от инновации оказался впечатляющим.

Доктор технических наук Михаил Руфицкий, руководитель научно-технического центра "Завод Автоприбор" (город Владимир) продемонстрировал собравшимся некоторые разработки по заданию Министерства РФ по делам гражданской обороны, чрезвычайным ситуациям и ликвидации последствий стихийных бедствий, прежде всего миниатюрную "тревожную кнопку". Ее планируется установить на каждом индивидуальном плавательном средстве в нашей стране: с помощью такой радиосистемы терпящие бедствие смогут подать сигнал, по которому на дежурном приемном пункте с высокой точностью установят местоположение судна.

Мощность устройства не превышает 20 мВт, а радиус действия, как показали испытания на озере Байкал осенью 2007 г., достигает 60 км. Причем его радиоканал надежно защищен от помех благодаря специальному кодированию, а приемный базовый блок допускает независимую фиксацию местоположения до 1000 абонентов. Вся конструкция размером с мобильный телефон. Она вмещает антенну диапазоном 140 МГц, чип спутниковой глобальной навигационной системы, батарею питания, обеспечивающую 24 ч активной работы "тревожной кнопки" или 30 сут в режиме ожидания.

Различные варианты комплектации предлагаемого устройства найдут широкое применение в жилищном хозяйстве, на автомобильном, авиационном, водном и железнодорожном транспорте. На его базе, как рассказал Руфицкий, в центре "Завод Автоприбор" создали и испытали стартовый комплект оборудования "Каскад" из более чем 20 изделий. Он предназначен для беспроводного слежения за параметрами железнодорожного состава и перевозимых грузов: температурой колесных букс, местоположением в поезде или на складе каждого вагона или контейнера, сохранностью на них пломб и т.д.

Еще одно предложение этого коллектива - так называемая наношпала. Внешне она похожа на обычную российскую железобетонную, но в ее тело вмонтирован пьезоэлектрический блок, обеспечивающий питание радиоретранслятора на основе той же "тревожной кнопки" с радиусом действия 2 км. При однократном прохождении железнодорожного состава над данным устройством, обеспечивающим линейный контроль перевозок, за счет давления на пьезопреобразователь вырабатывается мощность, которая заряжает накопитель энергией, достаточной для суточной работы приемопередатчика.

Важно отметить: "Завод Автоприбор" располагает широчайшими возможностями массового производства подобных изделий. Две линии поверхностного монтажа, десятки высококвалифицированных механиков и технологов, хорошо продуманная система контроля и аттестации гарантируют безотказность и низкую стоимость его продукции.

Доктор химических наук Юрий Евдокимов из Института молекулярной биологии им. В. А. Энгельгардта РАН (Москва) рассказал о разработанном совместно с Институтом спектроскопии РАН (город Троицк Московской области) "Дихрометре" - биосенсоре для экспресс-диагностики широкого класса медицинских препаратов, заболеваний людей и для других исследований, основанных на сравнительном анализе молекул ДНК. Такие стационарные диагностические комплексы по техническим и эксплуатационным параметрам существенно превосходят зарубежные аналоги, к тому же в 2 - 3 раза дешевле. При освоении промышленного производства эти новинки будут востребованы, например, медиками для быстрого и эффективного проведения клинической диагностики, фармацевтами и пищевиками для контроля качества сырья и продукции, экологами, озабоченными концентрацией вредных веществ в природной среде. В настоящее время предлагаются новые версии прибора, способные расширить сферу его применения, повысить быстродействие, точность анализа.

В отдельном сообщении Андрей Алексенко остановился на создании и практическом использовании техногенного монитора (разработка ученых Московского государственного технического университета им. Н. Э. Баумана по заданию фирмы "Нанотроника"). Он представляет собой массивную платформу, на которой смонтированы три независимых высокочувствительных наногироскопа. Установив прибор, скажем, на здании, ферме моста, заводской трубе, можно с помощью специальной компьютерной программы определить степень подвижности соответствующей конструкции. В случае ее направленного "дрейфа" монитор прибора позволяет с высокой точностью предсказать время и место возможного повреждения контролируемого объекта.

Например, в январе 2007 г. таким образом обследовали Ворошиловский мост через реку Дон в Ростове-на-Дону и в соответствующем акте экспертизы указали: к октябрю того же года он может разрушиться. И действительно, в указанный срок конструкция дала трещину. Правда, повторная диагностика, проведенная 16 ноября, показала, что до окончательного разрушения еще далеко, и комиссия (с участием представителей фирмы "Нанотроника") временно разрешила движение по мосту легкового автотранспорта. По нашему мнению, этот случай должен заставить задуматься о разработке законодательной инициативы, предусматривающей ответственность за отсутствие реагирования на доказательные научные предостережения.


Доктор технических наук Лев ПАТРИКЕЕВ, заместитель руководителя Наноцентра Московского энергетического института (МЭИ)

Авторские права на статьи принадлежат их авторам
Проект компании Kocmi LTD