News image News image News image News image News image News image News image News image


От форсунок до сенсоров
Нанотехнологии в технике - Технологии

от форсунок до сенсоров

Перед нанопорошковыми технологиями в авиационно-космической отрасли открыты большие перспективы, как с научной, так и с коммерческой точки зрения. Особенно это относится к таким направлениям, как новые структурные материалы, хранение и выделение энергии, хранение и передача информации, системы жизнеобеспечения и мониторинга. В ближайшие 10-15 лет следует ожидать технологического прорыва в этой области.

Лобовые стекла и обшивка корабля «Буран» были зищищены термостойкими наноматериалами.

Авиационно-космическая техника всегда требовала материалов с экстремальными, трудно достижимыми свойствами и поэтому являлась «локомотивом» для новых технологий. Эту роль она в полной мере сыграла и при развитии нанотехнологий в последние десятилетия ХХ века. Так, например, в двигателях ракет-носителей «Союз» используют титановое покрытие со свойствами нанопорошка, разработанное еще в Институте неорганической химии Латвийской Академии наук. Его наносят на форсунки, через которые вытекают продукты горения в виде плазмы с температурой более чем 3000 °С, при которой обычная сталь и металлические сплавы расплавились бы мгновенно. Латвийские ученые решали проблему термостойкости и применительно к советскому космическому кораблю многоразового использования «Буран». В открытом космосе при огромных температурах любое стекло в иллюминаторах корабля сгорает, а при увеличении его толщины затруднена возможность обзора, так как заметно уменьшается прозрачность. Неорганическое покрытие из наноматериала наносилось на внешнюю сторону иллюминатора, не меняя оптические свойства самого стекла. Внешняя оболочка «Бурана» также была покрыта термостойкими керамическими соединениями на основе нанопорошков.

Одна из основных задач современного самолетостроения — облегчение конструкции летательного аппарата без потери в прочности. Замена нескольких сотен тысяч заклепок, используемых при изготовлении корпуса большого пассажирского самолета, на сварные швы позволила бы значительно облегчить его, удешевить производство и существенно улучшить эксплуатационные характеристики. Однако в конструкции самолета все детали должны иметь одинаковую прочность, т. е. сварной шов должен обладать такой же прочностью, что и свариваемый материал, чего нельзя достигнуть традиционными методами. Ученые Института теоретической и прикладной механики СО РАН разработали технологию, которая может помочь в решении этой задачи. Ее основная идея — введение в сварной шов порошка тугоплавкого соединения (например, карбида или нитрида титана) с наноразмерными частицами. Это дает возможность управлять процессом кристаллизации металла при сварке. Введение нанопорошка в сварной шов кардинальным образом изменяет процесс зародышеобразования, которое происходит на наноразмерных частицах на границе контакта трех фаз (наночастица-зародыш-расплав) и резко изменяет строение и величину растущего зерна. Структура шва вместо игольчато-дендритной становится квазиравноосной и мелкодисперсной. Уменьшается размер неметаллических включений. Соответственно, повышаются механические свойства (прочность и пластичность) металла шва, возрастает в несколько раз относительное удлинение, увеличиваются предел прочности и предел текучести.

Другое перспективное применение нанотехнологий в авиастроении связано с покрытиями, применяемыми в гидросистемах самолетов. В настоящее время используются хромовые покрытия, они хорошо изучены, технологичны и длительное время применяются в авиастроении.

Вместе с этим, хромовые покрытия не лишены и некоторых недостатков, одним из которых является их пористость. Для снижения пористости покрытия и повышения его стойкости к эрозионному износу была разработана технология хромирования из электролитов, содержащих нанопорошки Al2O3, эта технология получила название кластерное хромирование.

В настоящее время в стадии разработки находятся и многие другие применения нанопорошков в области авиации и космонавтики. Например, это новые материалы с улучшенными термомеханическими свойствами, прочностными характеристиками и удобные в обработке. В частности, для термической и химической защиты внешних поверхностей и окон космических аппаратов предполагается использовать керамические нанопорошки Si3N4, SiC, TiCN, Al2О3, SiO2, а в качестве альтернативы титану в элементах конструкции жидкостных ракетных двигателей — нанопорошки сплавов алюминия, которые легче и менее подвержены водородной хрупкости (проект NASA SBIR).

Для авиационно-космической техники важны теплозащита и терморегуляция. В частности, для теплозащиты могут быть эффективны наноструктурированные керамические волокна; матрицы, использующие в качестве компонентов нанопорошки карбида кремния и оксида алюминия; покрытия волокон, имеющие структуру наномасштаба. Наноструктурированные алмазоподобные углеродные пленки могут, например, способствовать улучшению системы терморегулирования космических аппаратов, так как показатель их теплопроводности в 4 раза выше теплопроводности меди. Помимо этого, алмазоподобные пленки могут также обеспечить защиту от коррозии, в частности от воздействия атомарного кислорода.

Широкое использование композитных материалов в авиакосмической отрасли потребовало разработкисистем мониторинга их состояния, поскольку традиционные методы контроля, основанные на измерении вихревых токов, непригодны для непроводящих материалов. С этой целью фирма Airbus приступила к разработке пьезоэлектрического красителя на основе титано-циркониевого нанопорошка. Этот краситель является очень чувствительным датчиком вибраций, ударных нагрузок, а также повреждений обшивки самолета.

Не обойтись без нанотехнологий и в топливных элементах разрабатываемых сейчас водородных двигателей. Основной проблемой этих двигателей является нахождение достаточно компактного и емкого накопителя водорода. Благодаря высокой поверхностной активности нанопорошки на основе магний-никелевых или лантан-никелевых сплавов рассматриваются в качестве основных кандидатов на эту роль.

И наконец — электрохимические газовые датчики, используемые для контроля утечек водорода в ракетных двигателях и состава атмосферы на пилотируемых орбитальных станциях. Исследования показали, что датчики, использующие нанопорошковые покрытия на основе окислов металлов (преимущественно SnO2), более компактны, чувствительны и устойчивы в работе.

 


Читайте:


Добавить комментарий


Защитный код
Обновить

Применение нанотехнологий

Наночастицы и новые свойства известных м

News image

Развитие нанотехнологий ведет к появлению множества материалов, содержащих наноразмерные частицы. В настоящее время объем промышленного пр...

Нанотехнологии в пламени свечи

News image

Углеродные наночастицы (CNP) являются побочным продуктом производства углеродных нанотрубок (CNT). Однако и они могут оказаться по...

Теплопередача в графене больше, чем ожид

News image

В лаборатории IBM были проведены исследования теплопередачи между графеном и подложкой, на которой сформировано графеновое ус...

Движение дефектов в графене

News image

На сегодняшний день интерес к графену как к новому материалу для наноэлектроники, технологий NEMS и ME...

Сверхполиэтилен

News image

Кризис — хорошее время, чтобы избавиться от старого производства на устаревшем оборудовании и при наличии ср...

Кулоновские корреляции в двухслойном гра

News image

Большинство экспериментальных исследований электронных свойств графена выполнено на однослойных образцах “толщиной” в один атом. Между те...

Физики создали новую форму углерода

News image

В графите каждый слой повернут относительно нижележащего на 60 градусов (на иллюстрации). В МЭГ этот угол равен 30...

Ученые создали суперпрочный коллаген

News image

Команда ученых из университета Висконсин-Мэдисон (США) изобрела самый прочный из всех видов коллагена когда-либо известных на...

Новости нанотехнологий

Кремниевые нанотрубки выращивают без применения золота

Кремниевые нанопроволоки помогут уменьшить размеры микрочипов. Ученые из Института Физики микроструктур Макса Планка в Галле впервые разработали нанопроволоки на кре...

Казавшаяся трудноразрешимой задача придания изделиям из

Казавшаяся трудноразрешимой задача придания изделиям из графена желаемой формы оказалась подвластна капелькам воды – о пластичности графеновых наноструктур сообщают химики из...

Влияние полярности электрического поля на рост вертикал

Одно из наиболее перспективных направлений использования углеродных нанотрубок (УНТ) связано с разработкой холодных полевых эмиттеров на их основе. Уникальные особенности та...

Наноальтернатива таблеткам

  Одним из первых медицинских применений нанотехнологии стало разработанное учеными из США быстродействующее лекарство от импотенции, которое сможет соперничать таблетками Частицы препарата ...

Композиты медицинские «MBM — ЛН»

Справка о применении в клинической практике композитного материала «MBM — ЛН» Композитный материал «MBM — ЛН» представляет собой ткань черного цвета. Развитая по...

More in: Технологии, Наноматериалы, Наномедицина, НаноТехника , Новости

Популярные заметки:

Космический лифт и нанотехнологии

От фантастики к реальности КОСМИЧЕСКИЙ ЛИФТ - это лента, один конец которой присоединен к поверхности Земли, а другой находится на...

Medfield - атомная платформа третьего поколения

Компания Intel с громкого успеха начала освоение платформы для ультрамобильных персональных компьютеров, известных также как нетбуки, и MID-аппаратов – только по...

Нанотехнологии избавят мир от фальшивомонетчиков

Японские ученые изобрели новую технологию, с помощью которой планируют усложнить для фальшивомонетчиков подделку денег. Группа исследователей из японской компании Da...

Создана самая маленькая в мире надпись

Физики из университета Стэнфорда создали самую маленькую в мире надпись - буквы составили всего 1.5 нанометров в высоту. Новые буквы составляют пр...

Бактерии приводят в движение крошечные наномеханизмы

Шестерни в миллион раз более массивные, чем бактерии , говорит главный исследователь Игорь Аронсон. Возможность использовать и контролировать эне...

Your are currently browsing this site with Internet Explorer 6 (IE6).

Your current web browser must be updated to version 7 of Internet Explorer (IE7) to take advantage of all of template's capabilities.

Why should I upgrade to Internet Explorer 7? Microsoft has redesigned Internet Explorer from the ground up, with better security, new capabilities, and a whole new interface. Many changes resulted from the feedback of millions of users who tested prerelease versions of the new browser. The most compelling reason to upgrade is the improved security. The Internet of today is not the Internet of five years ago. There are dangers that simply didn't exist back in 2001, when Internet Explorer 6 was released to the world. Internet Explorer 7 makes surfing the web fundamentally safer by offering greater protection against viruses, spyware, and other online risks.

Get free downloads for Internet Explorer 7, including recommended updates as they become available. To download Internet Explorer 7 in the language of your choice, please visit the Internet Explorer 7 worldwide page.