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

Искусственные клетки могут вырабатывать

News image

В статье исследователей из Йельского университета и Национального института стандартов (NIST) (США), вышедшей в журнале Ad...

Химики решили кормить автомобили водород

News image

Учёные наметили ещё один вариант обеспечения автомобилей энергией, который благоприятен с экологической точки зрения и ко...

Алюминий проявляет необычное координацио

News image

Химики из Северо-западной Тихоокеанской Национальной Лаборатории (PNNL) сообщают о том, что пентакоординированные атомы алюминия удерживают ат...

Фракталы

News image

Нравится ли вам смотреть на ночные молнии или представлять синии всполохи ветвящихся разрядов электрического оружия на...

Физические и химические процессы в ракет

News image

Современные жидкостные ракетные двигатели, принципы работы которых были предложены Циолковским более века назад, требуют дальнейшего со...

Как превратить парниковые газы в чистое

News image

Трансформация парникового газа в полностью сгорающее топливо предлагает несколько преимуществ, одно из которых цена. Эта идея ле...

Космический лифт и нанотехнологии

News image

От фантастики к реальности КОСМИЧЕСКИЙ ЛИФТ - это лента, один конец которой присоединен к по...

На Тайване ученые вырастили трех светящи

News image

Новости по теме: Китайские ученые вывели светящихся зеленых поросятБывший посол США в Киргизии стал представителем 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...

Kyosemi использует в солнечных ячейках фотодиоды шарооб

На 2-ой Международной выставке по генерации электроэнергии с помощью фотовольтаических приборов (Second International Photovoltaic Power Generation Expo), проходившей 27 – 29...

ИЗОБРЕТЕН ОПТИЧЕСКИЙ МИКРОСКОП С ЗОЛОТЫМ ПЕРОМ

Немецкие и швейцарские физики придумали оптический микроскоп с золотым пером , который сможет конкурировать с громоз...

Новый метод создания электродов для измерения свойств н

Ученые, изучающие физические явления на наноуровне, хорошо знают, что «припаять» контакты к единичной органической молекуле зачастую намного сложнее, чем синтезировать са...

Нанотрубки научились получать в промышленных масштабах

Углеродные нанотрубки, основу для сверхпрочных материалов, можно будет получать в промышленных масштабах: благодаря изобретению американских химиков их стоимость заметно снизится. Нанотрубка – ...

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.