Основные наноматериалы

НАНОНАУКА И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ

СИСТЕМ ТЕПЛОГАЗОСНАБЖЕНИЯ И ВЕНТИЛЯЦИИ

Нанонаука, родившаяся на стыке физики, химии, материаловедения, биологии и электронной техники, интенсивно развивается. В современной технике всё шире используются наноматериалы и нанотехнологии. Под термином нанотехнология понимается создание и использование наноматериалов, устройств и систем, структура которых измеряется в нанометровом масштабе (1 нм = 1·10^-9 м), т. е. в диапазоне размеров атомов, молекул и надмолекулярных образований. Нанотехнология позволяет создавать из указанных объектов более крупные структуры, обладающие принципиально новой надмолекулярной организацией и, следовательно, новыми заданными свойствами.

Впервые термин нанотехнология был использован в 1974 году японским учёным Танигучи. Однако в большинстве книг по нанотехнологиям обычно отмечается Ричард Фейнман (физик, Нобелевский лауреат), который в 1959 году прочитал лекцию под названием «Внизу полным-полно места». В лекции Фейнман рассказал о фантастических перспективах, которые откроются при изготовлении и применении материалов и устройств на атомном или молекулярном уровне.

Основные наноматериалы

Для применения в строительстве предлагаются: углеродные нанотрубки, фуллерен, графен, наночастицы оксида кремния, диоксида титана, домол цементов и т.п.

Углеродные нанотрубки (рис. 13.1) – это протяжённые цилиндрические структуры диаметром от одного до нескольких десятков нанометров и длиной до нескольких сантиметров, состоящие из свёрнутых в трубку графитовых плоскостей и заканчивающиеся обычно полусферической головкой.

Рис. 13.1. Углеродная нанотрубка

Цилиндрическая поверхность, выложена правильными шестиугольниками, в вершинах которых расположены атомы углерода. Кроме одностенных трубок получены многостенные нанотрубки, которые отличаются от одностенных значительно более широким разнообразием форм и конфигураций. Структура типа «матрёшки» представляет собой совокупность коаксиально вложенных друг в друга цилиндрических трубок (рис. 13.2).

Рис. 13.2. Многостенная нанотрубка

Углеродные нанотрубки применяются для изготовления сверхпрочных нитей и композитных материалов, которые обладают высокой прочностью, тепло- и звукоизоляционными свойствами.

Фуллерены – молекулярные соединения, представляющие собой выпуклые замкнутые многогранники, составленные из атомов углерода. Своим названием эти соединения обязаны американскому архитектору Ричарду Фуллеру, конструкции которого – «геодезические купола» – построены по этому принципу. В молекулах фуллеренов атомы углерода расположены в вершинах правильных шести- и пятиугольников, из которых составлена поверхность сферы или эллипсоида. Наиболее полно изученный из семейства фуллеренов – фуллерен C₆₀, представлен на рис. 13.3.

Рис. 13.3. Фуллерен С₆₀

Рис. 13.4. Структура графена

Графен – двумерная модификация углерода, образованная слоем атомов углерода толщиной в один атом. Графен можно представить как одну плоскость графита (рис. 13.4). По оценкам исследователей, графен обладает высокой механической прочностью и эластичностью.