Технологические особенности применения нанотехнологий в промышленности

Технологические особенности  применения нанотехнологий в промышленности.

 

Выполнили: Тимченко Александра

                          Колесникова Татьяна МВ312

• Нанотехнология — область прикладной науки и техники, имеющая дело с объектами размером менее 100 нанометров (1 нанометр равен 10⁻⁹ метра). Нанотехнология качественно отличается от традиционных инженерных дисциплин, поскольку на таких масштабах привычные, макроскопические, технологии обращения с материей часто неприменимы, а микроскопические явления, пренебрежительно слабые на привычных масштабах, становятся намного значительнее: свойства и взаимодействия отдельных атомов и молекул, квантовые эффекты.
• Нанотехнология сейчас находится в начальной стадии развития, поскольку основные открытия, предсказываемые в этой области, пока не сделаны. Тем не менее, проводимые исследования уже дают практические результаты. Использование в нанотехнологии передовых научных результатов позволяет относить её к высоким технологиям.

 

• В настоящее время наноматериалы используют для изготовления защитных и светопоглощающих покрытий, спортивного оборудования, транзисторов, светоиспускающих диодов, топливных элементов, лекарств и медицинской аппаратуры, материалов для упаковки продуктов питания, косметики и одежды.
• Нанопримеси на основе оксида церия уже сейчас добавляют в дизельное топливо, что позволяет на 4-5% повысить КПД двигателя и снизить степень загрязнения выхлопных газов.
• Общемировые затраты на нанотехнологические проекты превышают $9 млрд. в год. На долю США приходится примерно треть всех мировых инвестиций в нанотехнологии. Другие главные игроки на этом поле - Европейский Союз и Япония.
• Прогнозы показывают, что к 2015 году общая численность персонала различных отраслей нанотехнологической промышленности может дойти до 2 млн. человек, а суммарная стоимость товаров, производимых с использованием наноматериалов, составит, как минимум, несколько сотен миллиардов долларов и, возможно, приблизится к $1 трлн. В общей сложности американская промышленность и индустрия других развитых стран сейчас применяют нанотехнологии в процессе производства, как минимум, 80 групп потребительских товаров и свыше 600 видов сырьевых материалов, комплектующих изделий и промышленного оборудования.

 

 

Применение  нанотехнологий в различных отраслях:

 

• Кремниевая электроника.
• Электроника на механотранзисторах.
• Электроника на нанотрубках.
• Молекулярная электроника.
• Одноэлектроника.
• Спинтроника.
• Квантовая электроника.
• Многозондовые системы.
• Гибкая электроника.

 

• Электроника на механотранзисторах. По своим размерам современные транзисторы могут быть всего в несколько раз больше молекулы. Однако даже эти компоненты намного больше, чем новое поколение наноэлементов, в которых вместо кремния будут использоваться органические соединения и углеродные нанотрубки. Нанотехнологии позволят не только уменьшить размеры микросхем, но и увеличить количество транзисторов в них, что значительно повысит производительность

 

• Электроника на нанотрубках. Размеры углеродных нанотрубок сопоставимы с размерами молекул. Средний диаметр однослойной углеродной нанотрубки составляет около 1 нанометра. Если же удастся «заставить» одну нанотрубку хранить один бит информации, то память на их основе будет хранить колоссальные объемы информации, ведь современные ячейки flash-памяти, хранящие один бит информации, имеют размеры от 50 до 90 нанометров.

 

• Нанофотоника. Компании, занимающиеся нанофотоникой, разрабатывают высокоинтегрированные компоненты оптических коммуникаций с применением технологий нанооптики и нанопроизводства. Такой подход к изготовлению оптических компонентов позволяет ускорить получение их прототипов, улучшить технические характеристики, уменьшить размеры и снизить стоимость.

 

 

Быстродействующие оптические излучатели и фотоприёмники.

• Солнечные батареи. Солнечную батарею толщиной в бумажный лист, которую можно гнуть и сворачивать, создала японская электротехническая компания. Батарея в виде пленки имеет толщину от 1 до 3 микрометров. Слоями солнечных батарей можно покрывать мобильные телефоны, автомобили и даже специальную одежду. Пленка площадью в две визитные карточки весит всего один грамм и обладает мощностью в 2,6 ватт. По словам разработчиков, этого уже достаточно, чтобы обеспечить электропитанием велосипедный фонарь.

 

• Батарейки и аккумуляторы. Создать нанобатрейку удалось благодаря новой технологии, основанной на использовании наночастиц, находящихся в составе материала отрицательного электрода батареи. При зарядке батареи, наночастицы быстро собирают и хранят ионы лития. На рынке скоростная батарейка появилась в 2006 году

Нанотехнологии  в машиностроении

 

• Нанотехнологии обещают целый ряд выгод от широкомасштабного внедрения в массовое производство автомобилей. Так буквально каждый узел или компонент в конструкции автомобиля может быть в значительной степени усовершенствован при помощи нанотехнологий. 

 

• Машиностроение является, в основном, потребителем объемных наноструктурированных материалов (стали, титан и его сплавы, алюминиевые сплавы, керамика, пластмассы и композиционные материалы), порошковых материалов и комплектующих наноизделий (гидро­ и электрооборудование.
• Существенный эффект ожидается от внедрения технологических процессов нанесения износостойких покрытий на режущие инструменты, штампы и пресс­формы, а также износо, коррозионно­, жаростойких и водооталкивающих покрытий деталей машин.
• Важное значение имеет наноструктурированная продукция триботехнического направления и оборудование для обработки деталей с нанометровой точностью и для нанесения нанопокрытий. При этом улучшение соответствующих качественных показателей (прочность, твердость, пластичность, износо. жаро, коррозионная стойкость ) может быть достигнуто как посредством введения того или иного технологического процесса (литье, прессование, нанесение покрытий) получения нанопорошков, нанотрубок, фуллеренов, так и за счет соответствующих технологических режимов изготовления заготовок и изделий (равноугольное прессование, термомеханическая обработка и др.).

В настоящее время на передовых  предприятиях машиностроительного комплекса реализуются шесть основных технологий на наноуровне

• электроэрозионная наноразмерная обработка профилированным и непрофилированным инструментом на электроискровых станках с программным управлением;
• электрохимическая отделочная и размерная обработка рабочих поверхностей нагруженных деталей для регулирования микроопографии поверхности на наноуровне;
• ионноплазменное упрочнение инструмента, штампов, деталей машин с нанесением алмазоподобного покрытия толщиной до 2 мкм (без изменения шероховатости поверхности, при нагреве изделия менее 100°С), обеспечивающее повышение работоспособности изделий на порядок;
• модификация поверхности за счет скоростных химико термических взаимодействий плазменных струй с поверхностью металла с целью повышения износо и коррозионной стойкости и твердости низкоуглеродистых легированных сталей;
• закалка поверхности на глубину до 1,5 2 мм (с оплавлением или без оплавления) с возможностью регулирования параметров поверхностного слоя;
• ионноплазменное осаждение: благодаря тому, что в его основу заложен универсальный принцип ионного испарения, установ­ка позволяет получать тонкопленочные покрытия (до [мкм] из широкого спектра материалов: практически любого состава с заданной структурой – нанокристаллической, аморфной, кристаллической, композитной.