Министерство  образования и науки Российской Федерации 

   Федеральное государственное автономное образовательное  учреждение высшего профессионального  образования 
«Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н.Ельцина» 

 
  
 
 

ДОКЛАД

по инфраструктуре нововведений 

Тема: «Инновации в промышленности» 
 
 

Студент группы: Фт38072

Мартьянов Евгений Валерьевич 

Преподаватель:

Колоколов Алексей Сергеевич 
 

Екатеринбург

 2011 г.

Содержание

Инновации в промышленности 3

I. 3

Алмазы, легкие, воздушные 3

«Металические» ткани 4

Кремниевые нанокристаллы 5

Роботизированные морские дворники 5

Экстремальная резина 6

II. 6

Нанолазер 6

Чернее черного: Наномрак 8

Строительный микроб 8

Живое плюс неживое 9 
 

 

Инновации в промышленности

Стараниями всадников  научно-технического прогресса мир  постоянно меняется. Удобряя его различными новинками, рыцари прогресса делают жизни одних людей проще, давая им насладиться моментами лени покоя, других – интереснее, в зависимости от введенного в обиход продукта. И большинство людей не интересует откуда эти продукты берутся. А ведь прежде чем получить что-то новое, нужно предпринимать новые действия, чаще всего, используя новые инструменты. Эти действия и инструменты называются инновациями в промышленности.

Промышленные  инновации можно условно разделить  на два вида: оптимизирующие и радикальные. Первые позволяют производить продукты совершенно нового типа, вторые – ускорить, упростить, снизить затраты ресурсов на производство, отходы после него или улучшить свойства готового продукта, увеличить КПД (это касается, в основном, энергетики).

I.

Алмазы, легкие, воздушные

Так, например, к  инновации второго типа можно  отнести разработанный учеными алмазный аэрогель.

Аэрогели – класс материалов, открытый совсем недавно и отличающийся целым рядом удивительных свойств – высокой твердостью и жаропрочностью, рекордной низкой плотностью и теплопроводностью. В общем-то, они представляют собой гели, только роль жидкости в них исполняет газ. Аэрогели на основе различных веществ уже успели найти себе применение: они используются в качестве «губки», улавливающей космическую пыль в составе космических зондов, в качестве газовых и жидкостных фильтров и даже в качестве взрывчатого вещества. Но это только начало: считается, что замечательные свойства аэрогелей в будущем сделают их очень популярными в огромном количестве областей.

Аэрогелям посвящена и новая работа американских исследователей, которым впервые удалось получить подобный материал на основе алмаза. Для этого авторами была сконструирована миниатюрная наковаленка из пары противолежащих алмазов – крохотный образец материала между ними может сжиматься под огромным давлением, до 3 млн атмосфер и даже выше. (К слову, такие условия существуют в раскаленных глубинах планет, где создаются материалы, невозможные при привычных нам условиях.) Прозрачные алмазы наковаленки позволяют лазерному лучу свободно проникать до образца и, фокусируясь на нем, параллельно нагревать его до тысяч градусов.

В таких условиях и был получен алмазный аэрогель, материал с крайне малой плотностью – всего 40 мг/см3, т.е. примерно в 40 раз плотнее воздуха. При температуре 1230 ОС и 200 тыс. атмосфер обычный аэрогель из атомов углерода, заполненный неоном, меняет свою структуру. Частицы углерода выстраиваются в кристаллическую решетку, характерную для алмаза – появляется новый материал.

Необычное сочетание  свойств нового материала, по мнению его создателей, позволят применять  его, в частности, при производстве сверхточной оптики. Из нового материала можно будет делать великолепные просветляющие покрытия для различных оптических систем — от биноклей до телескопов. Также алмазный аэрогель может пригодится в биоинженерии, физических опытах и так далее. В дальнейшем, используя отработанную технику, авторы инновации намерены создать и другие необычные формы алмаза.

«Металические» ткани

Туда же можно  отнести новый метод металлизации текстильных материалов. Ионно-плазменное распыление позволяет производить  синтетические ткани с прекрасным металлическим блеском «металлик». При этом на поверхности ткани осаждается тонкая пленка настоящего металла или сплава, придающая тканям благородный и оригинальный оттенок, например, перламутровый, титановый, или металлический блеск нержавеющей стали, золота, серебра, алюминия, бронзы и т.п. Поскольку обработка тканей происходит в мягких условиях так называемой низкотемпературной плазмы — ткань сохраняет мягкий гриф, воздухо- и влагопроницаемость, драпируемость, прочностные характеристики.

Металлический слой существенно уменьшает удельное поверхностное электрическое сопротивление  тканей, что придает им прекрасные антистатические свойства. Такие  ткани совершенно не электризуются  при носке и не накапливают  электрический заряд. Более того, разработанный способ позволяет  изготавливать и электропроводящие  ткани, т.е. ткани, способные проводить  электрический ток, что, позволяет  использовать их в качестве гибких электропроводящих элементов, способных  паяться, что особенно актуально  при создании т.н. smart-текстиля.

Напыление на текстильный  материал тонкого слоя серебра придает  материалу хорошие бактерицидные  свойства. Это может быть весьма актуально для изготовления постельного  белья для ожоговых центров и  родильных домов.

 Специально  подготовленные металлизированные  ткани и нетканые материалы  обладают хорошим экранирующим  эффектом и обеспечивают защиту  человека и техники от воздействия электромагнитных полей и инфракрасного излучения. Отражающая способность металлизированных тканей по отношению к видимому и инфракрасному излучению может быть существенно улучшена предварительным каландрированием тканей.  Основными областями применения данного метода в производстве являются:

• Использование метода при создании деталей военного снаряжения для снижения заметности в приборах ИК- и радио- диапазонов.
• Защита компьютерных систем и электронных систем управления от попадания ложных сигналов, изготовление защитных устройств для предотвращения утечки информации из служебных помещений.
• Изготовление элементов спецодежды для рабочих горячих цехов, а также для пожарных.
• Изготовление специальных взрывобезопасных фильтров для угольных шахт и предприятий пищевой промышленности.
• Изготовление материалов, не допускающих накопление статического электричества: шторы «чистых комнат», операционных, спецодежда персонала, работающего в электронной промышленности.
• Изготовление теплоотражающих покрытий на жаростойких стекло-, кремнеземных и базальтовых тканях, используемых в качестве тепловой изоляции.

Кремниевые  нанокристаллы

Технологию, позволяющую  снизить затраты ресурсов открыли  ученые из немецкого Института физики микроструктур имени Макса Планка. Они создали новый метод производства кремниевых нанокристаллов, которые используются для нужд оптоэлектроники и устройств хранения информации.

До недавнего  времени для изготовления светодиодов  и подобных им устройств применяли арсенид галлия, фосфид иридия и другие подобные соединения. Однако несколько лет назад выяснилось, что для подобных целей подходит кремний - основное сырье при производстве микросхем. Дело в том, что у кремния на макро- и наноуровне различные оптические свойства. Это означает, что кремниевая пластинка с многочисленными нанопорами может светиться точно так же, как пластинка из арсенида галлия. Использование кремния в оптоэлектронике выгодно, прежде всего, из-за дешевизны и доступности этого материала, а также из-за возможности производить излучающие устройства и чипы на одной подложке.

Большинство созданных  в последние годы технологий обработки  поверхности кремния на наноуровне не позволяли ученым создавать излучающие устройства необходимого качества. Только теперь группа Маргита Захариаса из Института физики микроструктур Макса Планка в Халле (Германия), добилась цели. Ученые разработали и защитили патентом эффективную и сравнительно дешевую технологию "выкраивания" нанокристаллов кремния на четырехдюймовых подложках.

Немецким ученым удалось создать многослойные структуры  на основе так называемых "сверхрешеток" - структур из аморфных слоев соединений кремния. Их нагревают в азоте до 1100 градусов Цельсия, в результате чего образуются сверхтонкие слои оксида кремния. Впоследствии они разделяются на нанокристаллы из чистого кремния и структуры из аморфного SiO₂. Такая технология, по мнению разработчиков, делает возможным относительно недорогое производство высокоплотных структур из кремниевых кластеров нанокристаллов.

Недавно STMelectronics и Motorola сообщили об успешном использовании подобной технологии для создания светодиодов (LED) и микросхем памяти.

Роботизированные морские дворники

Protei («Протеи») – множественное число от имени древнегреческого морского божества, сына Посейдона. Таким необычным образом назвали свой проект энтузиасты, ведущие разработку роботизированных кораблей для чистки поверхности воды от нефтяных загрязнений. В отличие от существующих (и, увы, не слишком пока эффективных) аналогов, аппараты Protei не улавливают нефть расположенными впереди пилонами, а поглощают тянущимся позади «хвостом», заполненным специальным адсорбентом.

В идеале, такие  кораблики будут полностью автономны и двигаться смогут, полагаясь, в основном, на силу ветра (имея, впрочем, и двигатель в запасе). Главное, чего хотят добиться разработчики – это дешевизна и надежность системы. Protei должны выдерживать бури, быть практически вечными, непотопляемыми и легкими в производстве с тем, чтобы целый флот этих суденышек можно было оперативно развернуть в месте аварии.

Экстремальная резина

Новая структура  из нанотрубок, напоминающая переплетение лиан в джунглях, обладает теми же упругими свойствами, что и обычная резина – но температурный диапазон ее устойчивости вчетверо шире.

Трудно даже перечислить все сферы, где используется сегодня резина. А между тем, даже школьникам известно, что она представляет собой продукт, впервые созданный  по чистой случайности. Интересно, что  и на этот раз открытие было сделано  во многом случайно. 

Резина сохраняет  свои вязкоупругие свойства в довольно внушительном диапазоне температур, в среднем, от -55 до 300 °C. Но для ряда современных приложений и этого недостаточно – тут-то на помощь и придет новый наноматериал, температурный диапазон которого вчетверо шире. Японские исследователи, получившие его, показали, что материал сохраняет упругость в пределах от -196 до 1000 °C. 

Вообще ученые занимались исследованием свойств  несколько иных наноразмерных структур, представляющих собой «лес» из параллельных нанотрубок, и новый материал действительно стал почти случайным побочным результатом их работы. Такой «лес» получается, как и обычный, в процессе роста нанотрубок, и, подбирая оптимальные для его роста катализаторы, ученые в какой-то момент получили углеродную наноструктуру не столь упорядоченную, которую уместнее сравнить с переплетением лиан в джунглях. 

Заинтересовавшись ее свойствами, исследователи обнаружили, что она обладает той же вязкоупругостью, что и обычная резина – однако, в отличие от нее, не замерзает при сверхнизких и не плавится при высоких температурах. По мнению ученых, эта особенность связана с эффективным рассеянием излишней энергии за счет множества взаимных связей между углеродными нитями.

II.

Нанолазер

Радикальной инновацией можно назвать созданный американскими учеными нанолазер. Размер излучающего тела в новом лазере составляет 44 нанометра. Естественно, для резки металла такой лазер вряд ли будет пригоден. Но его размер позволит встраивать его в наноразмерные оптические схемы, управляющее поведением световых волн подобно тому, как современные микропроцессоры и микросхемы управляют электронами.