Нанотехнологии в строительстве

 

Федеральное агентство  по образованию

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального  образования

«Татарский государственный  гуманитарно-педагогический университет»

 

Специальность государственное  муниципальное управление

 

Реферат

По дисциплине Социальная инноватика

Тема: «Нанотехнологии в строительстве»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Казань 2010г.

Содержание

Интеллектуальные материалы  на Material Vision 3

Нанобетон 4

Сырье для наноцемента 5

Использование наноматериалов и нанотехнологий в строительстве 5

Светодиоды вместо ламп 6

Уральский нанотехнологический щит Родины 9

Уральские нанотехнологии — делами, а не словами 9

Фантастам и не снилось 10

Три «золотых проекта» для  Томской области стартуют в следующем 2008 году 12

Сверли по-новому 13

Бактерицидные стены 14

Нижегородские дороги перестроят по нанотехнологиям 16

Список литературы 17

 

 

 

 

 

 

 

Интеллектуальные материалы  на Material Vision

В павильоне «Форум» выставочного центра Франкфурта 23 ноября 2007г. завершила  свою работу третья выставка и конференция  Material Vision — Международная выставка материалов для разработки изделий, дизайна и архитектуры. В этом году был отмечен рост числа посетителей выставки по сравнению с прошлыми годами. В течение двух дней 2034 разработчиков изделий, дизайнеров и архитекторов из 27 стран ознакомились с новыми материалами и технологиями (в 2005 году число гостей выставки составило 1950 человек). Кроме Германии наибольшим количеством посетителей были представлены Нидерланды, Швейцария, Италия, Великобритания и Австрия.

Впервые выставка Material Vision прошла в рамках выставочной недели Nanotech+material Week Frankfurt, основными мероприятиями которой стали конференция по новым нанотехнологиям Nanotechnologieforum Hessen, «круглый стол» по химическим нанотехнологиям и демонстрационное шоу Nanosolutions. На состоявшейся 22 ноября конференции Material Vision около 60 производителей провели презентацию своих новейших разработок, для чего было отведено в общей сложности 2500 м2 выставочных площадей. В работе конференции приняло участие более 130 специалистов, среди которых были Тобиас Адами – руководитель проекта (Hannes Wettstein, Цюрих), Вилле Кокконен – научный разработчик (Artek, Хельсинки), дизайнер Дэмьен О'Салливан (Роттердам) и другие известные специалисты. Вел конференцию эксперт по материалам Крис Лефтери из Великобритании. Особый интерес вызвали лекции по новым материалам и их использованию в области разработки продукции, дизайна и архитектуры, которые были подготовлены представителями таких всемирно известных компаний, как 3M Deutschland, Evonik Degussa, Ticona, Robatex и Schreiner VarioLight. Еще одним знаменательным событием выставки Material Vision, уже во второй раз, стало вручение премий за лучшие дизайнерские разработки Design Plus Award, организованное Немецким дизайнерским советом. В общей сложности жюри выбрало около 30 видов продукции, получивших высокую оценку за использование инновационных материалов, оригинальный дизайн и интеллектуальную функциональность.

Победителями конкурса стали  представители Германии, Швейцарии, Турции, Нидерландов, Швеции и Бельгии. Всего на участие в конкурсе было подано 175 заявок от разработчиков из 20 стран. Применение нанотехнологий и наноматериалов в строительстве. Всё-таки это очень актуальная тема, если в мире непрерывно проводятся выставки, симпозиумы, конференции. Проводятся мириады исследований, на рынок непрерывным потоком выбрасываются всё новые и новые материалы и конструкции, новые технологии и процессы. Освоение их и практическое использование в самых различных отраслях экономики — актуальнейшая задача наших исследователей и учёных. Удачи и успехов им на этом пути!…

Нанобетон

Российские ученые создали  новый супербетон, который превосходит обычный по всем параметрам — сверхлегкий, особо прочный и стойкий к перепадам температур. Он в два-три раза удешевляет строительство новых объектов, а также может использоваться при восстановлении зданий — в тех случаях, когда традиционные технологии не работают. Новый бетон разработан с применением нанотехнологий. Специальные добавки — так называемые наноинициаторы — существенно улучшают его физические качества. Механическая прочность нанобетона на 150% выше прочности обычного, морозостойкость выше на 50%, а вероятность появления трещин в три раза ниже. Немаловажно и то, что вес конструкции, изготовленной из такого бетона, снижается примерно в шесть раз. Первые результаты при создании нового материала были получены еще в 1993 году питерским разработчиком Андреем Пономаревым. Затем работа велась группой ученых из разных городов. Сейчас в проекте участвует московский «Наноцентр» МЭИ, ООО «Нанотроника» и НПО «Синтетика-Строй» из Новочеркасска, НТЦ «Прикладные технологии» из Санкт-Петербурга. Со временем в проекте выделились два направления — создание новых материалов для восстановления разрушенных конструкций и для строительства новых зданий. Со своими разработками ученые вышли в финал Конкурса русских инноваций, который проводит журнал «Эксперт». На Западе тоже занимаются нанобетоном. Но, как рассказывает Владимир Мороз, председатель совета директоров НПО «Синтетика-Строй» и один из разработчиков нанобетона, только эти материалы при нанесении на железобетонную конструкцию (речь идет о восстановительных работах) заполняют все микропоры и микротрещины и полимеризуются, восстанавливая ее прочность. Если же арматура проржавела, новое вещество вступает в реакцию с коррозийным слоем, замещает его и восстанавливает сцепление бетона с арматурой. Есть и другие преимущества, среди которых более низкая цена наших материалов.

Сырье для наноцемента

Завод планируется построить  в течение трех лет. Разработчики новой технологии обещают, что выпускаемый  стройматериал будет на 40 процентов  дешевле обычного цемента. Трехстороннее соглашение о планах по строительству предприятия, производящего идентичный цементу стройматериал, было подписано на экономическом форуме в Сочи между главой республики Кирсаном Илюмжиновым, директором объединения ученых, разрабатывающих нанотехнологии Владимиром Морозом и президентом группы компаний, выкупившим новую методику выпуска цемента, Евгений Семечкиным. Называть конкретные сроки реализации проекта представители сторон пока не торопятся, так как новая технология проходит официальную процедуру сертификации. По словам Евгения Семечкина, Калмыкия выбрана не случайно — там богатые месторождения известняка, да и республиканские власти проявили большую заинтересованность в реализации этого проекта, выйдя на донских предпринимателей.

Использование наноматериалов и нанотехнологий в строительстве

Одноименная научно-практическая конференция состоялась 5—6 ноября 2007 года в г. Валенсия (Испания). В ходе работы конференции предполагается сформировать массив данных по наиболее перспективным проектам – в рамках программы EUREKA и особенно – в рамках подпрограммы EurekaBuild. И уже на базе этих данных будут выработаны рекомендации по проведению соответствующих НИОКР в области создания новых материалов – в интересах строительных фирм.

На конференции предполагается рассмотрели следующие вопросы:

= применение нанотехнологий в цемент-содержащих материалах;

= многофункциональные покрытия  на базе наноматериалов, применяемых в строительстве;

= материалы-датчики для  «умных» домов, обеспечивающие  функции безопасности и комфорта;

= применение нанокомпозитов в полимерных конструкционных материалах;

= использование нанотехнологий для создания энергосберегающих материалов.

Светодиоды вместо ламп

 Бывший президент США Джордж Буш подписал закон, согласно которому обычные бытовые лампочки будут практически полностью заменены на энергосберегающие в 2014 году. Но по мнению российских ученых, одним из самых перспективных направлений в освещении является внедрение светодиодов. Разработками этого направления в рамках госпрограмм занимаются в Соединенных Штатах, в Китае, в Японии, Корее, Австралии, на Тайване.

Александр Юнович

В России необходимо создание программы развития светодиодной промышленности, светотехнических устройств на основе светодиодов и применения этих устройств  в общем освещении, считает доктор физико-технических наук, профессор  МГУ Александр Эммануилович Юнович. По мнению профессора, светодиодное освещение — проблема глобальная, имеющая научное обоснование; ее решение будет иметь не только экономические, но и социальные последствия. Этой проблеме был посвящен его доклад «Современное состояние и тенденции развития светодиодов и светодиодного освещения» на выставке «Интерлайт 2007». Стенды выставки демонстрировали как готовую светотехническую продукцию (уличные светильники, светодиодные лампы с цоколем, гирлянды), так и светодиоды и компоненты для их изготовления. Больше половины участников выставки составили отечественные компании — больше половины выставленной ими продукции оказалась импортной. Часть электрической энергии, расходуемой на освещение, составляет в мире около 21% от общего количества потребляемой электроэнергии. Светодиод — это прибор, который с высоким коэффициентом полезного действия преобразует электрическую энергию в световую. Новые источники света, светодиоды, позволят сэкономить электроэнергию, оцениваемую миллиардами долларов, и решить часть экологических проблем, связанных с глобальным потеплением.

Исследования в области  светодиодов проводились еще  в начале 20 века: в 1907 году Дж. Раунд в Америке наблюдал электролюминесценцию в карбиде кремния, а позже, независимо от него, в 20-е годы Олег Владимирович Лосев открыл «эффект Лосева». В 1939 году О.В.Лосев написал, что это явление возникает на границе р и n областей. Эта статья опережала работы 1949 г. о р-n переходах и основанных на них транзисторах, за которые В.Шокли, Дж.Бардин и У.Браттейн получили Hобелевскую премию. Следующим важнейшим шагом в истории светодиодов стало открытие Жоресом Ивановичем Алферовым и его школой свойств гетеропереходов (Нобелевская премия 2000 г.). Гетеропереход — контакт двух различных по химическому составу полупроводников. Полупроводниковые структуры, имеющие несколько гетеропереходов, называются гетероструктурами. В 90-е годы японские ученые И.Акасаки, Х.Амано, Ш.Накамура добились значимых результатов в области изучения светодиодов на основе нитрида галлия. Физика, связанная с гетеропереходами, была использована в структурах с контактами нитрид галлия — нитриды индия/галлия и галлия/алюминия. «В этих приборах используются десятки слоев, толщина которых составляет несколько или десятки постоянных кристаллической решетки (постоянная решетки — это шаг размером порядка нанометров, при сдвиге решётки на этот шаг она совпадает сама с собой). Эти высокие технологии — нанотехнологии — обеспечили прорыв в создании сверхъярких светодиодов, они будут основой для светодиодного освещения», — отмечает Юнович.

Крупные капиталовложения в  фундаментальные научные исследования светодиодных наноструктур были сделаны в США, в Японии, в Европе. В конце 90-х годов эти вложения начали окупаться — была создана светодиодная промышленность, выпускающая миллионы светодиодов. С началом промышленного производства последовательно встали вопросы совершенствования светодиодных разработок. Исследования коснулись и внутреннего квантового выхода излучения в активном слое, и методов вывода излучения из кристалла. Решались и продолжают решаться задачи увеличения тока через один диод и уменьшения нагрева диодов, чтобы получить от одной светодиодной лампочки возможно больший световой поток. Рекордные значения коэффициента полезного действия — преобразования электрической энергии в световую энергию — достигли в лабораториях 60%!

 

Еще одна задача, стоящая  перед учеными и инженерами, —  получить при помощи светодиодов  белый свет, воспринимаемый человеческим глазом. Восприятие света человеческим зрением характеризуется световой отдачей, измеряемой в люменах (единицах светового потока) на ватт электрической  мощности. Лампы накаливания имеют  световую отдачу около 18 лм/Вт. Светодиоды белого свечения в промышленности достигли сейчас значений порядка 80 лм/Вт, т.е. уровня экономичных люминесцентных ламп. В  лабораториях получены значения световой отдачи до 150 лм/Вт; когда эти значения будут достигнуты в массовом производстве, белые светодиоды вытеснят обычные  лампы. «Тут возникли проблемы не только чисто физические, но и светотехнические проблемы светового восприятия человеческим зрением. Почти 70 лет отрабатывались люминесцентные лампы для того, чтобы их можно было широко применять. И до сих пор большинство предпочитает дома использовать лампы накаливания, а не люминесцентные. Как будет со светодиодами? Они имеют колоссальные возможности, но для массового их применения необходимы научные исследования и новые технологические разработки».

В целом реальные достижения в области светодиодов опережают  прогнозы на 5 — 6 лет, что добавляет  уверенности в их успехе. Настоящие  светотехнические устройства на основе светодиодов не будут похожи на наши лампы накаливания, — продолжает Юнович. Не обязательно ввинчивать светодиодную лампу в тот же цоколь, что и лампы накаливания, — «должны быть принципиально другие светотехнические устройства: и потолочные осветители, и настольные лампы, и внешние фонари». По словам профессора МГУ, компании, вложившие несколько лет назад большие средства в научные исследования, сейчас начинают получать прибыли от массового производства светодиодов. Когда общее освещение перейдет на светодиоды, эти прибыли увеличатся в сотни раз, убежден Юнович. По его словам, если вы вкладываете в 2002—2007 годах, то весомый результат следует ожидать в 2011—2012 годах. В России в 60—70—80-е годы были заложены не только возможности для развития светодиодной промышленности, но и основы нитридной технологии. В 90-е годы исследования и разработки благодаря энтузиастам не прекращались, но шли главным образом совместно с европейскими и американскими лабораториями. Профессор отмечает, что в России сейчас есть и научные коллективы, и промышленные фирмы, которые могут развивать исследования и разработки, необходимые для развития светодиодной промышленности. «Работы последних 10 лет в России по нитридным соединениям и светодиодам на их основе были обсуждены на 4-х всероссийских совещаниях и 5 российских конференциях. На них, кроме Санкт-Петербурга и Москвы, были представлены Новосибирск, Томск, Нижний Новгород, Казань, Орел. За последние годы академические и университетские организации стали получать не только инвестиции от различных фондов, но и финансовые вливания от правительства и промышленности. Исследования и разработки, посвященные светодиодам, в Физико-Техническом Институте им.А.Ф.Иоффе, в Московском Университете признаны не только у нас, но и на мировом уровне. Сейчас необходима подготовка научных, инженерных и технических кадров для светодиодной промышленности, издание научно-технической и учебной литературы по светодиодам». Физик подчеркивает, что для развития производства светодиодов и создания светодиодного освещения «недостаточно усилий отдельных фирм, необходима координация усилий и связей между различными институтами и компаниями, необходима государственная поддержка, которая осуществляется в Соединенных Штатах, в Китае, в Японии, Корее, Австралии, на Тайване». Светодиоды — основа освещения будущего, подводит итог профессор МГУ. Однако, для успешной реализации заложенного в светодиодах потенциала необходимо создание государственной программы научных исследований, технологических разработок, технических разработок светотехнических устройств и продвижения их на рынок.