Нанотехнологии. Правда и вымысел - Виктор Балабанов

Аналогичные исследования проводятся и другими конкурирующими фирмами. В 2006 году PPG создала собственный порошковый материал Clearcoat с характеристиками стойкости практически на уровне верхних значений для жидких красителей. С тех пор аналогичные покрытия быстро становятся стандартом в автомобильной промышленности.

В настоящее время компания PPG работает над самовосстанавливающимся лакокрасочным нанопокрытием, позволяющим осуществлять саморемонт царапин и мелких потертостей (матовых поверхностей), возникающих при повседневной эксплуатации автомобиля, за счет его тепловой активации (УФ-излучения).

Американская компания Nanovere также разработала одновременно устойчивую к царапинам и самоочищающуюся краску под названием Zyvere 2K Nanocoating, которая уже была испытана на переднем бампере автомобиля Cadillac CTS-V. При испытаниях автомобиль на некоторых участках трека разгонялся до 320 км/час, но загрязнений или появления царапин на бампере не наблюдалось.

Новое нанопокрытие из наночастиц диоксида кремния (SiO2) для кузовов автомобиля (может также применяться для окраски колесных дисков, самолетов или кораблей), как уверяют разработчики, на 53 % устойчивее к появлению царапин, а за счет самоочистки («эффекта лотоса») – на 60 % к образованию на нем различного рода загрязнений (грязь, пыль, масло, вода и лед).

Еще одно направление применения нанотехнологий – разработка, представленная нанотехнологами компании Nissan . Они придумали так называемое «парамагнитное» покрытие, представляющее собой уникальный полимер из частиц оксида железа.

Под воздействием электрического тока эти частицы меняют способность отражать свет, таким образом, меняется цвет автомобиля.

Цветовая гамма зависит от плотности частиц оксида железа и силы прилагаемого тока (подаваемого на них напряжения). Изменить цвет машины можно одним нажатием кнопки в любое время, в зависимости от настроения, погоды или времени суток. Например, в ночное время цвет автомобиля можно оставить белым, в снегопад или при интенсивном движении – красным, а при плохом настроении – темно-серым и т. д. Однако при выключенном зажигании окраска машины моментально примет свой исходный цвет – белый, что создаст определенные сложности по ее идентификации как самими владельцами (например, на парковке), так и службами автоинспекции. Предполагается, что «хамелеоны» от Nissan должны появиться в продаже уже в 2010 году.

При необходимости «нанопокрытие» сможет также заблокировать проникновение радиосигналов заданных частот в салон автомобиля для защиты от прослушивания со стороны каких-либо спецслужб или конкурентов.

В процессе эксплуатации автомобиля поверхность лакокрасочного покрытия неизбежно окисляется и повреждается, покрываясь царапинами, микротрещинами, сколами, рисками и т. д. Это результат механических повреждений, воздействий агрессивных веществ, солнечного излучения и перепадов температур.

Сохранить лакокрасочное покрытие кузова позволяют полироли и различные средства защиты. Наноструктурированные поверхности изменят существующий подход к очистке и уходу. Особое место среди них занимают современные разработки в области нанотехнологий, например нанополироли для лакокрасочного покрытия и остекления автомобиля, в том числе реализующие «эффект лотоса».

Интересные возможности открываются при сочетании чистящих средств и наноструктур. О некоторых препаратах автохимии, реализующих «эффект лотоса» и применяющихся для повышений качества лакокрасочного покрытия автомобиля, будет рассказано ниже.

Автомобильная нанополироль, реализующая «эффект лотоса», – это, как правило, двухкомпонентный препарат автохимии, состоящий из подготовительной жидкости (растворителя) и собственно полироли, представляющий собой смесь частиц наноматериала (алмаз, оксиды титана, кремния, вольфрама и т. д.) в специальной среде из растворителей и наполнителей. Предназначена она для оптической маскировки локальных потертостей и царапин, восстановления первоначального цвета и свойств лакокрасочного покрытия или остекления автомобиля, а также придания им самоочищающихся свойств.

В 2008 году японскими учеными была создана специальная полироль, полностью состоящая из жидкой неорганической стеклянной структуры, которая не только защищает автомобиль от царапин во время мойки, но и восстанавливает и сохраняет яркость и насыщенность цвета кузова. На поверхности кузова полироль образует защитную стеклоподобную пленку, которая надежно выдерживает действие различных кислот, грязи и обладает водоотталкивающими свойствами («эффектом лотоса»).

Выпускаются нанопрепараты двух видов для остекления автомобилей: специальные защитные водоотталкивающие пленки и двухкомпонентные полироли, состоящие из эффективных растворителей и собственно нанопрепарата.

На рис. 71 представлен механизм «самоочищения» стекла 4 автомобиля, обработанного специальными нанополиролями 1. Поверхность модифицирована таким образом, что капля воды 2 катится по ней, собирая грязь 3, тогда как на гладкой поверхности, наоборот, капля воды, сползая, оставляет грязь на месте.

Гидрофобное покрытие для остекления автомобиля в виде пленок уже используется в автомобильной промышленности при производстве серийных машин – оно наносилось на боковые стекла Nissan Terrano II. Подобное покрытие, хотя не создавало полноценного водоотталкивающего эффекта, но заметно уменьшало пятно контакта поверхности с каплями воды, благодаря чему во время дождя стекло оставалось достаточно прозрачным.

Рис. 71. Схема реализации «лотос-эффекта»: 1 – нанопокрытие; 2 – капля жидкости (воды); 3 – загрязнение; 4 – поверхность (стекло, краска, керамика и т. д.)

После такой обработки вода, снег и грязь не удерживаются на поверхности стекла, а уносятся встречным потоком воздуха, а попавшие на стекло битум, растительные смолы, масляная пленка, прилипшие насекомые и т. д. легко удаляются дворниками даже в самых тяжелых случаях. Ночная видимость становится существенно лучше, а встречный транспорт ослепляет гораздо меньше. В результате водоотталкивающего эффекта и более прозрачного стекла повышается активная безопасность на дороге. Одновременно снижаются расходы на новые стеклоочистители, так как они почти в два раза реже выполняют свои функции.

В настоящее время ведущими автохимическими концернами мира разрабатываются и выпускаются новые нанопрепараты автокосметики с использованием явления «лотос-эффекта», например «антидождь – нанозащита стекла» и «антигрязь – нанозащита шин».

В таблице 15 представлены некоторые препараты безразборного сервиса автомобиля на основе наноматериалов, имеющиеся в настоящее время в открытой продаже.

Таблица 15. Препараты безразборного сервиса автомобиля на основе наноматериалов

Мифы военных нанотехнологий

Нанотехнологии способны радикально изменить баланс сил, даже в большей степени, чем ядерное оружие.

Дэвид Джеримайя (David E. Jeremiah), бывший член Объединенного комитета начальников штабов США, 1995 год

Будучи премьер-министром, М. Е. Фрадков на одном из заседаний правительства как-то заявил, что о нанотехнологиях «половина сидящих в этом зале ничего не знает». По его словам, хотелось бы, чтобы над нанопроектами в России работали в таком же режиме, как над атомным проектом при Сталине. Потому как нанотехнологии в настоящее время – примерно то же, что атомная бомба полвека назад.

Пожалуй, самым первым фактом применения нанотехнологий в военных целях следует считать факт, открытый учеными Дрезденского технического университета (Германия) при исследовании образца дамасской стали (известной своей высочайшей прочностью), из которой в XVI веке была изготовлена сабля, хранящаяся в Историческом музее г. Берна (Швейцария). После травления поверхности образца металла в соляной кислоте исследователи обнаружили нитеобразные объекты нанометровых поперечных размеров (рис. 72, а).

При детальном изучении поверхности с использованием сканирующего туннельного микроскопа оказалось, что это многослойные углеродные нанотрубки, к тому же заполненные внутри цементитом – карбидом железа (Fe3C), обладающим очень высокой твердостью. Расстояние между слоями в исследуемых нанотрубках оказалось близким к типичному для таких систем – 0,34 нм.

Поскольку нанотрубки обладают рекордной прочностью на растяжение (модуль упругости приблизительно равен 1012 ТПа), не приходится удивляться тому, что входящие в состав дамасской стали углеродные нанотрубки обеспечивают материалу сабли столь высокие прочностные свойства. Достойна восхищения изобретательность средневековых кузнецов, которые, не имея представления ни о структуре, ни о способах получения нанотрубок, сумели эмпирическим путем создать конструкционный материал, отличающийся исключительными механическими характеристиками, а из него выковать непревзойденное по прочности холодное оружие. Истории известны случаи, когда воин, вооруженный таким оружием, мог с легкостью перерубить саблю противника.