Bsm818.ru

БСМ 818
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Нанотехнологии для производства кирпичей

Нанотехнологии современности: пищевая промышленность

Рубрика: 14. Общие вопросы технических наук

Опубликовано в

Статья просмотрена: 8924 раза

Библиографическое описание:

Семячкина, Ю. А. Нанотехнологии современности: пищевая промышленность / Ю. А. Семячкина, А. Я. Клочков. — Текст : непосредственный // Технические науки: традиции и инновации : материалы I Междунар. науч. конф. (г. Челябинск, январь 2012 г.). — Челябинск : Два комсомольца, 2012. — С. 166-167. — URL: https://moluch.ru/conf/tech/archive/6/1597/ (дата обращения: 12.10.2021).

В настоящее время наука нанотехнология динамично развивается, набирая обороты. Методы изучения и управления материей на молекулярном уровне для производств материалов совершенствуются, у устройств и систем появляются новые технические, функциональные и потребительские свойства.

Нанотехнологии вошли в повседневный быт. Электроника, медицина, косметология, строительство, – отнюдь не полный перечень применения данных технологий на уровне обывателя.

Анализируя статьи, изданные в Америке и Европе в 2011 году, можно сделать вывод, что в данный момент наиболее активно внедряются и изучаются нанотехнологии в таких сферах, как стоматология и пищевая промышленность.

Рассмотрим подробнее применение нанотехнологий в пищевой промышленности.

В связи со снижением у целого поколения людей энергозатрат, чем мы обязаны сидячему образу жизни, в несколько раз, возникла необходимость перехода на качественно новую еду, которая будет поддерживать физическое состояние человека «в форме». Такую «наноеду» ученые называют «функциональными продуктами питания». [1]

«Функциональная» еда – это натуральные мясные протеины и пептиды, которые, по сути, являются самым характерным примером высокотехнологичной еды нового поколения.

Издание «Деловой Петербург» в материале Светланы Хорошевой приводит следующие строки: «Применение в основных продуктах питания наночастиц таких микроэлементов, как железо, цинк, фолиевая кислота или витамин А, может предотвратить или решить проблему неполноценного питания. Главное условие — чтобы применяемые наноматериалы не вызывали сомнения по части своей нетоксичности как для человека, так и для окружающей среды, и чтобы они были доступны для социально незащищенных групп населения». [2]

Не секрет, что широкое распространение и общественное признание достижений нанотехнологий сдерживаются опасениями, обусловленными возможным наличием у наночастиц и наноматериалов потенциально неблагоприятных эффектов для здоровья человека.

В настоящее время в НИИ питания РАМН проводится комплекс исследований по оценке безопасности важнейших с позиций перспектив их использования в пищевой промышленности наноматериалов в экспериментах на лабораторных животных при пероральном пути поступления [3]. Спектр изучаемых показателей постоянно расширяется.

Проведенные исследования показывают, что содержание различных видов наночастиц диоксида титана в пищевых продуктах, материалах, контактирующих с пищевыми продуктами, косметических изделиях и другой подобной продукции должно стать предметом гигиенического нормирования, так как в определенных дозах оказались токсичными для животных.

Впрочем, наночастицы аморфного диоксида кремния (кремнезѐма), которые могут использоваться в качестве пищевой добавки или компонентов БАД к пище, не оказывали отрицательного воздействия на организм животных, которое могло бы быть интерпретировано как неблагоприятное. Можно предположить, что наноразмерный диоксид кремния обладает, по-видимому, весьма низкой токсичностью, в отличие от наночастиц диоксида титана.

Нанотехнологии также предоставляют уникальные возможности по контролю качества и безопасности продуктов в процессе производства. Диагностика сприменением различных наносенсоров, способствует быстрому и надёжному выявлению в продуктахзагрязнений или неблагоприятных агентов.

К слову, совет директоров РОСНАНО на очередном заседании принял решение о финансировании инвестиционного проекта по созданию в России предприятия, выпускающего инновационные формы натуральных биологически активных веществ, антиокислителей (антиоксидантов), красителей и консервантов, позволяющих снизить себестоимость конечной продукции в пищевой, косметической и фармацевтической отраслях. [4]

Читайте так же:
Поддоны для кирпича футляры

Значит, и сфера применения нанотехнологий в пищевой промышленности будет расширяться и развиваться в России.

Статья «Нанотехнологии могут решить проблему неполноценного питания», журнал «Деловой Петербург» [Электронный ресурс] Режим доступа: http :// www . dp . ru / a /2009/02/05/ Nanotehnologii _ mogut _ reshi ? Font = miinus

«Современные данные о токсичности наноматериалов, используемых в пищевой промышленности» — материалы секции «Контроль содержания и безопасности наночастиц в продукции сельского хозяйства и пищевых продуктах» Москва, ноябрь 2010 г.

Статья «Итоги очередного заседания Совета Директоров РОСНАНО», журнал « N anonewsnet» [Электронный ресурс] Режим доступа: http :// www . nanonewsnet . ru / news /2011/ itogi — ocherednogo — zasedaniya — soveta — direktorov — rosnano -6

Усиление металлических и каменных конструкций углеволокном

Нетрадиционный способ усиления строительных конструкций появился благодаря такому высокотехнологичному изобретению, как искусственное углеродное волокно (углеволокно) .

Это высокопрочный, высокомодульный, линейно упругий материал. Он применяется в виде холстов (wraps), а также лент или ламинатов (laminats). Усиление углепластиком относят к внешнему армированию, поскольку материалы крепятся на конструкции с помощью монтажного клея (эпоксидного, эпоксиполиуретанового или полимерцементного). Они эффективно реагируют на приращение деформаций конструкции, в них возникают большие приращения усилий.

Монтажу холста или ленты из углеволокна обычно предшествует очистка поверхности металлоконструкции (например, пескоструйная обработка) и нанесение адгезионного слоя — монтажного эпоксидного клея. Холсты или ленты из углеволокна устанавливаются симметрично относительно центра тяжести сечения, однако возможно их несимметричное расположение при восстановлении сечения, поврежденного коррозией.

Внешнее армирование из углеволоконных материалов гораздо эффективнее традиционных способов усиления каменных столбов, пилонов, простенков с помощью стальных обойм. Элементы внешнего армирования из углеволокна дают возможность в широких пределах регулировать усилия в каменной конструкции и при этом сводить к минимуму нарушения ее целостности. Современный способ усиления стен с помощью углеволоконных холстов и лент позволяет избежать установки точечных анкеров, вовлечь больший объем материала в работу отдельного элемента, реализовать имеющиеся резервы конструкции, при этом бережно отнестись к неповрежденным участкам.

Какие достижения демонстрируют опыты с нанотехнологиями в ЛКМ

В первую очередь применение нанотехнологий в ЛКМ-перомышленности касается выпуска новых видов красок с измененными в лучшую сторону свойствами. В мире уже существуют компании, занимающиеся выпуском нанопродукции на рынок – например, немецкий концерн Caparol, делающий фасадные краски с нанокварцевой решеткой. Такие краски дают покрытие повышенной прочности, низкой загрязняемости и в то же время высокой паропроницаемости.

Фасадные краски нового поколения от Caparol сочетают в себе качества двух-трех видов прежних красок. Особенность продуктов Caparol состоит в том, что пигменты, входящие в состав краски, модифицируются в нанодиапазоне и становятся способными устранять инородные частицы (попросту грязь). Благодаря этому свойству краски фасад остается чистым практически вечно. Кроме того, такое покрытие мало подвержено выцветанию и воздействию ветра и влаги.

По всему миру организованы исследовательские лаборатории, изучающие свойства наночастиц и последствия проникновения на этот уровень вещества. На сегодняшний день точно известно, что опасности для здоровья человека нет, однако изучение экологических свойств наночастиц продолжается.

Прежде всего, ученых интересует влияние модифицированных лакокрасочных материалов на самочувствие непрофессионалов – простых обывателей, которые используют ЛКМ для бытовых нужд: наночастицы могут проникать внутрь организма через дыхательные пути, поры кожи, слизистую оболочку глаз.

Заметного вредного воздействия наночастиц пока открыто не было, однако специалисты настоятельно рекомендуют работать в очках, перчатках и специальных производственных респираторах, способных задерживать наночастицы, а также воздержаться от приема пищи на рабочем месте.

Читайте так же:
Керамический кирпич виды свойства

Несмотря на возможные ограничения в процессе работы, нанотехнологии являются желанным гостем в сфере производства лакокрасочных материалов.

Боевые нанотехнологии Разработка нанотехнологий во всем мире приобретает все более военизированный характер

В последнее время тема нанотехнологий становится все более популярной в зарубежных и отечественных СМИ. Утверждается, что именно технологии, ориентированные на атомную сборку молекул, в ближайшем будущем приведут к кардинальному измению способов ведения вооруженной борьбы. Однако появление действительно прикладных наноразработок в военной сфере возможно не раньше, чем через 25-45 лет. В настоящее время нанонаправление характеризуется исключительно теоретическими открытиями и безграничностью фантазий ученых, военных и политиков.

Идею создания новых материалов и объектов за счет компоновки отдельных молекул и атомов обычно возводят к знаменитой лекции известного физика Ричарда Фейнмана «Там внизу — много места», прочитанной еще в 1959 году. Тогда она была воспринята как фантастический рассказ. А предложение Фейнмана премировать одной тысячей долларов (большой по тем временам суммой) того, кто сможет разместить моторчик в кубике с длиной граней 0,4 миллиметра или уменьшить текст в 25 тысяч раз, назвали «шуткой гения».

Сейчас, по прошествии более 45 лет, ученые называют Фейнмана отцом нанотехнологий, хотя это слово впервые употребил в 1974 году японец Норе Танигучи, который понимал под этим термином любые субмикронные технологии.

Современный вид наноидеи начали приобретать в 80-е годы XX века в результате работ Эрика Дрекслера, которые также поначалу воспринимали как научную фантастику. Сам термин «нанотехнология» стал популярен именно после выхода в свет знаменитой книги Дрекслера «Машины творения». Американский ученый стал использовать термин молекулярная нанотехнология (МНТ), или молекулярное производство, для установления различий с подходами Норе Танигучи.

В 1984 году в швейцарских лабораториях компании IBM были изобретены супермощные микроскопы, или так называемые «наноскопы», которые позволяли не только наблюдать атомы, но и специальными «нанопинцетами» изменять их построения в молекулах.

Японский физик Сумио Иидзима, последователь Норе Танигути, в 1991 году создал нанотрубки — первый в мире наноматериал. Их диаметр составлял 20, а длина — около 100 нанометров. Наноизделия состояли из 103-106 атомов. Сейчас Япония является мировым лидером по созданию наноматериалов.

Нанотехнология — это технология объектов размерами 10 -7 — 10 -9 метра (атомы, молекулы). Она включает атомную сборку молекул, изучение их качеств, новые методы записи и считывания информации, локальную стимуляцию химических реакций на молекулярном уровне и другое.

С начала 90-х годов XX века натонехнология стала развиваться как новая и перспективная отрасль. По прогнозам Национального фонда науки США, к 2015 году годовой оборот рынка нанотехнологий достигнет одного триллиона долларов. Сегодня ежегодное государственное финансирование исследований и разработок в этой области составляет в США 800 миллионов долларов, в ЕС — 750 миллионов долларов, в Японии — до 500 миллионов долларов, в Китае — более 100 миллионов долларов.

Большая часть инвестиций в нанотехнологии осуществляется в интересах военных ведомств. К примеру, Пентагон ежегодно получает от 425 до 450 миллионов долларов на реализацию нанопрограмм.

Читайте так же:
Как выбрать забутовочный кирпич

В середине 1990-х годов Пентагон включил нанотехнологии в список шести стратегических областей фундаментальных исследований, что предопределило стабильное финансирование данной научной области на долгосрочный период.

В 2000 году президент Билл Клинтон объявил о начале реализации «Национальной нанотехнологической инициативы», и под программу стали интенсивно выделяться достаточно большие средства. В период с 2005 по 2008 годы на изыскания в этой области США выделили около 3,7 миллиарда долларов (включая и гражданские проекты).

В 2004 году был составлен обновленный стратегический план «Национальной нанотехнологической инициативы», рассчитанный на период до 2015 года.

Он предусматривает финансирование следующих направлений: фундаментальные нанометрические явления и процессы; наноматериалы; нанометрические устройства и системы; исследование контрольно-измерительных приборов, метрология и нанотехнологические стандарты; производство наноизделий; создание специализированных лабораторий для проведения исследований и приобретение контрольно-измерительной аппаратуры.

Особую роль в достижении поставленных целей играет созданный на базе Массачусетского технологического института Институт военно-прикладных нанотехнологий. Институт занимается разработкой экипировки и вооружения в рамках семи проектов, каждый из которых посвящен повышению возможностей «солдата будущего». Среди первых опытных образцов, созданных в рамках одного из проектов, необходимо отметить боевой бронежилет толщиной несколько миллиметров. Такая «динамическая броня» будет содержать сложные наномолекулярные соединения, благодаря которым новая форма будет одновременно совмещать в себе бронежилет, а также экзоскелет и универсальное медицинское оборудование.

Для повышения жесткости костюма к нановолокнам добавляются наночастицы, которые соединяются между собой и упрочняют общую структуру. Кроме того, добавление различных наночастиц к нановолокнам позволит изменить электропроводность. Таким образом, существует возможность создания отдельных проводящих участков костюма, обеспечивающих связь расположенных внутри него сенсоров с управляющей системой и передачу энергии к наноактюаторам экзоскелета.

Компания NanoTriton ведет разработку новых материалов на основе нескольких полимеров, которые позволят защитить военнослужащего от пуль и осколков. В настоящее время ведутся разработки в направлении создания энергопоглощающих полимеров на основе жидких кристаллов. Ключевыми материалами для перспективного костюма военнослужащего будут нановолокна на основе полиуретана, а также нанополимеры.

Ведутся научно-исследовательские и опытно-констукторские работы (НИОКР) в области создания нанокерамических материалов. В частности, при использовании наноструктур из карбида кремния удалось в три раза повысить жесткость материалов по сравнению с обычными изделиями из этого материала. На их основе выпускаются различные покрытия, в частности NanoTuf, которое состоит из наночастиц в растворе и в несколько раз увеличивает прочность пластика.

Кроме того, Пентагон ежегодно выделяет компании Inframat Corp. около двух миллиардов долларов в год на исследования «нанокраски», которая позволит менять цвет наподобие хамелеона, а также предотвратит коррозию и сможет «затягивать» мелкие повреждения на корпусе машины.

Ученые, которые занимаются созданием нанооружия, утверждают, что благодаря потенциалу наносборки и молекулярного конструирования станет возможным создание невидимых видов вооружения, которое будет в десятки раз мощнее обычного оружия. Оно будет напоминать облако пыли, способное взорвать любой объект, в том числе и подземный.

По мнению ряда зарубежных военных специалистов, разведка местности с помощью «умных молекул» станет возможна уже через 7-10 лет. Облако «умной пыли» будет состоять из пылинок, представляющих собой часть системы наблюдения и анализа. Среди них будут видеокамеры с возможностью передачи информации, каналы связи, узлы обработки разведданных. Такой разведцентр, напоминающий небольшое дымное облако, должен самостоятельно перемещаться и обладать высокой степенью живучести и защищенности.

Читайте так же:
Nexus 7 2012 восстановление кирпича

Несмотря на широкое распространение информации о достижениях США в области нанотехнологий, теоретические наработки, принципы создания новых материалов и практические результаты их исследований держатся в строжайшем секрете. По мнению американских военных специалистов, технологический прорыв в области нанотехнологий предоставит США небывалые военно-политические преимущества как над предполагаемым противником, так и над своими союзниками.

Израиль

Израильские специалисты работают над несколькими военными проектами, в которых предполагается использование нанотехнологий. Один из самых амбициозных — боевой робот-шершень.

Предполагается, что такой летательный аппарат будут использовать для обнаружения и уничтожения противника на поле боя, в первую очередь в районах жилой застройки. Шершень планируется оборудовать видеокамерой, которая позволит передавать картинку на пункт управления войсками, также он сможет нести на себе заряд взрывчатки.

Помимо боевых нанороботов, израильские ученые разрабатывают систему микродатчиков, которые можно будет разбрасывать на территории противника, чтобы с их помощью в режиме реального времени получать всевозможную информацию о происходящем на месте.

Также в Израиле идут исследования, направленные на создание новых видов индивидуальной защиты военнослужащих. Ученые создают легкий и суперпрочный материал для производства специальной одежды для бойцов, которая призвана заменить тяжелые бронежилеты. В настоящее время в городе Кирьят-Гате построен завод стоимостью более 3,5 миллиарда долларов для разработки и производства подобных материалов.

Великобритания

Наиболее интересным нанопроектом в Великобритании является MFI (Micromechanical Flying Insect — механическое летающее насекомое). В рамках программы предполагается создание микроробота-шмеля. Доктор Джон Баркер, профессор Центра исследований в области наноэлектроники в Глазго, уже создал математическую модель процесса собирания микроустройств в стаи и обмена информацией между ними для совместных действий.

Ведутся разработки моделей боевого применения групп MFI в различных видах боя. Планируется, что себестоимость таких насекомых составит около 10 центов, а производить их будут так называемые «нанофабрики» прямо на поле боя.

Китай

В настоящее время в Китае насчитывается около 800 компаний, занимающихся внедрением нанотехнологий, и более 100 научно-исследовательских лабораторий. Характер их работы традиционно остается закрытым. Однако не исключено, что большинство из них ориентировано на удовлетворение нужд оборонно-промышленного комплекса. Наибольший интерес у китайских военных вызывают микрочипы, способные повышать живучесть личного состава при применении противником оружия массового поражения.

Россия

Для реализации различных проектов в области нанотехнологий в России создана госкорпорация «Роснанотех», разработана «Стратегия развития нанотехнологической отрасли». Согласно этому документу, на развитие «наноиндустрии» к 2015 году будет выделено 180 миллиардов рублей. Освоение средств возложено на «Роснанотех», работающий под контролем правительства. При этом «Роснанотех» выведен из-под действия закона о банкротстве. Таким образом, созданы оптимальные условия для реализации нанопроектов.

Основными направлениями исследований российских ученых являются создание высокопрочных материалов (в частности, «жидкая броня»), мощных энергоисточников («аморфный кремний», над которым работает НПП «Квант»), невидимых и меняющих цвет нанообъектов, наноматериалов для униформы военнослужащих, новой защиты от оружия массового поражения и других.

Нанотехнологии для ЛКМ

ЛКМ по существу являются взвесями частиц пигментов и других компонентов в жидких плёнкообразующих веществах. Уменьшение взвешенных частиц до наноразмеров создаёт возможность более лёгкого и плотного заполнения микронеровностей окрашиваемой поверхности. Значительно улучшаются адгезионные и прочностные характеристики лакокрасочного покрытия. Исключается необходимость предварительного грунтования.

Строго говоря, использование наноуровня в работе с лакокрасочными материалами не вполне соответствует общепринятым в науке и технике представлениям о нанотехнологиях. Тем не менее, лаки и краски, имеющие в своём составе наряду с основными компонентами какие — либо наноструктуры, а также образующие покрытия толщиной в пределах наноразмеров, носят название нанолакокрасочных материалов (НЛКМ).

Читайте так же:
Марка кирпича для коттеджа

Это направление в производстве и применении НЛКМ интересное и открывает новые перспективы в использовании их необыкновенных свойств.

Что такое нанопроводники

Никола Тесла заценил бы такие открытия

Исследователи Северо-Западного университета (США) выяснили, как создать электрический проводник на наноуровне. Этот проводник представляет собой твердую и прочную наночастицу, которая может быть настроена на передачу электрического тока в различных противоположных направлениях. Исследование показывает, что каждая такая наночастица способна эмулировать работу «выпрямителя тока, переключателей и диодов». Каждая частица толщиной 5 нанометров покрыта положительно заряженным химическим веществом и окружена отрицательно заряженными атомами. Подача электрического разряда реконфигурирует отрицательно заряженные атомы вокруг наночастиц.

Потенциал у технологии, как сообщают ученые, небывалый. На ее основе можно создавать материалы, «способные самостоятельно изменяться под определенные компьютерные вычислительные задачи». Использование этого наноматериала позволит фактически «перепрограммировать» электронику будущего.

Аппаратные обновления станут такими же легкими, как и программные. Помимо этого, нанопроводник имеет и другой потенциал использования и может стать своеобразным трехмерным мостом между различными технологиями. Благодаря тому, что его совместимость может быть запрограммирована, он обладает удивительной адаптивностью.

Методы снижения воздействия нанотехнологий на экологию

Наночастицы (липосомы, нанокристаллы, мицеллы и другие) используют для повышения эффективности лечения многих заболеваний, в том числе гепатита, рака молочной железы, шизофрении. Но при этом, например, длительное применение антибактериальных средств с наночастицами серебра может стать причиной аргироза.

Проверка возможных рисков

Для любой используемой нанотехнологии должна быть произведена всесторонняя оценка безопасности с учетом свойств и специфики исследуемых частиц.

Последствия взаимодействия многих наноразмерных частиц с химическими и органическими элементами непредсказуемы. Поэтому перед началом массового выпуска нового продукта производителю нужно изучить, как именно он влияет на окружающую среду и здоровье человека. При исследовании должен быть рассмотрен весь цикл существования наноматериала — от его разработки до утилизации. Также следует убедиться в том, что для производства инновационного продукта используются максимально безопасное сырье, методы и приборы.

Продукт не должен реализовываться на рынке до окончания проверки его характеристик и свойств. Для этого государственным органам необходимо позаботиться о внедрении механизмов контроля за безопасностью нанотехнологий.

Контроль за наноматериалами

Действующее законодательство не позволяет контролировать наноматериалы, количество разновидностей которых растет с каждым годом. Требуется разработать нормативную базу, в которой будут учтены все важные особенности нанотехнологий: химические и физические свойства, уровень токсичности для человека и природной среды.

В регламент по изучению влияния наночастиц на экологию нужно включить такие пункты как:

разработка методов обнаружения и количественного измерения наноразмерных частиц в окружающей среде и продукции;

изучение изменения свойств наночастиц под действием различных факторов, в том числе при нагревании, охлаждении, длительном хранении;

выяснение времени естественного очищения природной среды от наноразмерных частиц.

Общие регулирующие системы в области производства инновационных продуктов нужно адаптировать для применения к наноматериалам и использовать до разработки специальных регламентов.

Как наноматериалы снижают экологический след строительства

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector