Все новости от 24 октября 2004 г.

Наночастицы дают энергию и убойную силу

Молодая компания наладила производственный процесс по выпуску стабильных металлических наночастиц, состоящих всего из нескольких атомов. Уменьшая число атомов на частицу, можно более эффективно использовать природные свойства этих элементов в химических реакциях.

Для алюминия, например, это означает более мощные взрывы. Производители боеприпасов смогут создавать авиабомбы, которые меньше и легче обычных, но взрываются сильнее. А ракета на наноалюминиевом топливе быстрее достигнет конечной скорости. «Оно позволит развивать скорость полета до 8 М (число Маха), благодаря более высокой скорости сгорания топлива, — говорит главный научный сотрудник и соучредитель QuantumSphere Дуглас Карпентер. — Когда можешь выстрелить в кого-то быстрее, чем тот выстрелит в тебя, это всегда хорошо».

Наноникель, напротив, может стать заменителем платины и других дорогостоящих материалов в топливных элементах и каталитических дожигателях выхлопных газов. В результате на растущем рынке альтернативных источников энергии могут появиться более дешевые водородные топливные элементы для бытовых целей и для автомобилей. В первом квартале будущего года японские производители планируют выпустить водородные отопительные системы для домов. Оба металла могут применяться и в новых типах покрытий.

«Никель — это материал с очень разнообразными свойствами, — говорит СЕО QuantumSphere Кевин Малоуни. — Это прямой заменитель платины».

В число заказчиков QuantumSphere уже входят НАСА, ВВС США, ВМФ США и Ballard Power Systems.

Нанотехнология — наука о производстве изделий из молекул или компонентов размером меньше 100 нм — начала проникать на широкий рынок. Уже производятся или готовятся к выпуску брюки, детали велосипедов и запчасти для автомобилей с покрытием из наночастиц. Например, носки с наночастицами серебра убивают бактерии, устраняя запах.

В ближайшие десять лет могут появиться нанотехнологии для молекулярной самосборки элементов памяти или микропроцессоров.

Однако рынок наноматериалов будет трудным для входа и высоко конкурентным, считает Мэтью Нордан, вице-президент аналитической фирмы Lux Research, которая занимается изучением нанотехнологического бизнеса. Гигантские промышленные конгломераты и оборонные агентства, которые станут первыми заказчиками, тоже чрезвычайно консервативны.

Тем не менее интерес к нанотехнологиям растет. Например, General Motors экспериментирует с наноалюминием для производства фасонных металлических деталей. Сейчас такие детали изготавливаются из двух или более кусков металла, соединяемых при помощи заклепок. Изготовив единую деталь, GM сможет уменьшить трудоемкость и стоимость материалов.

Автолюбителям не надо бояться, что их машина взлетит на воздух. Благодаря специальному покрытию наноалюминий не взорвется. К тому же детали, полученные нанометодом, будут более легкими (что должно способствовать экономии топлива), так как при том же уровне прочности и долговечности материал содержит меньше металла.

Больше — не обязательно лучше
Нанокомпоненты малы по определению (средняя толщина человеческого волоса составляет 90 000 нм). Но именно это и приводит к многократному усилению известных свойств материалов или выявлению новых. Изменения в их поведении вызваны главным образом тем, что в химической реакции может участвовать сразу очень большое число молекул. При взаимодействии обычных материалов в реакцию вступает только верхний слой атомов. В наноматериалах, разбитых на отдельные гранулы, реагируют почти все атомы сразу.

Взять, к примеру, алюминий. Достаточно сильная реакция окисления алюминия в нанотехнологических условиях превращается в мощное извержение энергии. Наноалюминий просто взрывается при контакте с воздухом. Те же атомы, из которых состоит алюминиевая банка, после образования наноформ ведут себя совершенно иначе.

QuantumSphere удалось получить частицы размером около 2 нм, состоящие из семи атомов алюминия. С точки зрения химии, у щепотки таких частиц площадь поверхности гораздо больше, чем у баскетбольного мяча. «Площадь поверхности — это главное в наночастицах, — поясняет Карпентер. — Чем они мельче, тем сильнее (реакция)».

Алюминиевые микрочастицы и раньше вводились в ракетное топливо и авиабомбы, но наноалюминий гораздо эффективнее. В испытаниях, проведенных над штатом Нью-Мексико, ВВС запускали боеголовки с наноалюминиевой добавкой, которые дают вдвое более мощный взрыв по сравнению с существующими. В ноябре QuantumSphere планирует рассказать о том, как наноалюминий применяется в Центре кораблестроения ВМФ США.

Алюминиевые частицы могут найти применение и в автомобильных подушках безопасности — вместо более токсичных веществ, которые применяются для срабатывания подушки сегодня.

Контроль качества
Наночастицы QuantumSphere изготавливаются методом испарения проволоки в вакууме. После этого отдельные атомы объединяются в шарики, плавающие в жидкости. Поверхность таких шариков слегка окисляется, так что они стабилизируются и лучше переносят воздействие воздуха. К тому же пленка окисла помогает инженерам контролировать реакцию.

Патенты компании связаны, главным образом, с созданием частиц одинакового размера. «Нельзя смешивать баскетбольные мячи, мячи для гольфа и мячи для софтбола, — говорит Малоуни. — Нужны только мячи для гольфа».

Галлон (3,78 л) наноалюминия стоит $1200 и продается в банках для краски. Наноникель стоит примерно по $2250 за фунт (454 г), но это все равно в 75 раз дешевле платины — одного из важнейших элементов каталитических дожигателей выхлопных газов. «В ближайшие годы спрос на никель будет значительно превышать спрос на алюминий», — убежден Малоуни.

Сегодня цены высоки, но качество материала повышается — еще несколько лет назад производство частиц такого размера вообще было немыслимым. «Пять лет назад наноалюминий стоил $10 тыс. за фунт», — говорит Малоуни. С тех пор ряд крупных алюминиевых гигантов, таких как Alcoa, вложили в него много сил. Род наноалюминия разработала российская компания, но соображения безопасности не позволяют оборонным агентствам США с ним работать.

Цены тоже будут снижаться. Недавно QuantumSphere запустила установку, производящую 200 фунтов наноалюминия в месяц, 800 фунтов наноникеля или сочетание того и другого. Завод будет расширяться и достигнет мощности в 1200 фунтов алюминия или 3000 фунтов никеля в месяц. (Разница вызвана тем, что атомный вес никеля больше.) Впоследствии для еще большего увеличения производства QuantumSphere, вероятно, вступит в партнерство или приобретет одного из известных производителей материалов.

Сейчас в компании всего восемь сотрудников, но в ближайшем будущем ее штат увеличится до 12 человек. В первом квартале QuantumSphere планирует обратиться за венчурным капиталом. 

 Предыдущие публикации:

 В продолжение темы:

Обсуждение и комментарии

	Wintermute - devnul.ru 25 Oct 2004 10:27 AM
Ой, а я тут как раз Крайтона с Биром поначитался, да так, что подобные новости несколько иначе воспринимаю :)
	DemonZLa 25 Oct 2004 12:43 PM
хех... а я думал что нанотехнологии будут во имя добра использоваться... а оно видишь как.... "сильнее взрываться"... эхехех....
	Wintermute - devnul.ru 25 Oct 2004 4:36 PM
"Во имя добра" это как? Мозги людям на клеточном уровне промывать, чтоб все добрыми друг к другу были, а особенно - к представителям власти, неважно, как эта власть называется?
	lightbreeze - philatnm.ru 28 Oct 2004 12:16 PM
Хе-хе, то есть не попал ключом в замочную скважину авто, поцарапал покрытие из нано алюминия и уже летишь куда подальше... чудеса!