| 12. |
Приоритет Стратегии НТР России |
Переход к передовым технологиям проектирования и создания высокотехнологичной продукции, основанным на применении интеллектуальных производственных решений, роботизированных и высокопроизводительных вычислительных систем, новых материалов и химических соединений, результатов обработки больших объемов данных, технологий машинного обучения и искусственного интеллекта |
| 16. |
Аннотация |
Сверхгидрофобные защитные покрытия призваны увеличить срок службы техники и инженерных сооружений в экстремальных условиях эксплуатации, минимизировав контакт с жидкостями и загрязнениями. Для этого необходимо добиться воспроизведения эффекта лотоса, что придаст поверхности свойства самоочищаемости, а так же улучшить физико-механические свойства покрытия для увеличения его механической прочности.
Для создания сверхгидрофобных покрытий предлагается использовать ксерогель на базе смеси из углеродных нанообъектов. Достоинством такого подхода является простота нанесения (порошок из молотого ксерогеля приклеивается на защищаемую поверхность либо напыляется при помощи аэрографа), большая механическая стойкость (царапины лишь обнажают более глубокие слои ксерогеля, а не уничтожают гидрофобность целиком), проводимость (дает возможность снятия статики и обогрева поверхности). Кроме того, фторируя углеродные нанотрубки, можно изготовить ксерогель, отталкивающий не только воду, но и многие другие жидкости – масла, нефтепродукты. Другим способом улучшения характеристик является покрытие боковой поверхности углеродных нанотрубок и графена гидрофобными наночастицами для улучшения антиобледенительных свойств покрытия.
Углеродные нанообъекты уже находятся в стадии промышленного производства и достаточно дешевы для массового применения.
На данный момент известно, что стратегия получения супергидрофобных покрытий и материалов включает в себя три подхода:
- использование гидрофобных агентов (нанесение водоотталкивающего вещества),
- использование эффекта Лотоса (нанесение на поверхность текстуры, уменьшающей площадь контакта капли с поверхностью),
- использование SLIP эффекта (создание пористой поверхности, пропитанной водоотталкивающим лубрикантом).
Новизна предлагаемого подхода заключается в том, что предлагаемый материал позволяет использовать все три подхода одновременно, вдобавок на его базе возможно создание «умного» покрытия, которое:
- реагирует на повреждения, путем вскрытия специальных микрокапсул с гидрофобным лубрикантом, которые позволяют временно компенсировать убыль водоотталкивающих свойств. Это придает свойства самозалечивания.
- позволяет в условиях экстремально низких температур сохранять антиобледенительные свойства, за счет компенсации потери эффекта лотоса электроподогревом. Это дает возможность гибко реагировать на изменения условий среды: при небольших похолоданиях защита работает в пассивном режиме и осуществляется за счет сверхгидрофобных свойств и не требует затрат энергии, при значительных – за счет подогрева или эффективного удержания антиобледенительных агентов.
- имеет биоцидные свойства за счет нанокластеров диоксида титана как дополнительную опцию.
- за счет высокой сорбционной способности дает возможность пропитывать поврежденные участки покрытия водоотталкивающим лубрикантом с целью оперативного ремонта даже после исчерпания лубриканта из микрокапсул.
Так же покрытие можно использовать для снятия статики. В ходе выполнения проекта будут получены данные, имеющие более общее значение для разработки новых функциональных материалов.
Исследования зависимости электрофизических свойств углеродных нанообъектов от степени и типа функционализации практически не проводились, упоминания в литературе о такого рода исследованиях появились лишь в последние годы и единичны, а при попытке сравнительного анализа различных, более ранних публикаций, эффекты от этой процедуры смешаны с эффектами от использования нанообъектов различной геометрии и марок. Между тем эта процедура служит аналогом допирования полупроводников и позволяет заметно корректировать свойства наносистем. Аналогичное положение с исследованиями сорбционных свойств некоторых углеродных наноматериалов. Функционализация – удобный метод изменить свойства углеродных наноматериалов, одновременно затрагивающий электрофизические, сорбционные, адгезионные и свойства УНМ, а также сказывающийся на их взаимодействии с полимерной матрицей и теплопроводности. Тем не менее данных о комплексных исследованиях такого рода почти нет, что не позволяет связать изменение различных свойств друг с другом и выбрать оптимальную степень функционализации в нескольких отношениях. Данные, полученные при комплексном изучении гидрофобных, электрофизических и прочностных свойств перколяционных сетей углеродных нанообъектов, могут быть также полезны для разработок электрохимических сенсоров, радиопоглощающих покрытий, полимерных проводящих и конструкционных композитов. Разработка сверхгидрофобных покрытий на основе смесей углеродных нанообъектов позволит сделать новый качественный шаг в развитии защиты этого типа. |