Применение нанотехнологий в автомобильной промышленности.
)
)
)
)
)
С каждым годом человек все больше внедряется в микроструктуру мироздания. Исследователи уже имеют возможность не только наблюдать молекулы и атомы, но и создавать из них отдельные объекты, получая при этом требуемую структуру, а следовательно, и свойства материала. Например, вещества, полученные с использованием нанотехнологий, содержат минимум посторонних включений и обладают характеристиками, близкими к теоретически возможным.
Автоэлектроника
Нанотехнологии в первую очередь начали использовать для миниатюризации микропроцессоров. Если в 1965 году в одной микросхеме размещали 40 транзисторов, в 1971 году – уже 2 тысячи, то в наше время – до 300 млн. транзисторов размерами 65 – 180 нанометров каждый.
Следующее направление – наноэлектромеханические системы NEMS (NanoElectroMechanical Systems), позволяющие объединять в одной микросхеме как механику, так и электронику и обеспечивающие по команде электронного «мозга» механический привод чего-либо. Они приходят на замену микроэлектромеханическим системам MEMS (MicroElectroMechanical Systems). NEMS, как и MEMS, могут использоваться в качестве датчиков срабатывания подушек безопасности, антиблокировочных систем, систем стабилизации движения и прочих, включая датчики давления и температуры, причем точность, надежность и быстродействие NEMS намного выше, чем у MEMS.
Частично решить проблему обеспечения автомобиля электрической энергией помогают легкие пленочные фотоэлементы. Ведутся работы по созданию специальной краски, в состав которой входят молекулы красного красителя (сама краска может быть любого другого цвета!), наночастицы диоксида кремния (SiO2) и электролит. Покрашенный такой краской или покрытый пленкой кузов становится большим фотоэлементом, вырабатывающим электроэнергии столько же, сколько генератор «Волги» ГАЗ-24. Коэффициент полезного действия таких фотоэлементов в будущем может приблизиться к 90%.
«Умные» стекла
Благодаря нанотехнологиям стала решаемой и проблема регулировки пропускания света и тепла автомобильными стеклами. Для этого на зеркала заднего вида, стекла и щиток приборов наносят специальные покрытия, автоматически затемняющиеся при увеличении освещенности. В результате чем ярче светит солнце, тем темнее стекла, зеркала предотвращают ослепление водителя, а щиток приборов не бликует. Это, кстати, уже применяется на практике. В туристских автобусах и некоторых легковых машинах используются стекла, между слоями которых находится тонкая пленка из наночастиц, отражающая инфракрасное излучение. В перспективе возможно управление затемнением стекол с рабочего места водителя.
Покрытия для поверхностей
На основе нанотехнологий разработаны покрытия, улучшающие стойкость лакокрасочных материалов, гидрофобные и самоочищающиеся. Компания Mercedes-Benz с 2003 года использует новое поколение прозрачных лаков, в состав которых введены микроскопические керамические частицы. По утверждению создателей, новое лакокрасочное покрытие защищает кузов от царапин в три раза эффективнее, чем обычный лак, и покрытые им машины сохраняют блеск гораздо дольше, чем покрашенные обычными материалами.
Другое направление – создание красок «хамелеон». Речь идет о красках, изменяющих цвет в зависимости от величины подведенного напряжения. В результате водитель сможет «перекрасить» автомобиль… из салона.
Ряд зарубежных фирм приступили к промышленному производству легко очищающихся и водоотталкивающих покрытий для материалов, основанному на использовании диоксида кремния SiO2. Коллоидный раствор наночастиц SiO2, нанесенный на стекло или другой материал, при высыхании образует сплошной слой наноразмерных выступов. Из-за такой шероховатости обработанная поверхность становится гидрофобной, т. е. водоотталкивающей (на поверхности с пленкой из SiO2 капля воды касается субстрата лишь в нескольких точках). Такие покрытия совершенно невидимы из-за минимальной толщины, устойчивы к ультрафиолету и выдерживают температуру до 400°C.
Использование диоксида титана TiO2 позволяет создать самоочищающиеся поверхности, которые окисляют и расщепляют грязь, убивают микроорганизмы и, как результат, нейтрализуют различные запахи. Уже разработаны и выпускаются составы с аналогичным действием для тканей, металла, пластика, керамики, которые могут использоваться и в автомобильной промышленности.
Агрегаты, шины, смазки…
С использованием нанотехнологий уже производятся антифрикционные и противоизносные покрытия для механических узлов и агрегатов автомобилей. Наносоставы позволяют создавать на рабочих поверхностях деталей защитный слой толщиной 0,1-1,5 мм, что дает возможность увеличивать ресурс работы узлов и деталей, снижать вибрации, шум, расход топлива и токсичность выхлопа.
Специалисты шинной промышленности пытаются разработать резиновые смеси, свойства которых будут изменяться в зависимости от температуры и влажности дорожного покрытия. Использование нанотехнологий при производстве катализаторов позволяет улучшить качество очистки выхлопных газов при одновременном уменьшении расхода дорогостоящих платины и палладия.
Углеродные нанотрубки
Самый большой перечень областей применения, пожалуй, у углеродных нанотрубок (УНТ) – цилиндров из углерода диаметром 1 – 10 нм и длиной 100 – 1000 нм. Инженеры компании Toyota добавляют композиционный материал на основе УНТ в пластиковые бамперы и дверные панели своих автомобилей. Пластик со смолой из УНТ не только повышает прочность и снижает массу, но и проводит электричество, его можно покрывать теми же красками с электростатическим нанесением, что и металлические детали. Характеристики электропроводности позволяют использовать УНТ для замены электропроводов из меди, нитей электрических ламп и в ряде других устройств.
С помощью УНТ предполагается решить проблему надежного и безопасного хранения водорода «на борту» транспортного средства, поскольку углеродные нанотрубки могут заполняться газообразными веществами под большим давлением. Затем, после уменьшения давления, газ продолжает удерживаться в порах, а при нагревании – выходит из них и может быть направлен в топливные элементы. Это позволит ускорить создание конкурентного автомобиля на топливных элементах, использующего в качестве топлива водород и кислород-окислитель.
| Нанотехнологии | |
| |
 |
| Наноавтомобиль | |
| |
|