Нанотехнологии в легкой промышленности

Реферат

Что такое нанотехнологии, Эриком Дрекслером

Нано – приставка, обозначающая 10 -9 , нанометр – 10-9 метра. На отрезке длиной в один нанометр можно расположить восемь атомов кислорода. Манипулирование атомами и молекулами – одна из задач молекулярной нанотехнологии.

Нанообъекты могут быть достаточно сложными (например, АТФаза – биологическая молекула-наномотор).

Но даже простые нанообъекты (например, наночастицы металлов) имеют физические и химические свойства, отличные от свойств более крупных объектов из того же материала, а также от свойств отдельных атомов. Скажем, температура плавления частиц золота размером 5…10 нм на сотни градусов ниже температуры плавления куска золота объемом 1 см 3 .

Нанотехнологии – комплекс областей науки и технологий, который стремительно меняется под влиянием новых открытий, происходящих практически каждый месяц. Связано это с тем, что исследования, проводимые в наноразмерном диапазоне, лежат на стыке наук. Поскольку основная цель наномира – атомы и молекулы, то часто исследования в области материаловедения затрагивают области биотехнологий, физики твердого тела и электроники. Даже для создания простых наносистем необходима совместная работа многих коллективов исследователей, которые работают в различных направлениях наноразмерного диапазона.

По поводу применения нанотехнологий на рынке легкой промышленности ближайшего будущего существует много прогнозов, но останавливаться на них в этой статье мы не будем, основная ее цель – краткий обзор современных достижений в области текстиля и одежды.

Levi Strauss

Современные тенденции применения нанотехнологий в сфере текстиля можно условно разделить на три категории: улучшение текстиля с помощью наноматериалов и нанопокрытий; внедрение в обычные материалы электронных компонентов и микроэлектромеханических систем (МЭМС); гибридизация текстиля и биомиметических систем 1 .

Из этих направлений пока удалось коммерциализовать только первое. В отдельных продуктах, правда, используется и наноэлектронные системы и МЭМС, но, как правило, это – прототипы, единичные экземпляры или специальные военные и медицинские изделия, которые не выпускается серийно.

Наноматериалы в текстиле

Текстиль на основе наноматериалов приобретает уникальные по своим показателям водонепроницаемость, грязеотталкивание, теплопроводность, способность проводить электричество и другие свойства.

5 стр., 2285 слов

Доклад: ISO 14000 — международные стандарты в области систем ...

... которых сейчас добровольно участвуют около 500 компаний. Система стандартов ISO 14000 также использовала зарекомендовавшую себя модель международных стандартов по системам контроля качества продукции (ISO 9000) в ... необходимости или приверженность предотвращению загрязнений"), и определены для каждой функции (области деятельности) и уровня организации. При их формулировке должны также приниматься во ...

Наноматериалы могут иметь в своем составе наночастицы, нановолокна и другие добавки. Например, компания Nano-Tex успешно производит ткани, улучшенные с помощью нанотехнологий. Одна из таких тканей обеспечивает абсолютную водонепроницаемость: благодаря изменению молекулярной структуры волокон, капли воды полностью скатываются с полотна, которое при этом «дышит». Помимо упомянутой выше Levi Strauss , эти ткани использует в своей джинсовой одежде и элементах обуви, в частности, компания Dockers .

NanoSonic

Aspen’s Pyrogel AR5401

Pyrogel AR5401

Нанопокрытия

Нано­техно­логии также применяются для улучшения свойств традиционного текстиля и изделий из него. В этом случае на текстиль наносятся покрытия, модифицирующие его в микронном и субмикронном размерных диапазонах. Энергосберегающая технология фотокатализа 2 очищает поверхность текстиля без применения химикатов и энергии, исключительно под воздействием нанокатализаторов, нанесенных с использованием традиционного текстильного оборудования, солнечного света и воды.

Toray Industries

Джона Ксина

Некоторые нанопокрытия доступны и на российском рынке. Это обеззараживающие покрытия на основе наночастиц серебра и оксида цинка а также покрытия, создающие устойчивый слой, который не пропускает ультрафиолет.

Электроника и МЭМС

Интеграция в текстиль микро- и наноэлектроники, а также МЭМС существенно расширяет возможности повседневной одежды, которую можно использовать в качестве средства связи и даже персонального компьютера. А изготовление текстиля со встроенными датчиками позволит призводить мониторинг состояния тела человека. Это, безусловно, откроет новые возможности в медицинской практике, спорте и жизнеобеспечении в экстремальных условиях.

France Telecom

Communicating Clothes

Мэгги Орт

Фредерика Ценгаусерна, Универ­ситета Беркли, Биомиметика в текстиле

В современных нанотехнологих широко используется прием, назвываемый биомиметикой, суть котрого состоит в том, чтобы «подсмотреть» и повторить успешное рещение проблемы, которое использует сама природа. Так были получены ткани-«липучки», принцип действия которых был взят у геккона, сверхпрочные нити и «самоочищающаяся» ткань, секрет которой подсказал цветок лотоса. Ниже мы расскажем подробнее об этих достижениях.

Американские исследователи из университета Клемсона (Clemson University) на основе детальных исследований структуры листьев лотоса создали «самоочищающееся» покрытие, которое отталкивает гораздо больше воды и грязи, чем обычные ткани.

По словам химика-текстильщика Фила Брауна , покрытие не очищает само себя, оно просто отталкивает грязь лучше, чем любая существующая сегодня ткань. Принцип действия позаимствован у природы. Как было установлено, листья лотоса обладают свойством «самостоятельного очищения», их поверхность отталкивает большую часть грязи и воды. Поверхность (а) листа лотоса () устроена таким образом, что капля воды катится по нему, собирая грязь (c).

13 стр., 6105 слов

Гигиеническое значение воздуха и воды

... жизни человека. Факторы внешней среды в гигиенической практике подразделяются: химические - элементы или соединения, входящие в состав воздуха, воды, ... давлением Рб. Гигиеническое значение температуры воздуха определяется прежде всего ее влиянием на теплообмен организма, который ... воздуха, прилегающего к телу и находящегося обычно в некотором движении (около 30 %); испарения влаги с поверхности ...

А на гладкой поверхности (b), наоборот, капля воды, сползая, оставляет грязь на месте.

Исследователи повторили этот механизм, нанеся разработанное покрытие на волокна ткани. Для этого ткань обработали специальным связующим полимером (полиглицидилом метакрилатом), который затем покрыли наночастицами серебра (), остановив на них с?ой выбор из-за их противомикробного действия. Далее на поверхности наночастиц был выращен еще один полимерный гидрофобный слой, который отталкивает капли воды, заставляя их катиться по ткани и собирать грязь ( рис. 7, d ).

Покрытие устойчиво и не разрушается при очистке и механическом воздействии.

Созданная ткань, использующая этот принцип, даже если ее пытаться сильно испачкать, будет отталкивать большинство мокрой грязи. А оставшуюся можно будет легко смыть обычной водой. Использование различных наночастиц в составе нового покрытия, безвердного для окружающей среды, позволит ткани приобрести ряд полезных свойств: от поглощения неприятных запахов до уничтожения микроорганизмов.

Новое запатентованное покрытие пока не имеет официального названия. Его можно нанести практически на любую ткань, включая шелк, полиэфир и хлопок. Однако технологический процесс достаточно сложен и не может быть реализован в промышленности, пока не будет создан простой и надежный принцип обработки ткани в несколько этапов. Тем не менее, ткани, обработанные новым покрытием, могут появиться на рынке уже к 2010 году.

Другой пример – маленькая ящерица геккон, которая может ползать практически по любой поверхности. Для того чтобы имитировать это ценное качество, необходимо было сначала разобраться в механизме работы лапок рептилии. Результаты исследований, проведенных в центре нанотехнологий в Манчестере показали, что на лапках у геккона расположен ряд кератиновых волосков размерами около 200 нм. Капиллярные силы помогают геккону ползать по влажным поверхностям, а силы Ван-Дер-Ваальса – по сухим. Каждая волосинка связывается с поверхностью с силой в 10 -7 Н. Благодаря высокой плотности волосков на лапках геккона, сила связи значительно увеличивается.

Так, поверхность размерами 10 х 10 см, состоящая из волосков кератина, может удерживать груз в 100 кг. Команда из Манчестера решила продолжить исследования, попробовав сконструировать такой же массив нановолокон. Однако в изготовленном с помощью электронно-лучевой литографии образце только некоторые волокна смогли эффективно соединяться с поверхностью. Это связано с тем, что выращенные исследователями пластиковые волокна жестче, чем аналогичные у геккона. Далее, экспериментируя, исследователи нашли оптимальный вариант геометрии поверхности – диаметр волокон 500 нм, расстояние между волокнами – 1,6 мкм, и длина – 2 мкм. Полученная поверхность 10 х 10 см смогла удержать всего 30 кг, т.е. была хуже природной. Дальнейшие эксперименты с гекконом показали, что присоединение лапок к поверхности происходит в несколько приемов. Исследователи решили в будущем материалы делать гидрофобными (подобно кератину геккона).

В теории, волокна из такого материала не будут прилипать друг к другу. И, конечно же, встал вопрос о массовом выпуске «гекконовых лапок» с помощью менее дорогих технологий.

16 стр., 7634 слов

Экология» : «Сточные воды и их очистка

... общесплавной системе все три категории сточных вод отводятся по одной общей сети труб и каналов за пределы городской территории на очистные сооружения. Раздельные системы состоят из нескольких ... не отвечающие более требованиям, предъявляемым к их качеству; к этой категории вод относят воды, откачиваемые на поверхность земли при добыче полезных ископаемых); атмосферные (дождевые и талые; вместе ...

Nanotechnology News Network

ПРИМЕЧАНИЯ

Биомиметические системы – в общем случае новые неорганические структуры (материалы), полученные в результате применения специальной стратегии так называемого воспроизводящего синтеза, который во многом подобен синтезу, осуществляемому в биологических системах, например, росту минеральных панцирей морских водорослей и животных. Открытия в области биомиметических систем готовят революционный переворот в области синтеза новых материалов. Одним из пионеров этого научного направления стал российский ученый, ведущий сотрудник НИИ катализа СО РАН Вячеслав Романнико в (1951-2001) – прим. ред .

прим. ред.

прим. ред.

Что такое нанотехнологии, Эриком Дрекслером

Нано – приставка, обозначающая 10 -9 , нанометр – 10-9 метра. На отрезке длиной в один нанометр можно расположить восемь атомов кислорода. Манипулирование атомами и молекулами – одна из задач молекулярной нанотехнологии.

Нанообъекты могут быть достаточно сложными (например, АТФаза – биологическая молекула-наномотор).

Но даже простые нанообъекты (например, наночастицы металлов) имеют физические и химические свойства, отличные от свойств более крупных объектов из того же материала, а также от свойств отдельных атомов. Скажем, температура плавления частиц золота размером 5…10 нм на сотни градусов ниже температуры плавления куска золота объемом 1 см 3 .

Нанотехнологии – комплекс областей науки и технологий, который стремительно меняется под влиянием новых открытий, происходящих практически каждый месяц. Связано это с тем, что исследования, проводимые в наноразмерном диапазоне, лежат на стыке наук. Поскольку основная цель наномира – атомы и молекулы, то часто исследования в области материаловедения затрагивают области биотехнологий, физики твердого тела и электроники. Даже для создания простых наносистем необходима совместная работа многих коллективов исследователей, которые работают в различных направлениях наноразмерного диапазона.

По поводу применения нанотехнологий на рынке легкой промышленности ближайшего будущего существует много прогнозов, но останавливаться на них в этой статье мы не будем, основная ее цель – краткий обзор современных достижений в области текстиля и одежды.

Levi Strauss

Современные тенденции применения нанотехнологий в сфере текстиля можно условно разделить на три категории: улучшение текстиля с помощью наноматериалов и нанопокрытий; внедрение в обычные материалы электронных компонентов и микроэлектромеханических систем (МЭМС); гибридизация текстиля и биомиметических систем .

Из этих направлений пока удалось коммерциализовать только первое. В отдельных продуктах, правда, используется и наноэлектронные системы и МЭМС, но, как правило, это – прототипы, единичные экземпляры или специальные военные и медицинские изделия, которые не выпускается серийно.

Наноматериалы в текстиле

Текстиль на основе наноматериалов приобретает уникальные по своим показателям водонепроницаемость, грязеотталкивание, теплопроводность, способность проводить электричество и другие свойства.

Наноматериалы могут иметь в своем составе наночастицы, нановолокна и другие добавки. Например, компания Nano-Tex успешно производит ткани, улучшенные с помощью нанотехнологий. Одна из таких тканей обеспечивает абсолютную водонепроницаемость: благодаря изменению молекулярной структуры волокон, капли воды полностью скатываются с полотна, которое при этом «дышит». Помимо упомянутой выше Levi Strauss , эти ткани использует в своей джинсовой одежде и элементах обуви, в частности, компания Dockers .

9 стр., 4367 слов

Закаливание. Влияние на здоровье человека солнца, воздуха, воды

... комбинацию продуктов питания, состоящих из белков, жиров, углеводов, витаминов, минеральных солей и воды. Основные гигиенические требования, предъявляемые к пище следующие: оптимальное количество, соответствующее ... человека ритмичен, без перебоев, хорошего наполнения и напряжения. Пульс можно подсчитывать на лучевой, височной, сонной артериях, в области сердца. Нагрузка, даже небольшая, вызывает ...

NanoSonic

Aspen’s Pyrogel AR5401

Pyrogel AR5401

Нанопокрытия

Нано­техно­логии также применяются для улучшения свойств традиционного текстиля и изделий из него. В этом случае на текстиль наносятся покрытия, модифицирующие его в микронном и субмикронном размерных диапазонах. Энергосберегающая технология фотокатализа очищает поверхность текстиля без применения химикатов и энергии, исключительно под воздействием нанокатализаторов, нанесенных с использованием традиционного текстильного оборудования, солнечного света и воды.

Toray Industries

Джона Ксина

Некоторые нанопокрытия доступны и на российском рынке. Это обеззараживающие покрытия на основе наночастиц серебра и оксида цинка а также покрытия, создающие устойчивый слой, который не пропускает ультрафиолет.

Электроника и МЭМС

Интеграция в текстиль микро- и наноэлектроники, а также МЭМС существенно расширяет возможности повседневной одежды, которую можно использовать в качестве средства связи и даже персонального компьютера. А изготовление текстиля со встроенными датчиками позволит призводить мониторинг состояния тела человека. Это, безусловно, откроет новые возможности в медицинской практике, спорте и жизнеобеспечении в экстремальных условиях.

France Telecom

Communicating Clothes

Мэгги Орт

Фредерика Ценгаусерна, Универ­ситета Беркли, Биомиметика в текстиле

В современных нанотехнологих широко используется прием, назвываемый биомиметикой, суть котрого состоит в том, чтобы «подсмотреть» и повторить успешное рещение проблемы, которое использует сама природа. Так были получены ткани-«липучки», принцип действия которых был взят у геккона, сверхпрочные нити и «самоочищающаяся» ткань, секрет которой подсказал цветок лотоса. Ниже мы расскажем подробнее об этих достижениях.

Американские исследователи из университета Клемсона (Clemson University) на основе детальных исследований структуры листьев лотоса создали «самоочищающееся» покрытие, которое отталкивает гораздо больше воды и грязи, чем обычные ткани.

По словам химика-текстильщика Фила Брауна , покрытие не очищает само себя, оно просто отталкивает грязь лучше, чем любая существующая сегодня ткань. Принцип действия позаимствован у природы. Как было установлено, листья лотоса обладают свойством «самостоятельного очищения», их поверхность отталкивает большую часть грязи и воды. Поверхность (а) листа лотоса () устроена таким образом, что капля воды катится по нему, собирая грязь (c).

А на гладкой поверхности (b), наоборот, капля воды, сползая, оставляет грязь на месте.

Исследователи повторили этот механизм, нанеся разработанное покрытие на волокна ткани. Для этого ткань обработали специальным связующим полимером (полиглицидилом метакрилатом), который затем покрыли наночастицами серебра (), остановив на них с?ой выбор из-за их противомикробного действия. Далее на поверхности наночастиц был выращен еще один полимерный гидрофобный слой, который отталкивает капли воды, заставляя их катиться по ткани и собирать грязь ( рис. 7, d ).

29 стр., 14007 слов

Большепролетные конструкции покрытий гражданских и промышленных зданий

... поверхностей или наоборот полностью изолировать его. Пространство, освобожденное от опор, перекрытое большепролетной конструкцией, придает зданию эмоциональную и пластическую выразительность. 1. Историческая справка Большепролетные конструкции покрытий ... системы и др.). Балочные, рамные и арочные, плоскостные системы большепролетных покрытий проектируются обычно без учета совместной работы всех ...

Покрытие устойчиво и не разрушается при очистке и механическом воздействии.

Созданная ткань, использующая этот принцип, даже если ее пытаться сильно испачкать, будет отталкивать большинство мокрой грязи. А оставшуюся можно будет легко смыть обычной водой. Использование различных наночастиц в составе нового покрытия, безвердного для окружающей среды, позволит ткани приобрести ряд полезных свойств: от поглощения неприятных запахов до уничтожения микроорганизмов.

Новое запатентованное покрытие пока не имеет официального названия. Его можно нанести практически на любую ткань, включая шелк, полиэфир и хлопок. Однако технологический процесс достаточно сложен и не может быть реализован в промышленности, пока не будет создан простой и надежный принцип обработки ткани в несколько этапов. Тем не менее, ткани, обработанные новым покрытием, могут появиться на рынке уже к 2010 году.

Другой пример – маленькая ящерица геккон, которая может ползать практически по любой поверхности. Для того чтобы имитировать это ценное качество, необходимо было сначала разобраться в механизме работы лапок рептилии. Результаты исследований, проведенных в центре нанотехнологий в Манчестере показали, что на лапках у геккона расположен ряд кератиновых волосков размерами около 200 нм. Капиллярные силы помогают геккону ползать по влажным поверхностям, а силы Ван-Дер-Ваальса – по сухим. Каждая волосинка связывается с поверхностью с силой в 10 -7 Н. Благодаря высокой плотности волосков на лапках геккона, сила связи значительно увеличивается.

Так, поверхность размерами 10 х 10 см, состоящая из волосков кератина, может удерживать груз в 100 кг. Команда из Манчестера решила продолжить исследования, попробовав сконструировать такой же массив нановолокон. Однако в изготовленном с помощью электронно-лучевой литографии образце только некоторые волокна смогли эффективно соединяться с поверхностью. Это связано с тем, что выращенные исследователями пластиковые волокна жестче, чем аналогичные у геккона. Далее, экспериментируя, исследователи нашли оптимальный вариант геометрии поверхности – диаметр волокон 500 нм, расстояние между волокнами – 1,6 мкм, и длина – 2 мкм. Полученная поверхность 10 х 10 см смогла удержать всего 30 кг, т.е. была хуже природной. Дальнейшие эксперименты с гекконом показали, что присоединение лапок к поверхности происходит в несколько приемов. Исследователи решили в будущем материалы делать гидрофобными (подобно кератину геккона).

В теории, волокна из такого материала не будут прилипать друг к другу. И, конечно же, встал вопрос о массовом выпуске «гекконовых лапок» с помощью менее дорогих технологий.

Nanotechnology News Network

ПРИМЕЧАНИЯ

Биомиметические системы – в общем случае новые неорганические структуры (материалы), полученные в результате применения специальной стратегии так называемого воспроизводящего синтеза, который во многом подобен синтезу, осуществляемому в биологических системах, например, росту минеральных панцирей морских водорослей и животных. Открытия в области биомиметических систем готовят революционный переворот в области синтеза новых материалов. Одним из пионеров этого научного направления стал российский ученый, ведущий сотрудник НИИ катализа СО РАН Вячеслав Романнико в (1951-2001) – прим. ред .

9 стр., 4296 слов

Контрольная работа: Волокна

... диаметром 30–500 мкм, прочностью на разрыв 200–350 МПа, удельной поверхностью 28–280 см2/г. Волокна являются коррозионно-стойкими и могут быть использованы взамен металла для армирования ... на 50-60%, но частично восстанавливается после сушки. Дополнительная обработка поверхности стеклянного волокна замасливателями и шлихтой приводит к ее гидрофобизации, снижению поверхностной энергии и ...

прим. ред.

прим. ред.