Наноматериалы

Скачать буклет

Цель проекта – разработка физико-химических основ технологии получения высокотемпературных конструкционных и функциональных материалов с использованием наноструктурного аэрогеля AlOOH.

Область применения

Функциональная керамика – малые добавки аэрогеля AlOOH приводят к повышению термомеханических характеристик керамики на 30–40 % (в некоторых случаях свойства улучшаются в 2 раза);
Сенсорная керамика – малые добавки (0,1–5 % мас.) аэрогеля AlOОН приводят к изменению фазового состава получаемой керамики в сторону увеличения высокотемпературной кубической фазы с более высоким уровнем ионопроводящих свойств, при этом удаётся улучшить и механические характеристики, а именно стойкость к термоудару возрастает на ~20 %.
Керамика со специальными свойствами – использование малой добавки аэрогеля (1 % мас.) на стадии изготовления керамики из диоксида урана позволяет: увеличить механическую прочность спеченных таблеток в 1,5–2 раза; увеличить размер зерна в ~1,5 раза (до 25–30 мкм); снизить температуру спекания таблеток).
Полимерные материалы – малые добавки аэрогеля AlOOH (не превышающих 5 % мас.) в рецептуру резин при их производстве приводят к значительному увеличению стойкости резинотехнических изделий в агрессивных средах (органические растворители, масла, бензин и т. п.).
Теплоизоляционные материалы – чрезвычайно низкая теплопроводность аэрогеля (~0,015–0,03 Вт/(м·К) в широком диапазоне температур (130–1500 К) и низкая плотность (~0,013–0,080 г/см³) позволяют создавать на его основе сверхлегкую теплоизоляцию.
Катализаторы и сорбенты – такие свойства аэрогеля как высокая удельная площадь поверхности (~800 м²/г), стабильность к агломерации, низкая плотность, высокая пористость (~94–99 об. %), позволяют создавать на основе аэрогеля высокоэффективные катализаторы и сорбенты, которые не уступают по своим свойствам лучшим отечественным и зарубежным аналогам, а в ряде случаев значительно их превосходят.
Электроизоляционные материалы – высокое удельное электрическое сопротивление (>10¹⁰ Ом·м), низкая теплопроводность и высокая рабочая температура (не менее 1300 К) аэрогеля позволяют создавать на его основе электроизоляционные материалы со специальными свойствами.

Технология

В жидкометаллической технологии синтеза аэрогеля AlOOH, в отличие от традиционной «автоклавной» золь-гель технологии, не используются вредные и агрессивные жидкости. Жидкометаллическая технология отличается низким энергопотреблением и сравнительно высокой производительностью.
В результате использования нового, нетрадиционного активатора спекания в виде высокоактивного наноструктурированного аэрогеля с высокой удельной поверхностью удалось получить плотную керамику (Si₃N₄, SiC и др.) при введении малых количеств до 2,5 мас. %, обладающую высокой прочностью при высоких температурах (до 1300 °С).

Преимущества:

отсутствие солевых растворов;
отсутствие органических растворителей и других вредных химических веществ;
дешевое оборудование, в частности отсутствие автоклавов высокого давления;
технология исключает сверхкритические давления и высокие температуры.

Компетенции

разработана жидкометаллическая технология получения наноструктурного аэрогеля AlOOH;
накоплен опыт по получению карбида и нитрида кремния, диоксида циркония (Si₃N₄, SiC, ZrO₂);
накоплен опыт получения высокотемпературных оксидных шпинелей;
создана экспериментальная база и мелкосерийное производство монокристаллического оксида алюминия (Al₂O₃);
разработана жидкометаллическая технология получения наноматериалов – ультрадисперсных оксидов, синтезируемых в расплавах Pb, Pb-Bi и Ga.
при тесном сотрудничестве с ОНПП «Технология» разработаны керамические чувствительные элементы на основе ZrO₂ для датчиков активности кислорода в жидких металлах и газах, существенно превосходящие по своим свойствам аналоги.