Новости нанотехнологической отрасли

19.08.2011

Новая область применения наноматериалов

Представьте себе плоский лист, который создаёт подъёмную силу без видимых затрат энергии от внешних источников преобразуя при этом тепловую энергию окружающей среды – охлаждая воздух.. Это звучит как фантастика или чудо. Но, как говорится, «всякая достаточно развитая технология сперва абсолютно неотличима от чуда».

Инженерная мысль давно и не без успешно стремится к усовершенствованию традиционных методов создания подъёмной силы. Из последних достижений (коим уже не один десяток лет) – управление процессами в пограничном слое. Некоторые изобретатели хотели бы в идеале видеть вариант поверхности, которая практически мгновенно изменяет импульс молекул воздуха, преобразуя его например, в реактивную подъёмную силу, даже без создания набегающего потока на крыло или на лопасти.

Автор предлагает своё собственное, можно сказать революционное ноу-хау для решения задачи совершенствования методов создания подъёмной силы летательного аппарата. Суть предлагаемой технологии в том, что специальная модифицикация поверхности на наноуровне, позволяет ей изменять импульс частиц воздуха или другой окружающий среды.

Используя современный и уже достаточно развитый нанотехнологический инструментарий, можно проверить данную методику на практике.

Исследования в области нанотехнологий развиваются во всех странах, и в процессе появления новых экспериментальных данных открываются новые сферы применения. Большой интерес существует к специальным видам абсорбционных наноматериалов, обладающих улучшенными свойствами и предназначенными для аналитического разделения веществ, получения сверхчистых материалов и препаратов, быстрого удаления примесей из жидкостей и газов.На основе наноматериалов создаются тонкопленочные акустические приборы и датчики. Нанотрубки стали отдельной областью исследований, а их применение распространяется от медицинских проектов по созданию искусственных мышц, до проектов «космического лифта» с тросом из нанотрубок. Особая тема – поверхности, поскольку изменение свойств поверхности тела, всего на глубину в несколько молекул, качественно изменяет его свойства и область применения. В английском варианте, эта область технологий называется nanoscience surface engineering.

Классификация нанотехнологий находится в стадии развития. В настоящее время различают нанопористые структуры, наночастицы, нанотрубки и нановолокна, нанкокристаллы и нанокластеры. Развитие нанотехнологий происходит в микроэлектронике, поскольку современная база для производства микросхем уже позволяет работать с 90 нм элементами.

Применение наноматериалов в ракетной и авиакосмической технике, обычно, рассматривается, как способы увеличения прочности, устойчивости к радиации и методы отражения радиоволн.

Предлагается совершенно новое применение наноматериалов, позволяющее создавать движущую силу в машинах, включая подъемную силу летательных аппаратов. Суть идеи заключается в том, чтобы обеспечить разное давление воздуха, или окружающей среды, на пластину материала, одна сторона которой имеет микрорельеф специальной формы. Размеры микрорельефа, которые необходимы для реализации предлагаемой концепции находятся в пределах 50 –500 нм.

Как это работает? Известно, что молекулы воздуха всегда двигаются, причем, хаотически, сталкиваясь и меняя направление. Скорость движения молекулы, при обычном атмосферном давлении и комнатной температуре, примерно равна 500 м/сек. Мы можем использовать это движение, создав специальную поверхность с размерами элементов рельефа порядка длины свободного пробега молекулы. Эта поверхность должна иметь специальный профиль, который будет создавать упорядоченное движение молекул, тем самым, обеспечивая изменение относительной скорости молекул воздуха и пластины, с той ее стороны, где сделан микрорельеф. В таком случае, мы получим эффект, аналогичный известному эффекту Жуковского – Чаплыгина, который обеспечивает подъемную силу крыла. При различной относительной скорости движения среды выше и ниже крыла, в соответствии с законом Бернулли, статическое давление среды на крыло сверху и снизу различное.

Это известная область классической физики. Мы предлагаем аналогичное решение в случае неподвижного «нанокрыла» и неподвижной среды, например, воздуха, поскольку элементы среды находятся в постоянном движении.

Другой теоретический подход к этой задаче может быть более понятен специалистам по физике взаимодействия тел. Известно, что столкновение тел приводит к разным результатам: при упругом столкновении тела и опоры, опоре, в основном, передается импульс, а при неупругом (деформации) большая часть импульса преобразуется в тепло. Схема эксперимента, который Александр Владимирович Фролов демонстрировал в 1996 году на конференции «Новые Идеи в Естествознании».

Суть эксперимента в том, что два тела по-разному взаимодействуют с опорой. С той стороны, где взаимодействие упругое, опоре передается больший импульс, в результате чего, она сдвигается в данную сторону. Устройства, использующие аналогичный принцип, разрабатываются многими авторами, и относятся к разделу техники, называемому «инерциоиды». Новизна нашего предложения состоит в том, что в роли движущихся тел предлагается использовать молекулы среды (воздуха). Они малы, но их достаточно много.

Итак, технологическая задача состоит в создании градиента давления среды на пластину материала, если одна сторона материала взаимодействует с молекулами воздуха более упруго, а другая сторона – более жестко. На рисунке 3 показана схема такого материала, хотя рельеф или способ создания различных условий взаимодействия пластины и молекул среды, в рамках данной публикации, не обсуждается. Это относится к области «ноу-хау».

Предлагаемый материал назван САМ – силовой активный материал, поскольку его функции состоят в создании активной силы, действующей на пластину за счет разного давления окружающей среды на разные стороны пластины. Сила называется «активной» поскольку она не требует реактивного отброса массы. Мы решаем задачу создания движущей силы противоположным методом: в реактивных движителях рабочая масса получает импульс, отбрасывается от движителя, сообщая ему соответствующий импульс. В активном движителе все наоборот: движитель получает импульс, равный импульсу, отбираемому от молекул окружающей среды. Закон сохранения импульса, при взаимодействии движителя и рабочей массы, разумеется, строго выполняется.

Ориентировочные расчеты величины активной (не-реактивной) силы, которая будет действовать на пластину при создании 10% разности атмосферного давления, показывают хорошие перспективы применения нового материала. Атмосферное давление составляет около 1 кг на 1 квадратный сантиметр.

При 10% градиенте давления, создается подъемная сила около 100 грамм на 1 квадратный сантиметр. Лист размером 1 квадратный метр сможет поднять 1 тонну. Листы САМ можно пакетировать и мы можем представить себе силовую установку с габаритами 1 кубометр, состоящую из 100 листов, которая может поднять 100 тонн.

Эффект «нанокрыла» создает не только активную силу, но и соответствующие изменения в окружающей среде, в частности, ее охлаждение. Это обусловлено тем, что создаваемый макроимпульс пластины должен быть эквивалентен потере величины микроимпульсов частиц среды. В связи с этим, САМ – технология открывает качественно новые перспективы в автономной энергетике. Ожидаемый эффект может стать основой для конструирования источников энергии, состоящих из САМ-пластин и обычных термоэлектрических преобразователей.

Применение нанотрубок для развития данной концепции представляется наиболее перспективным, хотя и другие способы получения микрорельефа, включая бионанотехнологии, могут найти практическое применение.

Данный проект находится в стадии формирования новой компании, приглашаются инвесторы и специалисты в области нанотехнологий. Формирование команды сейчас требует не столько финансовых расчетов, сколько творческого участия экспертов в области нанотехнологий. Это означает работу на энтузиазме, за счет доли в будущем предприятии. Этот этап НИР (поисковых работ) может занять неделю или месяц, до получения первых положительных результатов в виде силовых эффектов. Это еще не прототип, а всего лишь научная сенсация, лабораторный эффект, имеющий экспериментальное подтверждение. Тем не менее, этот уровень позволить назвать следующий этап проекта ОКР – опытное конструирование, и предложить инвестору участие в проекте по созданию прототипа нового материала, имеющего прикладное значение. Получение инвестиций на втором этапе, от венчурных фондов или ведущих корпораций, например, IBM, при наличии прототипа, не вызывает сомнений. Обсуждение проекта с ними уже идет, интерес и желание работать по данной теме есть. Первые шаги надо делать в направлении поиска и обсуждения технологических решений, позволяющих получить ожидаемый результат.

Nanonewsnet.ru

19.08.2011