Нанотехнологии

О направлении

 

Нанотехнологии в космической отрасли применялись задолго до появления самого этого термина. Ярким примером может служить  использование солнечных батарей, как нанообъектов, на спутниках, космических станциях и межпланетных кораблях.

 

ФГУП ЦНИИмаш, являясь головной организацией Федерального космического агентства по разработке концепции создания ключевых элементов и технологий ракетно-космической техники, участвует также и в создании технологической базы наноиндустрии. В 2011 г. руководство института представило предложение в Правительство Российской Федерации о включении газодинамической установки У-13ВЧП с индукционным нагревом газа в формирующуюся национальную нанотехнологическую сеть.

 

Установка У-13ВЧП

Установка У-13ВЧП

Испытуемые образцы

Испытуемые образцы

 

 

История

 

1982

 

В этом году была создана уникальная, не имевшая аналогов газодинамическая установка У-13ВЧП с высокочастотным индукционным плазмотроном мощностью 1 МВт.

 

Безэлектродный способ нагрева и большие размеры плазменной струи дали возможность проводить исследования многоразовой тепловой защиты аппаратов типа «Буран», «Гермес», «Хотол» и отработку штатных образцов плиточной теплозащиты орбитального корабля «Буран».


Фотография из сети интернет

Фотография из сети интернет

 

Важной характеристикой теплозащитного материала в условиях спуска аппаратов типа «Буран» является его каталитичность по отношению к рекомбинации атомов кислорода и азота. Эта характеристика существенно влияет на тепловые потоки к поверхности летательного аппарата. Наличие тонкой (наноразмерной) каталитической пленки позволяет снизить тепловые потоки до 3 раз. Применительно к установке У-13ВЧП была разработана методика определения каталитической активности теплозащитных материалов при рекомбинации атомов кислорода и азота. Полученные экспериментальные данные о каталитической активности углерод-углеродного и плиточного теплозащитного материала были подтверждены лётными испытаниями.



1988

 

За работы по созданию газодинамической установки У-13ВЧП с высокочастотным индукционным плазмотроном и проведение исследований на нём в обеспечение отработки теплозащитных материалов для орбитального корабля «Буран» сотрудники ЦНИИмаш В.П.Данилов, Г.Н.Залогин, Л.А.Кузьмин, В.А.Черваков совместно с сотрудниками организаций «Агат», НПО «Энергия», НИЦ имени М.В.Келдыша, ИПМ РАН были удостоены Государственной премии СССР.

 

Г.Н. Залогин

Г.Н. Залогин

Л.А. Кузьмин

Л.А. Кузьмин

В.А. Черваков

В.А. Черваков

 

2004

 

Начиная с этого года на газодинамической установке У-13ВЧП ведутся исследования по отработке технологий получения наноструктурированных материалов и покрытий.

 

В разрядной камере плазмотрона температура создаваемой плазмы может достигать ~10000-11000 К, что позволяет диспергировать до атомарного уровня любое известное вещество, вводимое в поток плазмы. Осаждая пары исходных продуктов и катализаторов на поверхности подложек (элементов изделий) можно получать различные наноструктурированные материалы и покрытия. Так как плазменный поток в этом плазмотроне получается безэлектродным способом, т.е. не содержащим паразитных примесей, это позволяет получать высокочистые наноматериалы. В качестве исходных продуктов могут применяться химические вещества в различных агрегатных состояниях (мелкодисперсные порошки, газы и жидкости). Большим преимуществом установки является также простота приготовления смеси исходных материалов. В плазменный поток, например, может подаваться смесь порошков различных компонентов в произвольных пропорциях. Плотность мощности, подводимая к частицам испаряемого вещества в потоке аргона достигает 1000 Вт/см2, а в потоке гелия 3000 Вт/см2, что превосходит примерно в 6 раз величину, достигаемую в самых мощных в мире высокоскоростных ионно-плазменных магнетронных распылителях. В процессе эксперимента можно определять состав исходного продукта спектральными методами, контролировать давление и энергию плазменного потока, измерять температуру подложки с помощью тепловизора. Большая производительность установок с ВЧ-плазмотронами, практически неограниченный ресурс работы, связанный с отсутствием электродов, позволяют построить непрерывный технологический процесс промышленного получения наноструктурированных материалов и покрытий.

 

Сотрудники отдела теплообмена, аэрофизики и нанотехнологий ЦНИИмаш во время проведения экспериментов. 2010 г.

Сотрудники отдела теплообмена, аэрофизики и нанотехнологий ЦНИИмаш во время проведения экспериментов. 2010 г.

  

Основные достижения

 

Разработаны экспериментальные методики получения углеродных наноматериалов и покрытий, получены два патента на установку и способ получения фуллереносодержащей сажи.

 

Изображения тонкостенных углеродных нанотрубок с использованием просвечивающего электронного микроскопа

Изображения тонкостенных углеродных нанотрубок с использованием просвечивающего электронного микроскопа

 


Проведены экспериментальные исследования по нанесению покрытий тугоплавких металлов (Cu, Mo, Ni, W), Si, TiN, TiO2 на различные материалы (медь, железо, сталь, алюминий, текстолит).

 

Топология W-покрытия на алюминиевой подложке

Топология W-покрытия на алюминиевой подложке

 


Микрофотография Si-покрытия на алюминиевой подложке

Микрофотография Si-покрытия на алюминиевой подложке

 


Топология образцов TiO2 на стали

Топология образцов TiO2 на стали

Инактивация дрожжевых клеток наночастицами диоксида титана

Диоксид титана обладает бактерицидными и вирулицидными свойствами в отношении различных групп микроорганизмов. Наночастицы диоксида титана можно использовать как в виде суспензированных частиц, так и нанесённых на подложку.

В институте нано- и биотехнологии (Тверской государственный технический университет) были проведены исследования по изучению инактивирующего действия наночастиц диоксида титана (образцы получены в ЦНИИмаш) на микроорганизмы. В качестве модельной культуры использовали дрожжи рода Candida. Полученные результаты свидетельствуют о снижении количества живых дрожжевых клеток в опытной суспензии по сравнению с контролем. По окончании проведения опыта было зарегистрировано, что инактивация дрожжевых клеток происходит непосредственно на пластинах с наночастицами титана. При определении жизнеспособных клеток на поверхности пластины было обнаружено, что практически все они мертвы (степень обезвреживания - 90-95%).

На основании инактивирующих свойств наночастиц диоксида титана могут быть разработаны современные методы обеззараживания, безвредные для окружающей среды и человека.

 

Разработаны дистанционные методы контроля технологических параметров процесса синтеза наноматериалов и нанесения покрытий.

 

 

 

Дипломы, полученные на международных выставках




 

Контакты

 

Главный научный сотрудник Красильников Артур Владимирович

Тел.: 8 (495) 513-54-67.

Факс: 8 (495) 513-41-00.

E-mail: krartur@mail.ru.

Справочная информация

 

 

Контактная информация

Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский институт машиностроения" (ФГУП ЦНИИмаш)

Россия, 141070, Московская область, г.Королёв, ул.Пионерская, д.4

т. (495) 513-59-51
ф. (495) 512-21-00

e-mail: corp@tsniimash.ru
© 2000-2017 ФГУП ЦНИИмаш
На печать Карта сайта На главную