ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 07.11.2023
Просмотров: 30
Скачиваний: 2
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
Понятие «нанотехнология» ввел американский физик Ричард Фейман в 1959 году. Размерность наночастиц простирается от 0,1 до 100 нм (1 нанометр — это одна миллиардная доля метра).
Нанотехнологию определяют как технологию производства материалов путем контролируемого манипулирования с атомами, молекулами и частицами сверхмалого размера и получения материалов с фундаментально новыми свойствами. Это своего рода «генная инженерия», но с неживыми объектами. Ничтожно малый размер частиц, формирующих материал, резко меняет его структуру, увеличивает внутреннюю поверхность, приводя к появлению новых свойств. Внутренняя структура, сформированная из наночастиц, придает материалам очень высокую прочность и совершенно новые свойства, отсутствующие при получении материала по традиционной технологии. Например, обычно хрупкая керамика при получении ее по нанотехнологии проявляет пластичность.
Способы получения наноматериалов
Существует два основных подхода в производстве наноматериалов: измельчение материала, имеющего большие размеры до наноразмеров или путем выращивания их из атомов и молекул. Методы получения наноматериалов делятся на механические, физические, химические и биологические. В основе данной классификации лежит природа процесса синтеза наноматериалов. В основе механических методов получения лежит воздействие больших деформирующих нагрузок: трения, давления, прессования, вибрации. Физические методы получения основываются на физических превращениях: испарении, конденсации, возгонке, резком охлаждении или нагреве, распылении расплава. К химическим относятся методы, основным этапом которых являются: электролиз, восстановление, термическое разложение. Биологические методы получения основаны на использовании биохимических процессов, происходящих в белковых телах.
Текстиль на основе наноматериалов приобретает уникальные по своим показателям свойства. В зависимости от вида материала они могут быть следующие: Водонепроницаемость; Повышенная теплопроводность; Реакция на изменения в организме человека или в окружающей среде (последующее изменение свойств в соответствии с этим); Защита от пламени и перегрева и охлаждающие свойства; Антимикробные свойства; Высокая механическая прочность; Грязеотталкивание; Пуле- и ударозащитность.
В структуру любого химического волокна на стадии приготовления раствора или расплава волокнообразующего полимера можно вносить частицы наполнителя наноразмеров. В зависимости от химической природы наночастиц наполнителя будут получаться волокна с разными свойствами.
В качестве нанонаполнителей используют различные формы углерода, природные минералы, оксиды различных металлов (Ti, Mn, Si, Zn и др.). В принципе нет ограничений по введению наночастиц любой природы в структуру волокон.
ПРИМЕРЫ
1. Важная область использования нанотехнологий в текстильной промышленности – это колорирование, то есть крашение и печатание. Цветной рисунок текстильных материалов по определению – нанотехнология. Дело в том, что молекулы или ионы красителей (имеют размеры 2–3 нм) проникают в структуру волокон, и там происходит их самосборка в слои толщиной не более 2–6 нм. В некоторых случаях (класс активных красителей) окрашенное вещество вступает в химическую реакцию с функциональными группами волокон и образует прочную связь с полимером волокна. Можно сказать, что в этом случае формируются единые окрашенные макромолекулы волокна. Окраска становится суперустойчивой к многократным стиркам.
Сейчас нанотехнологи подбираются к формированию устойчивых окрасок вообще без всяких красителей и пигментов. Это так называемая структурная окраска, когда тот или иной цвет возникает за счет структуры, состоящей из отверстий определенного размера и геометрии, образующих «нанокружева» определенного орнамента.
Кружевными наноструктурами можно добиться не только цветного эффекта, но и получить эффект «невидимки». Положительные результаты на опытных образцах получены для производства одежды-невидимки. Эта одежда становится невидимой, например, для приборов ночного видения. Кроме того, были созданы ткани-хамелеоны, которая позволяет человеку слиться с окружающей его средой. Секрет этой одежды в специальном материале (графен), который покрыт миллионами полимерных блоков размеров в 100 микрон. Они позволяют сделать так, что на плащ проецируется все, что находится у человека за спиной.
2. Американские исследователи из университета Клемсона на основе детальных исследований структуры листьев лотоса создали «самоочищающееся» покрытие, которое отталкивает гораздо больше воды и грязи, чем обычные ткани. Принцип действия позаимствован у природы.
Как было установлено, листья лотоса обладают свойством «самостоятельного очищения», их поверхность отталкивает большую часть грязи и воды. Исследователи повторили этот механизм, нанеся разработанное покрытие на волокна ткани. Для этого ткань обработали специальным связующим полимером, который затем покрыли наночастицами серебра, остановив на них свой 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. 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, безвредного для окружающей среды, позволит ткани приобрести ряд полезных свойств: от поглощения неприятных запахов до уничтожения микроорганизмов.
3. Нанотехнологии позволили создать токопроводящие текстильные материалы, которые оказались востребованными не только для военного назначения, но и во многих отраслях мирной жизни. Электропроводящие текстильные материалы дают широкий простор для инноваций в производстве антистатической одежды и электромагнитного экранирования, для снятия заряда или подавления радиополей, а также для производства тканей с подогревом.
Сегодня токопроводящие ткани благодаря нанотехнологиям нанесения металлов – мягкие и легкие материалы, их можно стирать, подвергать химчистке.
Для создания обогреваемой одежды можно использовать не только токопроводящие ткани. Предложено вводить в волокна содержащие парафин микрокапсулы, которые способны поглощать тепло, выделяемое, например, телом лыжника, и, наоборот, отдавать его при перепаде температур и уменьшении теплоотдачи телом.
4. Мода чрезвычайно активно влияет на расширение сфер применения «умного текстиля», предоставляя ему все новые и новые позиции и ниши в ее царстве. Идея выпуска ароматизированных тканей витала в мире моды давно.
Создать ароматные текстильные материалы с мягким ненавязчивым парфюмом пролонгированного действия долго не удавалось. Успех пришел только в конце прошлого века.
Химикам стали известны соединения, которые благодаря своему строению обладают удивительным и важным свойством – способностью к образованию с различными веществами комплексов типа «хозяин-гость», называемых инклюзионными комплексами или соединениями-включениями. Такой комплекс представляет собой соединение, в котором в полость молекулы «хозяина» включена молекула «гостя» без образования прочных химических связей. Подобный комплекс не влияет на физические и химические свойства «гостя», но «хозяин» способен его удержать подле себя определенное время. Подбирая соответствующие габариты «гостя» и «хозяина» и удерживающую силу последнего, можно запрограммировать и рассчитать длительность пребывания «гостя». При создании душистых текстильных материалов «гостями» стали химические соединения, обладающие запахами. Комплексы-включения обладают эффектом пролонгированного действия, и запах способен сохраняться в течение длительного времени.
Большое внимание созданию душистых тканей уделяет компания Woolmark. Она производит свою одежду следующим образом: ароматические вещества подвергаются нанокапсулированию и вводятся в волокнистый материал. Капсулы устойчивы к воздействию влаги, стирке и химчистке, заключенные в них ароматные вещества не испаряются и не разлагаются при действии окислителей. Капсулы активизируются в момент движения или соприкосновения, выделяя скрытые в них ароматы в окружающую среду. Это происходит при одевании или снятии одежды, чистке ковровых покрытий или мебельных тканей.
5. Кроме того, на текстильной основе с помощью полимерных нанокомпозиций – гелей с включением в них широкого ассортимента лекарств, – можно создать композиционный лечебный текстиль, в том числе и для помощи в лечении онкологических больных.
Такие нанокомпозиты на текстильной основе позволяют адресно подводить к раковой опухоли необходимые лекарства. Эти нанокомпозиты, по сути дела, своеобразные депо, куда могут быть включены любые лекарства. Это позволяет улучшить качество жизни онкологических больных и увеличить срок их жизни без рецидивов.