Н. А. Назарбаева народу Казахстана

 

 

493 

На  рисунке  3  для  наглядности  представлена  «развернутая»  GHSOM-карта  для  пленки, 

полученной  из  раствора  с  концентрацией  ионов  цинка  0,1  моль/л,  содержит  4  классификационных 

ячейки  с  номерами  2,  3,  4  и  5  для  выделенных  кластеров  максимальных,  минимальных  и 

промежуточных  толщин  пленки.  Области  максимальных  толщин  соответствует  четвертая  ячейка, 

минимальных толщин − третья ячейка. Соответствующие картины сделаны и для других пленок. 

 

 

 

Рисунок 3 − Схема анализа флуктуаций  на пленке, синтезированной из раствора  

с концентрацией  ионов цинка 0,1 моль/л 

 

Эти  графические  результаты  анализа  дополнены  цифровыми  данными  средних  значений 

высоты  и  площади  каждого  кластера.  Таблица  1  суммирует  числовые  характеристики 

классификационных карт ZnO для всех пленок. 

 

 

Таблица 1 

Числовые характеристики классификационных карт ZnO для пленок с  

различной концентрацией ионов цинка 

 

Map2 - промежуточные высоты 

1 cell 

2 cell 

3 cell 

4 cell 

ZnO 

AV_Z 

N_pix 

AV_Z 

N_pix 

AV_Z 

N_pix 

AV_Z 

N_pix 

01 

23.2292 

15100 

21.5173 

12615 

24.7650 

16206 

26.1426 

18727 

03 

13.7521 

18016 

16.0432 

22619 

14.9194 

20458 

17.1034 

22385 

05 

19.2231 

21673 

21.8129 

22711 

24.4442 

22656 

27.1472 

20080 

07 

38.7563 

17315 

44.8898 

17677 

41.8350 

17807 

47.8764 

19204 

Map3 - минимальные высоты 

1 cell 

2 cell 

3 cell 

4 cell 

ZnO 

AV_Z 

N_pix 

AV_Z 

N_pix 

AV_Z 

N_pix 

AV_Z 

N_pix 

01 

13.3609 

5920 

8.4144 

2417 

16.8278 

9338 

19.4842 

12255 

03 

8.3925 

8514 

5.1129 

3080 

10.6273 

12819 

12.3729 

18508 

05 

6.3378 

9444 

10.1353 

10816 

13.5264 

15774 

16.5254 

18871 

07 

25.1319 

10433 

10.0155 

1859 

30.8365 

23812 

35.4301 

21237 

Map4 - максимальные высоты 

1 cell 

2 cell 

3 cell 

4 cell 

ZnO 

AV_Z 

N_pix 

AV_Z 

N_pix 

AV_Z 

N_pix 

AV_Z 

N_pix 

01 

31.7399 

26878 

32.9438 

24462 

34.2904 

18769 

36.0458 

6844 

03 

22.5854 

19893 

24.1615 

14556 

29.3723 

4098 

26.2050 

7231 

05 

46.3182 

5185 

53.9032 

7217 

70.7013 

1333 

60.8215 

3247 

07 

63.5596 

20029 

67.7959 

13821 

79.2848 

5870 

72.5253 

10436 

 

 

 

494 

Map5 - промежуточные высоты 

1 cell 

2 cell 

3 cell 

4 cell 

ZnO 

AV_Z 

N_pix 

AV_Z 

N_pix 

AV_Z 

N_pix 

AV_Z 

N_pix 

01 

27.4088 

20256 

29.6057 

25012 

28.5327 

22409 

30.6534 

24945 

03 

18.1350 

23027 

19.1750 

22933 

20.2280 

23032 

21.2957 

20978 

05 

29.9108 

1250 

32.9054 

28716 

36.3820 

35567 

40.0216 

15590 

07 

50.8391 

20925 

53.6717 

22988 

56.6092 

19794 

59.9485 

18938 

 

Нейросетевой  кластерный  анализ  и  вейвлет  анализ  измерений  тонких  пленок  оксида  цинка 

показали,  что  наиболее  мелкие  кластеры  наблюдаются  у  пленок,  синтезированных  из  раствора  с 

концентрацией ионов цинка 0.3 моль/л. 

Сравнение  данных  компьютерного  анализа  с  данными  рентгеноструктурного  анализа  и 

оптических измерений  

Данные,  полученные  компьютерной  обработкой  данных  АСМ  по  изображению  пленок, 

синтезированных  из  растворов  с  различной  концентрацией  ионов  цинка,  сравнивались  с  данными 

рентгеноструктурного  анализа.    На  рисунке  4  приведены  рентгенограммы  пленок  ZnO,  полученных  

из растворов с концентрацией ионов цинка 0.1 моль/л; 0.3 моль/л; 0.5 моль/л и 0.7 моль/л 

 

 

Рисунок 4 − Кривые интенсивности для тонких пленок ZnO,  полученных  из растворов  

с концентрацией ионов цинка 0.1 моль/л; 0.3 моль/л; 0.5 моль/л и 0.7 моль/л 

 

Во  всех  спектрах  наблюдается  пик  (002)  в  области  углов  2θ  ≈  34.45°,  что  указывает  на 

преимущественную ориентацию вдоль с-оси, перпендикулярной плоскости подложки.  

С  уменьшением  концентрации  ионов  цинка  в  пленкообразующих  растворах  интенсивность 

пика  (002)  увеличивается  и  достигает  максимума  при  концентрации  0.1  моль/л.  В  таблице  2 

приведены размеры кристаллитов, рассчитанных по формуле Дебая-Шеррера [10]. 

 

Таблица 2 

Размеры кристаллитов в пленках, синтезированных из растворов с различной  

концентрацией ионов цинка в пленкообразующем растворе 

 

D, nm 

C, 

mol/l 

(100)  (002)  (101)  (102)  (110)  (103)  (112)  (004) 

0.1 

- 

24 

- 

- 

- 

- 

- 

29 

0.3 

19 

29 

16 

- 

- 

- 

- 

- 

0.5  

31 

44 

35 

17 

27 

21 

22 

- 

0.7  

38 

45 

37 

20 

32 

18 

21 

- 

 

Исследование структуры пленок оксида цинка показало, что в случае синтеза пленки с высокой 

концентрацией  ионов  цинка  (0.7  моль/л)  наблюдается  формирование  поликристаллической  пленки 

ZnO c размером кристаллитов 18 –45нм (таблица 2) 

 

 

495 

На  рисунке  5  приведено  семейство  спектров  пропускания  для  пленок  оксида  цинка, 

полученных  из  растворов  с  различным  содержанием  ионов  цинка.  На  всех  пленках  видна  высокая 

прозрачность ~ 80% в области длин волн ~350-2500 нм. Наиболее высокая прозрачность (более 90%) 

в  области  0,5-0,7  мкм  наблюдается  у  пленок,  синтезированных  из  раствора  с  концентрацией  ионов 

цинка 0,3 моль/л. 

 

 

 

1 − 0.1 моль/л; 2 − 0.3 моль/л; 3− 0.5 моль/л и 4 − 0.7 моль/л 

Рисунок 5 – Семейство спектров пропускания для пленок, полученных из раствора  

с различной концентрацией ионов цинка 

 

ВЫВОДЫ 

Выполненные реальные исследования по установлению связи морфологических характеристик 

со  структурными  и  физическими  свойствами  тонких  пленок  оксида  цинка  на  основе  детального 

компьютерного  анализа  данных  атомно-силовой  микроскопии  показали,  что  высокотехнологичная 

компьютерная  аналитика  на  основе  сканирующей  зондовой  микроскопии  открывает  новый  путь 

экспрессного анализа и управления экспериментами в тонкопленочных технологиях.  

 

ЛИТЕРАТУРА 

1.  NT-MDT.  Application  notes  [Электронный  ресурс]/ЗАО  «НТ-MDT»  −  Зеленоград,  2009−2012.    − 

Режим доступа: www.ntmdt.com/platform/ntegra. − Дата доступа: 05.07.2012. 

2.  Mathworks  [Electronic  resource]/  Software  company  for  engineers  and  scientists.−  Massachusetts,  U.S.A. 

−1984. – 2012. – Mode of access: www.mathworks.com. – Date of access: 05.07.2012. 

3.  Kohonen  T.    Self-Organizing  Maps,  Springer  Series  in  Information  Sciences:  review/  −  Springer-Verlag, 

2001.Vol 30, 3-rd ed. - 501 p.  

4.  Pampalk E. A new approach to hierarchical clustering and structuring of data with Self-Organizing Maps // 

Intelligent data Analysis Journal. – 2004. − N 8(2).− P. 131−149. 

5.  Аргынова  А.Х.,  Локтионов  А.А.,  Мить  К.А.,  Мухамедшина  Д.М.,  Компьютерные  методы  поиска 

наноструктур в тонких пленках// 7-я международная конференция ICNRP’ 09, Ядерная и радиационная физика, 

НЯЦ РК, 8-11 сент. 2009г. / ред. К.К. Кадыржанов. – Алматы. − 2010. −  С.231−234.  

6.  Локтионов  А.А.,  Аргынова  А.Х.,  Мить  К.А.,  Мухамедшина  Д.М.  Анализ  размеров  кристаллитов  в 

тонких  ZnO  пленках      на  основе  цифровых  данных  сканирующего  зондового  микроскопа//  Сборник  трудов  

трудов    Х  Международной  конференции  «Методологические  аспекты  сканирующей  зондовой  микроскопии» 

(БелСЗМ-2012). − Минск,2012 −  С.322-328. 

7.  Argynova  A.  Kh.,  Loctionov  A.A.,  Mit’  K.A.,  Mukhamedshina  D.M.  Search  for  correlations  between 

morphological  characteristics  and  the  crystallite  sizes  in  thin  zinc  oxide  films//arXiv.org  >  cond-mat  >  arXiv:  1302. 

4821. − 2013. 

8.  Sahal M., Hartiti B., Ridah A., Mollar M., Mari B. Structural, electrical and optical properties of ZnO thin 

films deposited by sol–gel method. // Microelectronics Journal. − 2008.− V. 39. P. 1425-1428.  

9.  Lee Fugal D., Conceptual wavelets in digital signal processing. Space&Signals  Techn. Pub. − 2009. − 374 p.  

10. Курлов А.С., Гусев А.И. Определение размера частиц, микронапряжений и степени негомогенности в 

наноструктурированных  веществах  методом  рентгеновской  дифракции//Физика  и  химия  стекла.  −  2007.− 

Т.33,№3. − С.383-392. 

 

 

 

496 

Mit’ K.A., Argynova A. Kh., Loctionov A.A.,  Mukhamedshina D.M. 

On-line testing of dimensionally structured characteristics of metal oxide films based on  

computer analysis of atomic-force microscope data 

Summaryt. This paper shows the possibility of rapid determination and instant correction of parameters during 

the  technological  process  of  synthesis  of  metal  oxide  films.  Analysis  of  the  AFM-data  matrices  is  performed  using 

continuous  wavelet  decomposition  and  self-organized  classification  methods.  The  resulting  analysis  is  supported  by 

experimental data.  

Key  words:  metal  oxide,  sol-gel  technology,  thin  films,  plasmatic  modification,  atomic-force  microscope, 

dimensionally structured characterization, computer analysis. 

 

Мить К.А., Аргынова А.Х., Локтионов А.А., Мухамедшина Д.М 

Атомдық - күштік микроскоптың деректерін компьютерлік талдаудың негізінде  

тотықтық қабықшаның өлшемдік - құрылымдық сипаттамасын жедел бақылау 

Аңдатпа.  Металлтотықтық  қабықшаларды  синтездеудің  технологиялық  процесстерінде  параметрлерді 

жедел  анықтау  және  жедел  түзету  мүмкіндігі  көрсетіледі.  АСМ  деректерінің  матрицасын  талдау  үздіксіз 

вейвлет түрлендіру және өзіндік ұйымдастырып жіктеу әдістерімен жүргізіледі. Жүргізілген талдау тәжірибелік 

зерттеулердің деректерімен дәлелденеді. 

Түйінді  сөздер:  металлтотықтары,  золь  -  гель  технологиясы,  жұқа  қабықшалар,  плазмалық  жаңарту, 

атомдық - күштік микроскоп, құрылымдық - өлшемдік сипаттамалар, компьютерлік талдау. 

 

 

УДК 662.998:658.562:006.354  

 

Селяев В.П.

2

, Нурлыбаев Р.Е.

1

, Кечуткина Е.Л.

3 

1 

Казахский национальный технический университет имени К.И. Сатпаева, 

г.Алматы, Республика Казахстан 

rusya_nre@mail.ru 

2, 3 

Мордовский государственный университет имени Н.П. Огарева 

г.Саранск, Россия 

 

 

ПЕРСПЕКТИВА ПРИМЕНЕНИЯ НАНОМАТЕРИАЛОВ И НАНОТЕХНОЛОГИЙ В 

СТРОИТЕЛЬСТВЕ 

 

Аннотация.  Новый  цикл  инновационного  развития  строительного  материаловедения  инициирован 

созданием  нового  направления  в  области  фундаментальных  знаний  -нанонауки.      Международный  стандарт  

«Терминология  для  нанотехнологии»,  принятый  в  2006  г.  предлагает  фундаментальные  проблемы  науки  о  

веществах,  материалах,  функциональных  устройствах  в  нано  –  размерном  состоянии  выделить  как 

самостоятельную область знания под названием нанонаука. 

Ключевые слова: диатомит, минеральное сырье, теплопроводность, технология, ограждающие  панели, 

золь-гелевая технология,теплоизоляционные  панели. 

 

Введение. 

Возникновение  нанонауки  и  наноинженерии  дает  возможность  понять,  контролировать, 

управлять процессами  формирования  структуры  строительных  материалов на  наноразмерам  уровне. 

Физические  свойства  и  поведение  отдельных  частиц  имеют  структурные  особенности  в  области  1  - 

100 нанометров и участвуя в формирование  структуры они придают материалу новые качественные 

изменения, которые не могут быть объяснены  традиционными моделями и теориями. 

Установлено, что при высокой степени  измельчения существенно изменяются: механические, 

оптические, магнитные, химические свойства практически всех веществ, механизмы взаимодействия 

частиц.  Начинают  действовать    законы  самоорганизации    сложных  систем.  Поэтому  при 

формировании  структуры  наноуровня  традиционные    технологические  приемы    активации,  

уплотнения, формирования структуры оказываются  не эффективными. 

В  настоящее  время    проводятся  обширные  фундаментальные  и  прикладные  исследования  по 

изучению  механизмов,  законов  формирования  микро-,  субмикро-  и  наноструктур  в  металлах, 

промышленных сплавах, полимерных и цементных  композитах [1, 2, 3, 4, 5]. 

Развитие нанотехнологий в строительном материаловедение  ставит целый ряд новых задач: 

-  создание    доступных  технологий  получения  наноразмерных  частиц  (частиц  с  одним  из 

размеров  менее 100 нм=0,1 мкм)  из разных материалов; 

 

 

497 

-  изучение  физико-химических    свойств  (механических,  оптических,  магнитных,  химической 

активности,  прочности,  деформативности),  их  зависимость    от  размера  частиц,  окружающей  среды, 

напряженности силовых, электрических, магнитных полей; 

-  управление  свойствами  композиционного  материала,  формирование  в  нем  принципиально 

новых свойств, за счет направленного изменения его структуры на наноразмерном уровне. 

Следует  отметить,    что  человечество    неосознанно  использовало  наноразмерные  частицы  в 

технологии  строительных  материалов  еще  в  глубокой  древности,  например,  в  римском  бетоне  в 

качестве наполнителя применяли донный ил; окраска  древнеримских стеклянных ваз производилась 

с  применением  нанокластеров  частиц  золота;  пылевидные  частицы,    осаждаемые  в  воздушных 

фильтрах  успешно применялись для изготовления композитов и т.д. [6]. 

Материалы и методы исследования.  

Наночастицы  получают  различными  методами:  механическим  измельчением  твердого 

материала или диспергированием жидкого; химическим; вакуумном  осаждением; золь-гель-методом;  

гидротермическим синтезом;  пиролизом. 

Механическое  измельчение    производят  в  основном  с  помощью    планетарных  шаровых  

мельниц.  Мощное воздействие ускоренных измельчающих шаров  на материал  позволяет  получать 

в лабораторных условиях  порошки с размерами частиц до 50 нм. 

Другой  распространенный  метод  получения  порошков    наночастиц    -  диспергирование 

расплавов    потоком  жидкости  или  газа.  Этим  методом  получают  порошки    металлов,    сплавов, 

горных  пород,  шлаков.  Расплав  твердого  тела    распыляется  при  помощи  диска,    вращающегося    со 

скоростью  20 000  об/мин.  В  зависимости  от  скорости    охлаждения  расплава,  его  вязкости, 

поверхностного  натяжения,  химического  состава,  скорости  вращения  диска,    температуры  расплава 

можно  получать  порошки  из  наноразмерных  частиц  различной  формы.  Диспергирование  расплавов 

потоком инертного газа  лежит в основе метода газовой атомизации [3, 6]. 

Механические  методы  изначально  создавались  для  получения  порошков  с  микронными 

размерами  частиц.  Для  получения  частиц  наноразмерного  уровня    они  оказались  слишком 

энергозатратными.    Поэтому  серьезную    конкуренцию  механическим  методам  составляют 

разнообразные  физико-химические    методы  получения    наночастиц.  Среди  них  наиболее  известен 

золь-метод,  основанный  на  принципе    жидкофазного  формирования  золя  твердых  наночастиц. 

Процесс  проводится  в  растворе    реагентов  при  повышенной  температуре.  В  разогретую  смесь  

прекурсора    с  различными  добавками    одномоментно  вводят  второй    реагент.  В  результате 

химической  реакции    образуется  пересыщенный  раствор  целевого  соединения,  быстро  проходящего  

нуклеацию  и  вступающего  в  стадию  роста.  Регулируя  продолжительность    нуклеации  и  роста, 

получают наночастицы с узким распределением по размерам. 

Золь  –  гелевая  технология    получила  широкое  развитие    при  производстве    коллоидного 

кремнезема [6, 7, 8] . 

Для приготовления золей  с высоким  содержанием оксида  кремния  можно использовать водный 

раствор  едкого    натра,  который  катализирует  растворение  кремния  при  70-100

0

С  и  стабилизирует 

получающийся золь с крупностью частиц кремния на уровне размеров 15-45 нм. Этим способом авторы 

получали жидкое стекло  из диатомита [9, 10], из которого затем получали наночастицы кремния. 

Для  строительных  композитов  наноразмерные 

частицы  можно  получать  методом 

гидротермического  синтеза.  Известно,  что  при  повышенных  температурах    и  давлениях  свойства 

воды  существенным  образом  изменяются,  отличаясь  от  тех,  что  она  проявляет  при  комнатной 

температуре. Вода в этих условиях начинает  растворять неорганические соединения. Охлаждая затем  

водные  растворы, удается  получить разнообразные наночастицы,  нанотрубки. 

Наночастицы  за  счет  процессов  самоорганизации  создают  дисперсные  системы  из 

нанокластеров,  наноструктур,  которые    принято  называть  нанопорошками.  В  строительстве 

наибольшее  применение  находят  нанопорошки  на  основе  диоксидов  кремния,  титана,  алюминия. 

Начинает проявляться  интерес к нанопорошкам на основе углерода[6]. 

Нанотехнология  –  совокупность  методов  и  приемов,  обеспечивающих  возможность 

контролируемым  образом  создавать  и  модифицировать    структуры,  включающие  компоненты  с 

размерами  менее  100  нм,  хотя  бы    в  одном  измерении.  Формирование  структуры    наноуровня  дает 

возможность  получить  у  материала  принципиально  новые  и  значительно  улучшить    присущие 

композиту качества. 

Цементные  бетоны  на  первом  этапе  развития  создавались  как  конгломераты,  у  которых 

направленное  формирование  структуры  контролировалось  на  макро-    и  мезоуровне.  Предел 

прочности  на  сжатие  достигал  до  40  МПа.  На  втором  этапе  появились  технические  возможности 

 

 

498 

управлять  процессом  формирования  микроструктуры  бетона.  Это  помогало  создать    бетоны  с 

пределом прочности на сжатие до 80 МПа. 

В  настоящее  время  исследователи    разработали  методы    направленного  влияния    на  процесс 

формирования  структуры  бетона  на  наноразмерном  уровне.  Предел  прочности  цементных  бетонов 

удалось  увеличить  до  200  МПа.  Современный  высокопрочный  бетон  это  композит,  формируемый  в 

целом по принципу «структура в структуре». Оптимизация  составов, структуры и свойств на разных  

структурных    уровнях  открывает  путь  создания  материалов  с  уникальными  свойствами.  Каждому 

структурному уровню соответствуют специфические  структурообразующие факторы. 

В  теории  композиционных  материалов  предлагается  [11]  рассматривать  три  структурных 

уровня;  макро-;    мезо-;  микроуровни.  Крупным    событием  в  материаловедении  явилось  открытие 

явления  самоорганизации    высоконаполненных  дисперсных  систем  с  образованием  структур  на 

микро- и наноуровне. Поэтому особое внимание  исследователей  приковано к изучению механизмов 

формирования структур четвертого уровня-наноструктур. 

В  практических  технологиях  допускается  рассматривать  общую  структуру  бетонов,  как 

композиционных  материалов,  выделением  двух  масштабных  уровней  (макро  и  микро).  Это    вполне 

обосновано,  так  как  формирование  макро-  и    мезоструктуры  определяется  одними  факторами    и 

описывается  общими  законами,    а  микро-  и    наноструктур    другими,  которые  учитывают  процессы  

самоорганизации, более тонкие взаимодействия частиц. 

На  микро-  и  наноуровне    композицию  из  цемента,  воды,  нано-  и    микроразмерных  частиц 

наполнителя  можно  представить  как  диссипативную  неравновесную  систему.    Переход 

термодинамически  неустойчивой  системы  в  равновесное  состояние  происходит  благодаря  

избыточной  поверхностной  энергии  и  сопровождается  образованием  кластеров,  организованных 

структур. Этот процесс самоорганизации  возможен только при формировании структуры на микро- и 

наноуровне.  Формирование  структуры  на  макро-  и  мезоуровне    определяется    иными    факторами  и 

зависит  от  объемных  долей  связующего    и  заполнителей,  плотности  упаковки  последних, 

соотношения их прочностных и деформационных свойств.. 

Процессами  самоорганизации  структур  можно  управлять  путем:    введения  наполнителей 

оптимальной  дисперсности;  изменения  минералогического  состава  наполнителей;  воздействия  на 

вяжущее магнитными, электрическими, акустическими полями.  

Совокупность  перечисленных методов и приемов  обеспечивает возможность направленно влиять 

на процесс самоорганизации, формировать структуры, включающие наноразмерные  компоненты. 

Известно  много  технологических  приемов  формирования  структур  [11,  12].  Особое  внимание 

привлекают 

возможности 

магнитострикционного 

воздействия 

на 

процесс 

формирования 

наноструктур [12, 13]. 

Технология  основана  на  применение  магнитострикционного  эффекта,  который  проявляется  в 

изменение форм   и размеров частиц твердого тела  под действием электромагнитного поля. Эффект 

проявляется  в  тех  случаях,  когда  магнитные  поля    воздействуют    на  частицы  материала, 

отличающиеся  магнитной    восприимчивостью.  Многие  минералы  существующие  в  природе 

магнетики.    Экспериментально  установлено,  что  многие    породообразующие  минералы  имеют 

магнитную  восприимчивость.  Породы  по  магнитной  восприимчивости  можно    по  возрастающей 

расположить    в  следующий  ранжированный  ряд:  осадочные,  кислые  изверженные,  основные 

изверженные,  метаморфические.    Отмечается,  что  максимальная  магнитная  восприимчивость 

характерна  для  наноразмерных  (0,05  мкм)  частиц  [6].    Проявление  именно  этого  свойства  дает 

возможность  с  помощью  переменного  магнитного  поля  управлять  процессом  образования  структур 

наноуровня. Экспериментальные данные о результатах применения  магнитострикционного эффекта 

в строительном материаловедение приведены в работах [13, 14].  

Особый 

интерес 

представляют 

разработки 

технологий 

создания 

материалов 

с  

наноструктурированным    поровым  пространством.  Решение  этой  задачи    позволяет  изготавливать 

утеплители  с  чрезвычайно  малым  значением  коэффициента  теплопроводности,  цементных 

композитов с морозостойкостью до 2000 циклов. 

Основную  роль  в  процессе  передачи  тепла  в  пористых  дисперсных  структурах    играет  газ, 

находящийся в порах. Чем меньше размер пор  и разветвленнее  их  структура, тем раньше в поровом 

пространстве  достигается    условие,  при  котором  исключается    перенос  тепла,  обусловленный 

конвекцией. Так, в  нанопористом материале с размерами пор 10

-8

 м механизм передачи тепла через 

молекулы воздуха практически исключается уже при давлении 100 Па. 

Это  явление    положено  в  основу  создания  вакуумных  теплоизоляционных  панелей,  которые 

состоят из пористого материала  - наполнителя, помещенного в непроницаемую оболочку. 

 

 

499 

Наиболее  перспективными  представляются  материалы  на  основе    кремнегеля  с  частицами 

меньше  5·10

-3

  мм  и  пористостью  до  95%,  а  так  же    перлит.  Наполнитель  обеспечивает 

геометрическую форму панели, ограничивает движение молекул  и их  столкновение, исключает, при 

введение    специальных  добавок,  реализацию  радиационного  механизма    передачи  тепла  через 

наполнитель. 

Оболочка  для вакуумных панелей выполняется из нескольких слоев. 

Очевидно  в  ближайшем  будущем  теплоизоляционные  вакуумные  панели  найдут  широкое 

применение.  Они  являются  экологически чистыми, выдерживают высокие температуры без потери  

защитных свойств, при воздействии высоких температур не разрушаются и не выделяют токсичные 

вещества.  Возможная  область  их  применения  весьма    обширна:  строительство,  криогенная  техника, 

вагоностроение, авиастроение,  кораблестроение,  подводные лодки и т.д. 

Впервые  в  строительной  практике  наноструктурированные  вакуумированные  теплоизоляционные  

панели были применены в 1999 году в Германии г. Вюрцбург. Вакуумные панели можно применять 

как при строительстве новых зданий, так и при их  санировании. Особенно  эффективно применение  

панелей    с  наноструктурированным  наполнителем  для  высотного  строительства.  Предложено 

несколько  конструкционных  решений  наноструктурированных  вакуумированных  теплоизоляционных 

панелей [14, 15]. 

В первом случае  наружным  слоем вакуумных панелей служит стекло, а  внутренним  лист  из 

латонита  или  металла.  Во  втором  случае    наружным  слоем  служит  металлический  лист.  Возможен 

третий  вариант  -    теплоизоляционная  панель  наклеивается    на  стену  и  защищается    вентилируемым 

покрытием.  При  широком  внедрении  вакуумированных  теплоизоляционных  панелей  возможны  и 

другие конструкционные решения. 

Формируя  структуру    наноуровня,    уделяя  особое  внимание  созданию  однородного    порового 

пространства  с  наноразмерными  порами,  появляется  возможность  создания  материалов  с 

неограниченной морозостойкостью. Известно, что вода в порах  наноразмерного диаметра  замерзает 

при температуре  ниже -70

0

 С. Направленно формируя структуру материала начиная с наноуровня до 

макроуровня 

практически 

можно 

получить 

материал 

с 

однородными 

по 

величине  

наноразмернымипорами равномерно  распределенными по объему. 

Наноразмерные частицы имеют такие физические и химические свойства, которые дают право 

рассматривать их как  промежуточное звено между микро и макроразмером, как переходное звено от  

атомарно  –  молекулярного  уровня  к      кристаллическому  строению  частиц.  Поэтому  при  изучении 

закономерностей построения наноструктурнеобходимо  пользоваться  принципами, основанными на 

фундаментальных  законах  физики,  химии,  математики.  Очевидно,  что  вторгаясь  в  мир 

наноразмерных  частиц  и технологий, необходимо пересмотреть подготовку специалистов в области 

материаловедения,  технологий  производства  строительных  материалов.  Знание  законов  физической 

химии,  кристаллографии,  статистической  физики,  математического  моделирования  дадут 

возможность специалисту решать задачи материаловедения на современном  уровне. 

 

ЛИТЕРАТУРА 

1. Вестник российской академии наук. Обсуждение проблем нанотехнологии. Акад. Д.М. Климов, Д.ф.-

м.н. В.И. Раховский. 2003г. htt:// vivovoco.rsl.ru/ VV/JOURNAL/VRAN/SESSION/DISCUSS 

2. Фостер Л. Нанотехнологии. Наука, инновации и возможности. Москва: Техносфера, 2008.-352 с. 

3. Рамбиди Н.Г., Березкин А.В. Физические и химические основы  нанотехнологий. -  М.: ФИЗМАТЛИТ, 

2008.-456 с. 

4. Виктор Балабанов. Нанотехнологии. Наука будущего. Серия: Открытия, которые потрясли мир. 

Издательство: Эксмо, 2009г. Твердый переплет, 256 стр. 

5. Суздалев И.П. Нанотехнология: физико - химиянанокластеров, наноструктур и наноматериалов. – М.: 

КомКнига, 2006. – 592 с. (Синергетика: от прошлого будущему). 

6.  Селяев  В.П.,  Осипов  А.К.,  Писарева  А.С.  Наночастицы,  -  порошки,  -структуры,  -  технологии:  

аналитический обзор. – Саранск: 2010.-84 с. 

7.  Комохов  П.Г.  Золь-гель  как  концепция  нанотехнологии  цементного  композита.  Строительные 

материалы 2006. N9, с. 14-15. 

8.  Король  Е.А.  Использование  нанотехнологий  в  строительстве  и  производстве  строительных 

материалов. Строительные материалы, оборудование, технологии XXI  века. 2008. N2, с. 58-59. 

9.  Селяев  В.П.,  Соломатов  В.И.,  Бочкин  В.С.  Растворимое  стекло,  полученное  «мокрым»  способом  из 

диатомита. Композиционные строительные материалы. Теория и практика: сб. науч. тр. Междунар. науч.-техн. 

конф. – Пенза, 2000.- 42. с. 74-75. 

10. Пыков В.М., Самаринкин В.Н., Селяев В.П., и др. Разработка и исследование материалов и изделий 

на основе  диатомитов Атемарского  месторождения. Актуальные проблемы  строительного материаловедения; 

 

 

500 

тез.докл. III акад. Чтений. –саранск, 1997. – С. 90-91. 

11.  Соломатов  В.И..    Выровой  В.Н.,  Селяев  В.П.  и  др.    Полиструктурная  теория    композиционных 

строительных материалов. Ташкент; ФАН,  1991.-345 с. 

12.  Селяев  В.П.,  Куприяшкина  Л.И.,  Оськин  К.В.  Магнитострикционная  активация  цементного 

вяжущего. Известия высших учебных заведений. Строительство. -2008. – N6 – С. 40-45. 

13.  Селяев  В.П.,  Лукин  А.Н.,  Матросов  А.В.  Влияние    магнитного  поля  на  твердение  полимерных 

композиционных  материалов.  Актуальные  проблемы  строительного  материаловедения;  тез.докл.  III  акад. 

чтений. – Саранск, 1997. – С.108-109. 

14.  Селяев  В.П.,  Травуш  В.И.  Осипов  А.К.  и  др.  Теплоизоляционная  панель.  Пат.98021  РФ  Бюл.  N  30.  

27.09.2010. 

15. Селяев В.П., Травуш В.И., Осипов А.К. и др. Стеновая многослойная панель. Пат. 99041. Бюл.N 31. 

10.11.10. 

 

В.П. Селяев, Р.Е. Нұрлыбаев, Е.Л. Кечуткина 

жүктеу/скачать 35,33 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: