В данной статье проводится анализ развития достижений в области нанотехнологий. Наноматериалы и нанотехнологии вызвали значительный научный интерес благодаря новым возможностям частиц в нанометровом масштабе, и поэтому в эту сферу были вложены большие средства и усилия. Хотя строительные материалы могут составлять лишь небольшую часть этих общих усилий, они способны принести значительную пользу и вклад в область технологического прогресса. В настоящее время доля нанопродуктов, предназначенных для строительства, на рынке невелика, однако прогнозируется, что в будущем такие продукты будут широко использоваться.
Ключевые слова: нанотехнологии, наноматериалы, строительные материалы,устойчивое строительство.
В современную эпоху стремительного развития науки и технологий строительная отрасль также активно адаптируется к инновационным достижениям. Нанотехнологии позволяют управлять объектами и процессами на наноуровне, что радикально изменяет свойства материалов и открывает путь к повышению их качества.
За последние десятилетия нанотехнологии нашли широкое применение не только в лабораторных условиях, но и в реальном производстве, в том числе в строительстве. Нанотехнологии играют решающую роль в разработке строительных материалов, отвечающих современным требованиям — прочность и долговечность зданий, экологическая безопасность, энергоэффективность. Эти технологии позволяют переосмыслить традиционные методы строительства и выйти на новый качественный уровень.
Сохранение ресурсов и защита окружающей среды — это задачи, требующие новых решений, которые становятся возможны благодаря нанотехнологиям. Таким образом, роль нанотехнологий в строительной сфере имеет не только материальное, но и социальное, экономическое и экологическое значение.
За последние двадцать лет нанотехнологии постепенно сформировались как одна из самых активно развивающихся областей науки и практического применения. Цель данного направления — выявление уникальных свойств наноматериалов и нанотехнологий, а также их использование в повседневной жизни. Доказано, что продукция, созданная на основе нанотехнологий, способна решать множество актуальных проблем строительной отрасли. Речь идет о применении исследований, направленных на улучшение характеристик таких строительных материалов, как стекло, сталь, бетон, изоляционные и другие материалы.
Новые строительные материалы обеспечивают улучшенные эксплуатационные характеристики и упрощают процесс монтажа. Их применение повышает качество жизни человека: снижает уровень загрязнения, экономит энергию и обладает другими полезными свойствами.
Исследования ведутся в области наноcтруктурной модификации как традиционных, так и новых строительных материалов: стали и других металлов, керамики и стекла, полимеров, цементов и бетонов, а также композитных материалов.
Проводятся работы по разработке нанопокрытий различного функционального назначения. В арсенале исследователей — функциональные тонкие пленки и нанопокрытия, многократно повышающие качество материалов: улучшают их оптические и тепловые свойства, долговечность, устойчивость к износу и внешним воздействиям, обеспечивают самоочищение, препятствуют нанесению надписей на стены и обладают другими полезными качествами.
В настоящее время особое значение приобрели сейсмостойкость и способность сооружений выдерживать природные катаклизмы. Одним из важных направлений является мониторинг прочности и долговечности зданий и сооружений.
Также ведутся исследования в сферах экологии, безопасности, энергосбережения и комфорта. Направления исследований включают: новые топливные элементы, энергоэффективное освещение, специальные технологии тепло- и светозащиты, самоочищающиеся и самовосстанавливающиеся материалы.
Несмотря на то что наука о нанотехнологиях является молодой областью, агрегаты и объекты наноразмеров существуют на Земле с момента появления жизни. Например, уникальные механические свойства некоторых биоматериалов — костей и раковин моллюсков — объясняются наличием нанокристаллов кальциевых соединений.
В качестве примера можно привести морское животное — морское ушко, в раковине которого содержатся наночастицы карбоната кальция, соединённые белковым клеевым веществом — это настоящий нанокомпозитный материал.
Одним из самых передовых достижений последних лет является синтез новых форм углерода, таких как фуллерен (C₆₀) и углеродные нанотрубки.
Применение наномодификаторов позволяет изменять свойства материалов, что способствует успешному развитию в следующих направлениях: повышение каталитической активности, настройка чувствительности к определенной длине волны, создание пигментов и красок с самоочищающимися и самовосстанавливающимися свойствами.
Наночастицы также применяются для: улучшения механических свойств пластика и резины, повышения прочности режущих инструментов, увеличения гибкости керамических материалов.
Несмотря на то, что продукция, основанная на нанотехнологиях, приносит множество преимуществ в проектировании и строительстве, ее производство требует значительных энергетических затрат. Поэтому необходимо регулировать строительную отрасль и её характеристики в соответствии с принципами устойчивого развития — это важнейшая и срочная задача.
Для того чтобы строительные проекты стали устойчивыми, энергоэффективными, с минимальными ресурсозатратами и без вреда для окружающей среды, необходимы дополнительные исследования и практические усилия.
В будущем необходимо создать систему, которая позволит определить экологически чистые и устойчивые строительные наноматериалы, чтобы избежать использования вредных веществ. Хотя нанотехнологии приносят значительные выгоды в строительстве, некоторые их аспекты могут нести экологические риски — например, углеродные нанотрубки могут негативно повлиять на легкие рабочих. Это делает нанотехнологии также предметом экологического регулирования в строительной сфере.
Поскольку строительная отрасль является активным участником экономического роста, она использует большое количество ресурсов и энергии, а значит, оказывает значительное воздействие на окружающую среду. В связи с этим регулирование строительной сферы на основе принципов устойчивого развития особенно важно и требует срочной реализации.
Дополнительные исследования и практические шаги необходимы для того, чтобы строительные проекты были устойчивыми, энергоэффективными, экономили ресурсы и не наносили вреда окружающей среде. Также требуется создать систему, позволяющую идентифицировать экологически безопасные и устойчивые наноматериалы для строительства, чтобы в будущем избежать использования вредных веществ.
Литература:
- Гусев Б. В. Проблемы создания наноматериалов и развития нанотехнологий в строительстве // Нанотехнологии в строительстве: научный Интернет-журнал. — М.: ЦНТ «НаноСтроительство», 2009. — № 2. — С. 5–10.
- Ивасышин Г. С. Научные открытия в микро- и нанотрибологии. Феноменологические основы квантовой теории трения // Нанотехнологии в строительстве: научный Интернет-журнал. — М.: ЦНТ «НаноСтроительство», 2010. — № 4. — С. 70–86. — Гос. регистр. № 0421000108.
- Андриевский Р. А. Конференция по наноструктурным материалам NANO-2012 // Российские нанотехнологии. — 2012. — Т. 7, № 11–12. — Ноябрь–декабрь.