Cамоочищающаяся нанотрава

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение Бутурлиновская средняя общеобразовательная школа

Самоочищающаяся нанотрава и «эффект лотоса»

Работу выполнил:

Пучнин Артём,

обучающийся 6 «Г» класса

 МБОУ Бутурлиновская СОШ

Руководитель:

Романцова Людмила Николаевна, учитель биологии

МБОУ Бутурлдиновская СОШ

г. Бутурлиновская, 2016

Введение

 Нанотехнологии сегодня – передовой край науки и техники. Как отмечается, нанотехнологии открывают большие перспективы при разработке новых материалов, совершенствовании связи, развитии биотехнологий, микроэлектроники, энергетики и вооружений.

Нанотехнологии дают возможность создавать поверхность, похожую на массажную микрощётку. Такую поверхность называют нанотравой, и она представляет собой множество параллельных нанопроволок (наностержней) одинаковой длины, расположенных на равном расстоянии друг от друга (рис. 52).

Рисунок 52. Электронная микрофотография нанотравы, состоящей из кремниевых стержней диаметром 350 нм и высотой 7 мкм, отстоящих друг от друга на расстоянии 1 мкм.

Капля воды, попав на нанотраву, не может проникнуть между нанотравинками, так как этому мешает высокое поверхностное натяжение жидкости. Ведь для того, чтобы проникнуть между нанотравинками, капле надо увеличить её поверхность, а это необходимы дополнительные энергетические затраты. Поэтому капля «парит на пуантах», между которыми находятся пузырьки воздуха. В результате, силы прилипания (адгезии) между каплей и нанотравой становятся очень малы. Это значит, что капле становится невыгодно растекаться и смачивать «колючую» нанотраву, и она сворачивается в шарик, демонстрируя очень высокий краевой угол , который является количественной мерой смачиваемости (рис. 53).

Рисунок 53. Капля воды на нанотраве.

Чтобы смачиваемость нанотравы сделать ещё меньшим, её поверхность покрывают тонким слоем какого-либо гидрофобного полимера. И тогда не только вода, но и любые частички никогда не прилипнут к нанотраве, т.к. касаются её лишь в нескольких точках. Поэтому и частицы грязи, оказавшиеся на поверхности, покрытой нановорсинками, либо сами сваливаются с неё, либо увлекаются скатывающимися каплями воды.

Самоочищение ворсистой поверхности от частиц грязи называют «эффектом лотоса», т.к. цветы и листья лотоса чисты даже тогда, когда вода вокруг мутная и грязная. Происходит это из-за того, что листья и цветки не смачиваются водой, поэтому капли воды скатываются с них, как шарики ртути, не оставляя следа и смывая всю грязь. Даже каплям клея и мёда не удаётся удержаться на поверхности листьев лотоса.  «Эффект лотоса» возник в результате сложных эволюционных процессов, направленных на повышение способностей растений к выживанию. Дело в том, что загрязнение листьев как неорганическими веществами, так и бактериями, способно нарушить естественные биологические явления, имеющие место на поверхности. Ведь поверхность любого листка – это комплексная система, обладающая возможностями терморегулирования, фотосинтеза, водно-солевого обмена и др. Таким образом, с помощью "лотос-эффекта" растения защищают себя от размножения и паразитирования спор, загрязнения любыми веществами. Поверхности таких особых растений способны проявлять уникальные гидрофобные возможности, благодаря которым любая жидкость не задерживается, а стекает с них, увлекая за собой и загрязнения. Частицы грязи при этом распределяются по внешней стороне капли воды, не проникая внутрь нее.

Оказалось, что вся поверхность листьев лотоса густо покрыта микропупырышками высотой около 10 мкм, а сами пупырышки, в свою очередь, покрыты микроворсинками ещё меньшего размера (рис. 54). Исследования показали, что все эти микропупырышки и ворсинки сделаны из воска, обладающего, как известно, гидрофобными свойствами, делая поверхность листьев лотоса похожей на нанотраву. Именно пупырчатая структура поверхности листьев лотоса значительно уменьшает их смачиваемость. Для сравнения на рис.54 показана относительно гладкая поверхность листа магнолии, который не обладает способностью к самоочищению.

Рисунок 54. Микрофотография поверхности листьев лотоса и магнолии. Внизу слева схематически показан один микропупырышек. Взято из Planta (1997), 202: 1-8.

Таким образом, нанотехнологии позволяют создавать самоочищающиеся покрытия и материалы, обладающие также водоотталкивающими свойствами. Материалы, изготовленные из таких тканей, остаются всегда чистыми. Есть множество примеров, демонстрирующих широкое применение технологий на основе «эффекта лотоса» , но большинство из них относятся к созданию специальных покрытий для автомобилей – для корпуса, окон, пропитки тентов и пр.Уже производят самоочищающееся ветровое стекло, внешняя поверхность которого покрыта нановорсинками. На таком стекле «дворникам» делать нечего. Есть в продаже постоянно чистые колесные диски для колёс автомобилей, самоочищающиеся с использованием «эффекта лотоса», и уже сейчас можно покрасить снаружи дом краской, к которой бы грязь не прилипала.

Наномат Матовая декоративная краска для внутренних работ на водной основе, разработанная на основе нанотехнологии, хорошо прилипает к любым поверхностям стен, благодаря фотокаталитическому свойству способна к самоочищению при свете.

Особенности: Благодаря особенности фотокаталитического очищения обладает грязеотталкивающим свойством, не допускает образования следов никотина, копоти и нагара. Пятна жира, соуса, карандашей, акварели и т. д. легко смываются с окрашенных поверхностей. Уникальная «умная» краска, разработанная на основе технологии 21 века, всегда сохраняет декоративный матовый вид. Краска хорошо прилипающаяся к любым поверхностям, обладает свойством легкого смывания, не трескается и не осыпается. Благодаря содержанию наночастиц и пористой структуры смолы дает окрашенной поверхности «дышать». Не содержит вредные летучие органические вещества (низкое содержание VOC), безопасна для окружающей среды, не имеет запаха. Легко наносится и обладает превосходной укрывистостью.

Сфера применения: Применяется для окраски стен и потолков внутренних помещений поверх любых красок. Благодаря антибактериальному свойству рекомендуется использование для окраски помещений больниц, отелей, ресторанов, кухни, магазинов, детских садов, школ, офисов и т. д.

Автомобильная краска

Владельцам мерседесов больше не нужно бояться царапин на кузове автомобиля, так как наночастицы краски действуют, как слой микроскопических шариков, заполняя любые полости на поверхности.

Есть множество примеров, демонстрирующих широкое применение технологий на основе «эффекта лотоса» , но большинство из них относятся к созданию специальных покрытий для автомобилей – для корпуса, окон, пропитки тентов и пр.

Заключение

Нанотехнология – без сомнения самое передовое и многообещающее направление развития науки и техники на сегодняшний день. Возможности её поражают воображение, мощь – вселяет страх. С наступлением нового тысячелетия началась эра нанотехнологии. Стремительное развитие компьютерной техники, с одной стороны, будет стимулировать исследования в области нанотехнологий, с другой стороны, облегчит конструирование наномашин.. Больше чем половине  населения городов России знакомо понятие «нанотехнологии». При этом большинство из них относятся к нанотехнологиям позитивно, считая, что они могут изменить жизнь к лучшему. Перспективы нанотехнологической отрасли поистине грандиозны. Нанотехнологии кардинальным образом изменят все сферы жизни человека. На их основе могут быть созданы товары и продукты, применение которых позволит революционизировать целые отрасли экономики. Мир будет просто построен заново. Нанотехнологии – это путь к успеху! Они необходимы для улучшения комфорта жизни человечества.

Библиография

1. Белоглазов И. Н. Наноструктурированные металлы и материалы: актуальность проблематики и перспективность исследований / И. Н. Белоглазов, А. Г. Сырков // Цветные металлы. 2005. № 9. С. 4-5.
2. Ильющенко А. Ф. Проблемы разработки новых материалов для упрочняющих покрытий // Вестник Полоцкого государственного университета. Сер. B, Прикладные науки. 2005. № 6. С. 12-15.
3. Панфилов Ю. В. Наноструктурированные материалы и нанотехнология: анализ современного состояния. Ч. 1 // Нано- и микросистемная техника. 2005. № 11. С. 13-22, 56, 12 ил.
4. Пискунов В. Н. Наноматериалы и нанотехнологии – и наука и фантастика / Пискунов В. Н., Жогова К. Б., Давыдов И. А // Вестн. Саров. Физтеха. 2005. № 8. С. 66-67.