Перспективы применения наноматериалов и нанотехнологий на автомобильном транспорте и в его инфраструктуре

Abstract

Обобщен зарубежный опыт использования нанотехнологий и наноструктурированных материалов в автомобилестроении, на транспорте и в его инфраструктуре. Армирование углеродными нанотрубками (УНТ) полипропилена, который широко применяется как конструкционный материал автомобильной техники, приводит к удвоению его прочности на разрыв. Введение 10 % нанотрубок в алюминий обеспечивает возрастание этого показателя в 6 раз, а добавка 30 % УНТ в сталь – в 7 раз. Высокопрочные композиты созданы на основе фуллеренов С60, С70 и графена. При технологическом использовании наночастиц следует решить проблемы их масштабирования и разработать эффективные методы их введения в металлы и пластики. Нанокаталитический аддитив FaberOxTM и его аналоги вводятся непосредственно в моторное топливо и повышают энергетическую и эксплуатационную эффективность работы ДВС, снижают образование отложений в камере сгорания и выпускной системе, сокращают расход топлива, уменьшают эмиссию токсикантов с отработавшими газами (ОГ). С помощью нанотехнологий удается решить одну из основных проблем применения топливных элементов в электромобилях – обеспечение безопасного хранения водорода (Н2). Экспериментально установлено, что наиболее эффективный и надежный способ – заполнение Н2 жгутов УНТ (максимальная степень заполнения 8,5 % масс). Вторую проблему – замену дорогостоящих платиновых электродов на соли металлов решили специалисты британской фирмы ACAL Energy. Совместное использование теоретических исследований и практических достижений трибологии и нанотехнологии позволяет применять трение не как разрушительное явление природы, а как самоорганизующийся созидательный процесс, в том числе для безразборного сервиса автомобилей. Проанализированы составы и эксплуатационные свойства нанопрепаратов автохимии. Обсуждены аналитические возможности химических и электрохимических сенсоров для экомониторинга токсикантов (SO2, СО, NH3, H2S, NO, NO2, CO2), обусловленных автомобильным транспортом. Графен перспективен как сенсор, так и идеальный газовый барьер для токсикантов ОГ. Рассмотрены, имеющие большие потенциальные возможности, принципы моделирования и конструирования наноустройств, нанодвигателей и наноавтомобилей. В настоящее время созданы первые модели наноавтомобилей размером всего 34 нм. Foreign experience of nanotechnologies and nanostructured materials application in the automobile production, on transport and its infrastructure is summarized. Reinforcement by carbon nanotubes (CNT) of the polypropylene widely used as a constructive material of the automotive engineering leads to its tensile strength doubling. Introduction of 10 % of nanotubes in aluminum provides an increase of this indicator in 6 times and CNT addition of 30 % in steel – in 7 times. High-strength composites are made on the base of fullerenes С60, С70 and graphene. At the manufacturing application of nanoparticles, problems of their scaling must be solved and effective methods of their introduction in metals and plastics must be developed. Nanocatalytic additive FaberOxTM and its analogs are introduced directly in automobile fuel and increase power and operational efficiency of the internal combustion engine, reduce sediment formation in the combustion chamber and exhaust system, fuel consumption, decrease emission of toxicants with exhaust gases (EG). With the help of nanotechnologies, one of the main problems of fuel cell application in electric vehicles can be solved – to provide safekeeping of hydrogen (Н2). It has been found experimentally that the most effective and reliable method is to fill Н2 bundles by CNT (maximum degree of fill is 8,5 % mass.) The second problem is the substitution of expensive platinum electrodes for metal salt. It was solved by specialists of the British firm ACAL Energy. Sharing of theoretical researches and practical achievements in tribology and nanotechnology allows to apply friction not as destructive natural phenomenon but as self-organizing creative process for automobiles without dismountable service as well. Compositions and service properties of automobile chemistry nanopreparations are analyzed. Analytical abilities of chemical and electrochemical sensors for ecomonitoring of toxicants (SO2, СО, NH3, H2S, NO, NO2, CO2) caused by automobile transport are discussed. Graphene is perspective both as a sensor and as an ideal gas barrier for EG toxicants. Existing large modelling and designing potentialities of nanodevices, nanoengines, nanoautomobiles are considered. At present, the first models of nanoautomobiles with the size of 3–4 nm are made.