1407

Рис. 7.12. Катализатор в разрезе

Компания Audi использовала нанотехнологии в амортизаторах. В основе системы Magnetic Ride – обычный однотрубный амортизатор. Но заполнен он не обычным маслом, а так называемой магнито-реологической жидкостью – тоже маслом, но с магнитными частицами размером от 3 до 10 нм со специальным покрытием, препятствующим их слипанию друг с другом. Эти частицы занимают около трети объема жидкости. В поршень амортизатора встроен электромагнит, ток в котором плавно изменяется контроллером (провода идут внутри штока). Под действием магнитного поля, создаваемого катушкой, частицы выстраиваются «по струнке», увеличивая вязкость масла в зоне отверстий поршня.

Поскольку степень демпфирования определяется лишь силой тока, привычных клапанов в «магнитном» амортизаторе нет. Из-за этого он работает тише: поток проходящего через каналы в поршне масла ламинарный, а не «взъерошенный» турбулентный, как в традиционных амортизаторах.

Быстродействие системы Magnetic Ride (рис. 7.13) выше, чем у регулируемых амортизаторов с дополнительными электромагнитными клапанами (так, например, устроены амортизаторы Monroe на Volvo S60R): время реакции – 1 мс против 10 мс, а затраты мощности невелики – менее 20 Вт на каждый амортизатор. Причем, в отличие от амортизаторов Monroe, где

161

пропускная способность электромагнитного клапана меняется ступенчато, в системе Magnetic Ride вязкость жидкости изменяется непрерывно – в зависимости от хода подвесок, скорости вращения колес, положения рулевого колеса и даже температуры самого масла.

Рис. 7.13. Принцип работы системы Magnetic Ride

Базовых режима два: «спортивный» и «комфортный». Разработчики справились с проблемой перегрева и абразивного износа узлов и уверяют, что ресурс амортизаторов Magnetic Ride не менее

300 тыс. км.

На рис. 7.14 можно увидеть размещение системы Magnetic Ridе на автомобиле.

В 2006 году фирма Volkswagen предложила план машины, получившей название Nanospyder. Основу автомобиля предполагается изготавливать из миллиарда блоков наночастиц. В случае аварии автомобиль деформируется, не нанося урон находящимся внутри пассажирам.

Швейцарцы стали разрабатывать «подводный» автомобиль. Опыт удался – он был представлен на Женевском автосалоне

(рис. 7.15).

162

Рис. 7.14. Размещение системы Magnetic Ride на автомобиле Audi TT

Рис. 7.15. Автомобиль-подлодка

Это автомобиль-подлодка, элементы которого выполнены на основе углеродных нанотрубок, а салон инкрустирован жемчугом и бриллиантами. Концепт представляет собой первый в мире двухместный родстер, способный передвигаться под во-

163

дой. Движение осуществляется за счет двух водоструйных двигателей, расположенных в «кормовой части». Для удобства водителя и пассажира, которые с головой окунутся в воду (верх автомобиля – открытый), предусмотрено специальное устройство для дыхания, похожее на кислородную маску акваланга.

Нанотехнологии в автомобилестроении используются для усовершенствования практически каждого блока и даже каждой детали – от двигателя до самореза. Например, концепт «автомобиля будущего» от Audi – Virtuea Quattrо, разработанный в центре дизайна Audi/VW в Калифорнии, работает на водороде и рассчитан на одного человека. Автомобиль будет формировать свой внешний облик при помощи голографических изображений, программировать которые сможет сам водитель через многофункциональный интерфейс (рис. 7.16).

Рис. 7.16. Virtuea Quattro

Автомобиль будет способный менять свою форму в зависимости от конкретного запроса водителя. Корпус представляет собой магнитное соединение (металлические наночастицы удерживаются вместе магнитными полями), которое может восстанавливать свою форму по одному клику на брелоке сигнализации или внутри автомобиля. Водитель сможет выбирать тип корпуса авто из нескольких возможных «предустановленных» скинов. Выбор цвета машины неограничен. Магнитные поля помогут концепту мгновенно регенерировать после удара. Пе-

164

редача механической энергии к колесам, по замыслу создателей, осуществляется специальной жидкостью, молекулы которой приводятся в движение электростатическими наномоторами. Четыре поворотных колеса позволят автомобилю разворачиваться на месте и парковаться боком.

Ограниченное пространство городских улиц и вертикальная архитектура требуют от автопрома создания новейших автомобилей, которые смогут выжить в этих условиях. Инновационные решения автопроизводители находят в биомимикрии [28].

Компания Toyota Biomobile Mecha разработала четыре нанолазерных колеса, которые легко приспосабливаются к любой трассе. Концепт Mecha также исполняет функцию мусорщика, собирая и используя рассеянные в воздухе частицы вредных газов: двигаясь, автомобиль попутно очищает атмосферу. Колеса из практически нематериальных «нанолазеров» позволят автомобилю ездить в любом направлении и с любым наклоном, а корпус сможет трансформироваться в соответствии с дорожными условиями, увеличиваясь или сжимаясь в размерах и не снижая аэродинамических свойств автомобиля.

Наноавтомобиль будущего, способный ездить на поверхности золота, представлен на рис. 7.17.

Рис. 7.17. Автомобиль будущего

Автомобиль в исходном состоянии представляет собой небольшой эллипсоид из ферромагнетика – лужицу жидкого металла, которую гораздо легче хранить, нежели полноразмерный автомобиль.

165

Не приходится сомневаться в том, что со временем все без исключения детали автомобиля будут нести на себе отпечаток нанотехнологического вмешательства. Такие автомобилистанут:

–доступными (нанотехнологические методы производства позволяют создавать товары и услуги с низкой себестоимостью;

вавтомобилях будущего основной составляющей цены будет являться бренд);

–комфортными (более совершенная работа механических частей, улучшенная шумо- и виброизоляция на основе наноструктурированных материалов, эргономичный салон);

–эффективными (повышение средней скорости движения автомобилей, повышение КПД использования энергии, необходимой для перевозки людей и грузов);

–интеллектуальными (широкое внедрение информационных систем во все узлы и компоненты автомобилей, принятие автомобилем все больших функций водителя на себя);

–безопасными для человека и окружающей среды (новые

экологически чистые силовые установки, в том числе на топливных элементах, качественно новый уровень пассивной и активной безопасности для водителя, пассажиров и пешеходов, широкое использование в конструкции автомобиля биодеградируемых материалов, а с созданием дисассемблеров – возможность стопроцентной утилизации устаревших автомобилей).

7.8. Нанотехнологии в автохимии

Совместное применение теоретических положений и практических достижений трибологии (греч. tribos – трение, logos – наука; изучает контактное взаимодействие твердых тел при их относительном движении, включая весь комплекс вопросов трения, изнашивания, смазки) и нанотехнологии позволяет использовать трение не как разрушительное явление природы, а как самоорганизующийся созидательный процесс, в том числе для безразборного восстановления агрегатов и узлов техники в процессе их непрерывной эксплуатации. Под безразборным сервисом подразумевается комплекс технических и технологических

166

мероприятий, направленных на проведение операций технического обслуживания и ремонта узлов и механизмов с применением передовых разработок химической промышленности без проведения разборочно-сборочных операций. Безразборный сервис может включать операции обкатки (приработки), диагностики, профилактики (сезонной подготовки), автохимического тюнинга, очистки и восстановления как отдельных соединений, так и агрегатов и механизмов в целом. Теоретическими предпосылками безразборного сервиса (восстановления) явились исследования в теории самоорганизации, предсказанной бельгийским физиком и физикохимиком русского происхождения И.Р. Пригожиным (лауреат Нобелевской премии по химии 1977 года «за работы по термодинамике необратимых процессов, особенно за теорию диссипативных структур»).

В прикладном плане многие разработки и научные открытия принадлежат российским ученым [29]. К ним в первую очередь относится явление избирательного переноса при трении (эффекта безызносности), открытое и исследованное Д.Н. Гаркуновым иИ.В. Крагельским. Немаловажным в этой области является открытие эффекта пластифицирования поверхностей трения в присутствии поверхностно-активных веществ (ПАВ), сделанное П.А. Ребиндером и его учениками. В 30-х годах XX века П.А. Ребиндер открыл эффект понижения прочности твердых тел (благодаря адсорбции поверхностно-активных веществ), что приводит коблегчению выхода дислокаций. Теоретическую возможность создания условий безызносного трения подтверждает факт открытия в1969 году эффекта аномально низкого трения (АНТ) твердых тел, обнаруженного группой ученых: А.А. Силиным, Е.А. Духовским, В.Л. Тальрозе и др. Ими было установлено, что при бомбардировке полиэтилена и пропилена в вакууме потоком атомов гелия (или некоторыми другими химическими элементами) коэффициент трения уменьшался на два порядка – до значения ниже 0,001 (предел чувствительности измерительной установки), таким образом, можно говорить о его исчезновении. Интенсивность изнашивания приэтом, естественно, резкоснизилась.

167

На основании дальнейших исследований, в том числе во ВНИИ оптико-физических измерений, было выявлено, что при облучении тончайшего поверхностного слоя вещества ускоренными атомами происходит его переход в упорядоченное состояние. Позднее А.А. Силин в своей книге «Трение и мы» (1987 год) пишет: «Экспериментально подтверждалось, что фундаментальной причиной трения служит отнюдь не механическое деформирование дорожки, а адгезионный эффект, сконцентрированный

втончайшем поверхностном слое. Таким образом, опыты с эффектом АНТ в данном случае однозначно подтверждали адгезионную теорию сухого трения. Не исключено, что при этом важную роль играет явление самоорганизации» [30]. Безразборный сервис транспортных средств является развитием исследований

вэтих областях и, как видно из приведенных выше данных, в основном базируется на положениях нанонауки.

Известные автохимические препараты для безразборного сервиса автотракторной техники могут быть отнесены к нанотехнологическим разработкам по трем основным критериям:

1)применение в их составе наноразмерных частиц (ультрадисперсные алмазы, металлические порошки, политетрафторэтилен (PTFE), модифицированный графит и т.д.);

2) применение компонентов, полученных (произведенных) сиспользованием нанотехнологий, например золь-гель-технологии (рекондиционеры);

3) формирование на поверхностях трения вследствие взаимодействия с активными компонентами этих препаратов защитных наноразмерных (наноструктурированных) покрытий и структур.

Несомненно, что все вышеперечисленные свойства в той или иной мере присущи практически всем ремонтновосстановительным препаратам автохимии, применяемым для безразборного сервиса (восстановления) автотехники. В одних случаях они являются определяющими для того, чтобы быть отнесенными к нанотехнологическим препаратам, а в других могут быть отнесены к вспомогательным (дополнительным)

168

эффектам. Например, во всех препаратах наряду с макрочастицами могут находиться и наноразмерные частицы. Следует также отметить тот факт, что практически все вопросы трибологии связаны с изучением процессов, протекающих в поверхностном слое (межфазной границе) контактирующих деталей. При этом самым простым наноматериалом препарата автохимии или автокосметики могут служить фрагменты вещества, измельченные до наноразмерного состояния или полученные каким-то другим физическим или химическим способом, имеющие хотя бы в одном измерении протяженность не более 100 нм и проявляющие качественно новые свойства (физико-химические, функциональные, эксплуатационные и др.). Это могут быть сферические (многогранные) частицы, нановолокна (например, PTFE), пластинки монтмориллонита или иглы серпентина.

Реально диапазон рассматриваемых объектов гораздо шире – от атомов и молекул до их кластеров и полимерных органических молекул, содержащих свыше 100 атомов и имеющих размеры даже более 1 мкм в одном или двух измерениях. Принципиально важно, что они состоят из небольшого числа атомов и, следовательно, вних уже в значительной степени проявляются дискретная атом- но-молекулярная структура вещества, квантовые эффекты, энергетикаразвитойповерхностинаноструктур.

Внастоящее времяразработаныновыематериалы, такиекак: 1. Приработочные препараты на основе наноалмазов (Lubrifilm Di-amond Run In, Fenon Nanodiamond Green Run и др.). Входящие всостав присадок наноалмазы (диаметром 4–6 нм) и кластерный углерод структурируют масляную пленку, увеличивают ее динамическую прочность, действуют на кристаллическую решетку поверхности металла, упрочняя ее, формируют новые поверхности трения, уменьшая граничное трение и износ (особенно при больших нагрузках и дефиците смазочного материала). В результате сокращается время обкатки и оптимизируется качество трущихся соединений, улучшается работа двигателя, экономятся топливо имасло, а также сокращается количество вредных выбросов и об-

легчается запускдвигателя.

169

и восстановления в зоне трения соединений металла с активными молекулами продукта) эти кондиционеры образуют защитный граничный слой (20–40 нм). Защитный слой приобретает пластичные и упругие свойства, антифрикционные качества

иодновременно стойкость к высоким нагрузкам.

3.Рекондиционеры (Old Chap, Tensai). Препараты созданы с применением золь-гель-технологии. Наряду с образованием на поверхностях трения защитных слоев, дополнительно способствуют повышению несущей способности (прочности) масляной

пленки. Полимолекулярная система препарата, включающая

всебя наноразмерные комплексы (кластеры) органических веществ, структурирует граничную масляную пленку и увеличивает адгезию масла к металлу.

4.Восстановительные присадки, или реметаллизанты

(Return Metal, Renom Engine NanoGuard и др.). Содержат масло-

растворимые или порошковые металлоорганические соединения. Реализуют трибохимический («ионный») механизм металлоплакирования поверхностей трения за счет образования (восстановления) на поверхности трения металлосодержащей, наноструктурированной защитной пленки. Присадки способствуют «лечению» нано- и микродефектов поверхностей трения и восстановлению их работоспособности.

5.Геомодификаторы (Fenom nanotechnology, RVS и др.).

Препараты автохимии на основе минералов естественного и искусственного происхождения (нано- и микроуровня) получили наименование «геомодификаторы», «геоактиваторы», «ремонт- но-восстановительные составы» (РВС-технология) или «ревитализанты». Попадая на поверхности трения вместе с маслом или

всоставе пластичной смазки, инициируют процесс формирования на трущихся поверхностях металлокерамической наноразмерной структуры с высокой износостойкостью и малым коэффициентом трения.

170