Inovace a rozvoj studia nanomateriálů na TUL. nano.tul.cz

Inovace a rozvoj studia nanomateriálů na TUL

nano.tul.cz Tyto materiály byly vytvořeny v rámci projektu ESF OP VK: Inovace a rozvoj studia nanomateriálů na Technické univerzitě v Liberci

Nanomateriály v dopravě Eva Bernardová, Pavel Nechanický, Marián Ďurák

1

Osnova Úvod do problematiky Energetické zdroje Kompozity Technologie výroby tenké vrstvy Pneumatiky, skla, karoserie Katalyzátory palivové filtry

Zdroje, prostor pro dotazy 2

Úvod do problematiky • Automobilový průmysl

http://i3.cn.cz/14/1271166433_201004130124_PRG_1.jpg 3

Úvod do problematiky • Financování – Evropa 200 mil€ (1997), 3mld € dnes

• Inovace v oblasti nanotechnologií – Hybná síla hospodářského růstu

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/en/f/fa/Stacks_of_money.jpg 4

Úvod do problematiky Automobilový průmysl

Měřítko vyspělosti států

Nutnost udržení tržní výhody

Vývoj jde stále kupředu

Nutnost použití nových technologií

5

Nanomateriály v dopravě Cíle • Bezpečnější doprava • Omezení negativního vlivu na životní prostředí • Zvýšení časové a finanční efektivity přepravy osob a zboží • Zlepšení návaznosti jednotlivých druhů přepravy • Zajištění špičkové technické úrovně evropských přepravních sítí a systémů 6



Energetické zdroje Alternativní paliva • Bionafta, bioplyn (biomasa) • Biopaliva na bázi alkoholů • Fosilní alternativy (LPG, LNG, CNG) • Vodík • Solární energie

8

Energetické zdroje Biopaliva • Kapalná • Tuhá • Plynná • Dochází k transesterifikaci • Použití katalyzátorů

9

Vodík Nanomateriály opět jako katalyzátory Parní reformování sloučenin bohatých na H • Methanol, ethanol, voda

Přechodné kovy • Co, Cu, Ni, Zn … • Zejména Cu a Co, spinel CuZnAl

10

Senzory Pro uchovávání plynu – CNG a LPG • CNG – stlačený zemní plyn, hůř se vznítí než LPG • LPG – zkapalněný zemní plyn, přetlakové ocelové nádoby

Senzory – ZnO – dobře vede elektrony, zabudování Pd • SnO2 • CdO – zakázaný pás, nízký el. odpor

11

Solární energie • Nanočástice zvyšují rozptyl světla a sílu elektrického pole • Si + Ag – vysoká absorpce – Menší částice – snížení efektivity – Větší částice – větší rozptyl, ale také větší ztráty

12

Solární energie Barevně citlivé solární články • Oddělený transport náboje a fotony vnikají z fotosenzitivního barviva • Oxidy Ti, Sn, Zn • Nanovrstvy lepší než nanočástice

13

Baterie • • • •

Lithium-iontová baterie Až 10x vyšší kapacita Křemík absorbuje ionty lithia Nanopóry

http://www.hybrid.cz/novinky/nanopory-v-kremiku-lithium-iontove-baterie-s-10x-vyssi-kapacitou

14

Reakce probíhající v nanoměřítku Biopaliva na bázi alkoholů • Ethanol • Z cukernatých surovin

Bioplyn • Biomasa • Hnůj • Zplyňování dřeva 15



Kompozity v konstrukci V roce 1980 • Uhelná čerň – výroba pneumatik

Propylen – obvodové konstrukce Olefiny s jílovitými plnivy – lehké plasty

17

Nanokompozity • C nanotrubičky – výztuže, vodiče v C kompozitech – Nádrž, blatníky, boční kryty

• CNT – kompozitní materiály – vysoká mechanická a korozní odolnost, nízká hmotnost, antistatické vlastnosti, pevnost v tahu, vysoká elektrická vodivost, mechanická poddajnost 18

Nanokompozity • Často dochází k spojování do svazků, snižuje styčnou plochu • Musí se exfoliovat a dispergovat

19

Nanokompozity Nanokompozity s jílovým nanoplnivem • • • • •

Rozptýlení částic v matrici polymeru Snížení hmotnosti Zvýšení pevnosti v tahu Tepelná stabilita Samozhášecí přísady

2001 Toyota – 60 % lehčí, dvakrát odolnější proti poškrábání a promáčknutí 20



Technologie výroby tenké vrstvy • CVD – Chemical Vapour Deposition – Chemicky reaktivní plyny

• PVD – Physical Vapour Deposition – Pevný materiál • Odpařením • Odprášením 22

Chemical Vapour Deposition • • • • • •

Chemicky reaktivní plyny Teplota 900 – 1100 °C Vznik vrstvy heterogenní reakcí Nízké náklady Toxicita Vysoká adheze a odolnost vrstev

23

24

PVD • • • • •

Pevný terč Za 150 – 500 °C Netoxické Přesná tloušťka vrstev Kombinace vrstev

25

Napařování • Odpaření terče – Elektronovým svazkem – Obloukovým výbojem – Pomocí laseru

• Kondenzace na substrátu

26

Naprašování • • • •

Rozprašování materiálu ionty plynu Ionty urychleny el. polem Vytrhávány atomy terče Kondenzace na substrátu

27

28

DLC • • • •

Diamond-like carbon Mnohem levnější Amorfní uhlík sp3 Tenké ochranné vrstvy

29

DLC • • • •

Mechanická tvrdost Modul pružnosti Chemická inertnost Biokompatibilita

30

Použití • Automobilové a závodní motory – Formule 1, Ducati

• Implantáty • Formy pro vstřikování plastů • Textilní stroje

31

Použití u motorů • • • • •

Zvýšení ceny dílu o 10 – 20% Snížení tření o 15% Úspora paliva Snížení emisí CO2 Spolehlivost

32



Pneumatiky • Uhelná čerň nahrazena nanočásticemi jílovitých polymerů – proti otěru • Nanopovlaky - snížení hmotnosti • Nanostrukturované saze – prodloužení životnosti, snížení spotřeby

rusnanotech08.rusnanoforum.ru

34

Sklo

http://motoweb.sweb.cz/index_soubory/image1774.jpg 35

Sklo Nanoglass – „tekuté stěrače“ • hydrofobní vlastnosti skla – „perlový efekt“ • Při rychlostech větších než 60km/h kapky „utíkají“ ze skla • V zimě snazší odstraňování námrazy • V létě snazší odstraňování hmyzu

http://www.nanoglass.cz/ 36

Sklo Vhodné čistící pomůcky • Gumová stěrka (stěrač)

Nevhodné čistící prostředky a pomůcky • čističe obsahující velké množství alkálií, chlóru a bělidla • koncentrované čističe odpadů • mechanické čisticí pomůcky, špičaté a ostré předměty

37

Sklo Životnost ochrany skla • Čelní –průměrně 15tis km (asi 2 roky) • Ostatní- až 50tis km

38

Karoserie • Nanopaint • Laky – samovolné zacelování – Poškrábání – Skvrna

• Křemíkové částice – Husté propojení – větší tvrdost

39

Karoserie • Nanopaint lze aplikovat na: – všechny druhy laků – lakované plasty – imitace chromu na plastu a plast jako samotný – nerezové hliníkové, chromové díly

40

Karoserie Ošetřený povrch karoserie

http://www.janoza.cz/wp-content/uploads/kapota.png 41

Karoserie • Omezení znečišťování – U MHD mimo jiné i posprejování – Posprejovaný povrch se lépe čistí

http://tramvajak.wz.cz/s-vandalismus_soubory/vandalstvi-22.jpg

42

Karoserie • Faktory ovlivňující životnost – správně provedená aplikace odborným pracovníkem – dodržování doporučené údržby ošetřených povrchů – vystavení ošetřených povrchů působení vnějších vlivů během provozu vozidla

43



Katalyzátory Nanočástice Nanočástice aa nanoprášky nanoprášky

Velký Velký povrch povrch pro pro katalytické katalytické procesy procesy

Snižují Snižují emisí emisí nebezpečných nebezpečných látek látek 45

Katalyzátory • Homogenní katalyzátory – nerecyklovatelné – Kovy alkalických zemin, přechodné kovy … – MgO

• Heterogenní – Al2O3 – pevný nosič – sloučeniny bazického charakteru • Biokatalyzátory – na pevný nosič – Nosič – oxid železnatoželezitý – Katalyzátor – lipáza 46

Katalyzátory • Mazda – snížení potřeby drahých kovů o 70 - 90 % • Zabránění migraci – nesnižuje efektivitu katalyzátoru • Nanoklastry – nízká cena, vyšší tepelná stabilita, odolnost vůči deaktivaci, vyšší účinnost

47

Katalyzátory • Obecně se snaží vývoj o dvě věci – Maximalizace aktivních míst – Vytvoření nových struktur pomocí nových materiálů

• Nanočástice Pt o 50 % levnější • Nanočástice Au rozkládají oxidy již za studena

48

Katalyzátory • Další prvky používané jako katalyzátory: – Wolfram – Nikl – Paladium – Molybden – Thalium

• Kapalné katalyzátory – (Fe/Al2O3), vyšší účinnost, nižší exhalace 49

Palivové filtry • • • • •

Vysoká pórovitost Nízká hmotnost Hydrofobní Filtrace nečistot, vody, prachu 2 vrstvy – Polypropylenová – pevné částice – Dvojitá nanovlákenná vrstva – hlavní filtr

50

Palivové filtry • Nutnost zvýšení výkonu ventilátoru – nižší průtok vzduchu přes filtr • Problém je ukotvení – negativní vliv na lidské zdraví • TiO2 – fotokatalitycký, antibakteriální

51

Osnova Úvod do problematiky Energetické zdroje Kompozity Technologie výroby tenké vrstvy Pneumatiky, skla, karoserie Katalyzátory palivové filtry Zdroje, prostor pro dotazy 52

Zdroje • • • • • • • • • •

http://projekt150.ha-vel.cz/ http://www.tribotechnika.sk/tribotechnika-32011/pouziti-novych-nanomaterialu-v-tribotechnice.html http://www.petroleum.cz/zpracovani/zpracovani-ropy-43.aspx http://hn.ihned.cz/c1-40738410-jak-se-dela-ceske-nano http://motoweb.sweb.cz/index_soubory/nanotechnologie.html http://www.mmspektrum.com/clanek/dlc-povlaky-do-formule-1.html http://webzam.fbmi.cvut.cz/hozman/TPR/20112012/Z_Badalcova.pdf http://en.wikipedia.org/wiki/Physical_vapor_deposition http://www.ateam.zcu.cz/tenke_vrstvy_fel_1.pdf http://projekt150.ha-vel.cz/node/132

53

Děkujeme za pozornost • Prostor pro dotazy

54

Inovace a rozvoj studia nanomateriálů na TUL. nano.tul.cz

Recommend Documents