Современные наноматериалы

В отраслевой лаборатории «Ультрадисперсные (нано-) материалы» под руководством Петрунина В.Ф. получены уникальные результаты по созданию наноструктурированной керамики для различных сфер практического применения. На основе изготавливаемых химическим способом нанокристаллических оксидных порошков отработаны способы получения нанокерамики с помощью горячего и магнитно-импульсного прессования, а также ультразвуковым воздействием. Конструкционная и пористая нанокерамика на основе оксидов редкоземельных металлов позволяет создавать перспективные нейтронопоглощающие элементы (ПЭЛ) для ядерных реакторов, ресурс эксплуатации которых при использовании гафната диспрозия составляет не менее 20 лет, что в несколько раз превышает соответствующий показатель традиционно используемых ПЭЛ из карбида бора. Нанокерамика на основе ZrO2 и Аl203 обладает широкими возможностями для применения в качестве материалов для химического машиностроения, что определяется ее высокой твердостью и химической стойкостью

Для снижения радиолокационной заметности военной техники разработан новый класс высокоэффективных радиопоглощающих материалов (РПМ). Новизна примененного способа формирования РПМ состоит в использовании специфики наноразмерных частиц материалов с высокими значениями диэлектрической проницаемости и магнитной восприимчивости, которая проявляется в увеличении актов взаимодействия и в дополнительном поглощении и рассеивании электромагнитного излучения (ЭМИ) по резонансному и нерезонансному механизмам. Это позволяет при использовании тонких и легких защитных слоев РПМ снизить отражение ЭМИ в несколько раз. Кроме того, разработаны наноструктурные мета-материалы, поглощающие ЭМИ резонансно, которые способны многократно ослаблять отражение излучения в определенной области частот. Разработана и апробирована модель конструкции РПМ, состоящих из нескольких функциональных слоев

Для улучшения характеристик и совершенствования технологии получения топливных таблеток диоксида урана с помощью добавок ультрадисперсных порошков в разработке МИФИ совместно с ВНИИХТ показана возможность снижения температуры спекания на ~200 градусов и/или увеличения размера зерна до 35–40 мкм без ухудшения других характеристик. Характеристики добавляемого ультрадисперсного порошка UO2: средний размер частиц - 350 нм; средний размер кристаллитов - 40 нм; удельная поверхность - 9‚9 м2/г; кислородный коэффициент - 2,15

Для снижения веса транспортно-упаковочных контейнеров, используемых во время перевозки и временного хранения облученного топлива ядерных реакторов, чтобы повысить радиационную безопасность и улучшить экологическую обстановку, совместно с НИКИМТ разработаны боралюминиевые нанокомпозиционные материалы - боралкомы. Для ослабления гамма-излучения добавлен нанопорошок вольфрама, в качестве нейтронопоглощающего материала использованы нанопорошки карбида и нитрида бора. Коэффициент поглощения нейтронов увеличен в 1,5 раза, гамма-излучения в 1,4 раза

Для защиты ценных бумаг и изделий от подделки были разработаны специальные типографские краски, у которых в качестве пигментов использованы нанопорошки. Подобные нанокраски обладают совокупностью трех защитных признаков: магнитные свойства, цвет, ИК-прозрачность

На основании проведенных фундаментальных исследований к физическим причинам специфики материалов в ультрадисперсном (наноструктурированном) состоянии отнесены следующие:

Это вызывает отличие структуры и физико-химических свойств наноматериалов от материалов в обычном крупнокристаллическом или аморфном состоянии. Установлено, что по признаку Л.Д. Ландау — функции распределения атомов ρ(r) — наноматериалы имеют промежуточное (между аморфным и кристаллическим) состояние