Строительных композитов [2]

Таблица 1

Объект, задачи и предмет технологических платформ производства строительных композитов

ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ПЛАТФОРМА	ОБЪЕКТ И ЗАДАЧИ СТРУКТУРООБРАЗОВАНИЯ, РЕШАЕМЫЕ В ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ПЛАТФОРМЕ	ПРЕДМЕТ СИСТЕМНОГО ИССЛЕДОВАНИЯ И РЕЦЕПТУРНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ
А 9 РХАИЧЕСКАЯ	Структура на макроуровне; обеспечение плотности упаковки крупнозернистых составляющих и однородности их размещения в объеме материала	Эмпирические данные и технологические решения, получаемые как результат метода «проб и ошибок»
МЕХАНО-ФИЗИЧЕСКАЯ	Структура на макро- и мезоуровне; обеспечение плотности упаковки крупно и мелкозернистых составляющих и однородности их размещения в объеме материала	Научно-обоснованные закономерности структурообразования на макро- и мезоуровнях структуры в технологических процессах перемешивания, формования, уплотнения
МЕХАНО-ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКАЯ	Структура на макро- , мезо- и микроуровне, структура матрицы как микробетона; обеспечение плотности и однородности матрицы и её физико-химических структурных связей	Научно-обоснованные закономерности структурообразования на микро- и субмикроуровне структуры в технологических процессах перемешивания, формования, уплотнения и твердения
НАНОХИМИЧЕСКАЯ	Структура на макро- , мезо-, микро-, субмикро- и наноуровне; управление структурообразованием матричной субстанции с учетом возможностей нанотехнологий	Научно-обоснованные нанохимические закономерности эволюционного маршрута структурообразования твердого вещества матрицы композита на субмикро- и наноуронях строения
СОВРЕМЕННАЯ	Сумма «объектов» и «задач»	Сумма «решений»

В бетоноведении например, в процессе реализации зарождавшихся и утверждавшихся научных парадигм структурообразования последовательно решались задачи: получения плотнейших упаковок крупнозернистых и мелкозернистых заполнителей конгломератных макро- и мезоструктур; формирования структур микробетона; оптимизации соотношения аморфной и кристаллической составляющей твердеющего цементного камня; регулирования химико-минералогического, дисперсного и морфологического состава и состояния новообразований; обеспечения самоармирования сростка новообразований; модифицирования структуры цементного камня введением поверхностно-активных веществ, ультрамикродисперсных частиц [3].

При решении этих задач затрагивались и включались в действие все более глубокие явления и механизмы структурообразования, относящиеся к масштабу частиц все меньшего размера. При этом в энергетический баланс процессов формирования структуры вовлекались новые виды сил, соотносимых в их действии с площадью поверхности раздела фаз и поверхностной их энергией. Все вышесказанное привело к повышению, например, прочности бетона почти на порядок.

Технические достижения строительного материаловедения и технологий, определяемые последовательным становлением парадигм фундаментальности знаний и приложений новых структурных представлений, опирающиеся на согласованное их применение, обеспечивались возможностями новых физических и физико-химических методов анализа вещества и материалов.

Принимая наноконцепцию в качестве приоритета развития современного материаловедческого научно-прикладного знания, важно сформировать понятийный аппарат, выработать соответствующую терминологию, обеспечить однозначность толкования понятий и терминов.

Основанием для терминологических предпочтений должно являться отражение в содержании терминов сущности механизмов, включаемых в действие при реализации наноподходов и определяемых наноразмерным масштабом частиц в структуре получаемых материалов. Рассмотрим некоторые основные понятия.

Наносистема – система, содержащая структурные элементы, нанообъекты, линейный размер которых хотя бы в одном измерении имеет величину, составляющую 1 – 100 нм, и определяющий основные свойства и характеристики этой системы.

Наноструктуры – периодические пространственно упорядоченные образования, формирующиеся из наноразмерных объектов в материальных системах природного и техногенного видов.

Наноматериалы – конденсированная субстанция, полностью или частично состоящая из структурных элементов (частиц, зерен, кристаллитов, волокон, прутков, слоев) с характерными размерами от нескольких нанометров до нескольких десятков нанометров; дальний порядок в структурных элементах в наноматериалах сильно нарушен и роль многочастичных корреляций в расположении атомов в указанных структурных элементах берет на себя ближний порядок; какие-либо макроскопические свойства материала определяются размерами и/или взаимным расположением наноструктурных элементов.

Наноэффекты – явления, связанные с непосредственным уменьшением размера частиц (зерен, кристаллитов), вызывающем существенное изменение физических и физико-химических свойств и термодинамического состояния вещества; причинами этого выступает изменение площади и свойств границ раздела; предопределяющее соизмеримость размера частиц и их внутренних дефектов с физическими параметрами вещества (размер магнитных доменов, длина свободного пробега электрона, дебройлевская длина волны, размер экситона в полупроводниках и т.д.).

Наномодифицирование – действие по управлению формированием структуры материала на его наномасштабном уровне; процесс формирования наноструктуры с его кинетикой, энергетическими и временными характеристиками; результат действия по критериям эффективности процесса, выражающейся через критерии энергоемкости процесса, времени его протекания и завершения, через показатели качества по конструкционным и функциональным свойствам.

Нанотехнология – технология, связанная с реализацией наноэффектов в технологических объектах и заключающаяся в управлении эволюционном маршрутом конденсации вещества в процессе структурообразования, и формирования твердого состояния вещества; нанотехнология оперирует с объектами размером порядка 10^-9 м (ионы, молекулы, кристаллы и т.п.).

Арсенал нано – набор средств нановоздействий в технологиях получения наноструктурных или наноструктурированных материалов.

Арсенал нано по принципу «сверху – вниз» – набор средств нановоздействий при получении наноструктурных или наноструктурированных материалов, определяемый возможностями реализации принципа «сверху – вниз» в их технологиях.

Арсенал нано по принципу «снизу – вверх» – набор средств нановоздействий при получении наноструктурных или наноструктурированных материалов, определяемый возможностями реализации принципа «снизу – вверх» в их технологиях.

Нанопарадигма – совокупность фундаментальных научных установок, представлений и терминов, принимаемая и разделяемая научным сообществом и объединяющая большинство его членов в отношении проблем «нано». Обеспечивает преемственность развития научного и инженерного творчества с учетом применении концепций и оснований «нано» в науке, технологии и технике.

Нанопарадигма в современной технологической платформе

Для начала обратимся к классификации объектов наномодифицирования, которые представлены 2-мя большими классами [1]:

Наноструктурные материалы – класс материалов, в целом или практически в целом состоящих из наномасштабных структурных элементов.

Материалы с наномодифицированной структурой – класс материалов, включающих наномасштабные структурные элементы как части их структуры.

В свою очередь системы твердения (СТ) для конструирования и синтеза структур строительных композитов можно разделить на гидратационные, гидротермально-синтезные, термально-синтезные.

Таким образом, объекты «нано» в технологии строительных материалов включают: системы твердения, их структуры и свойства; системы композитов, их структуры и свойства; технологии получения систем твердения; технологии получения композитов (табл. 2).

Таблица 2