Сайт о нанотехнологиях #1 в России
Нано ли оно?
Китайцы готовят революцию в сфере стройматериалов
Ученые всего мира единогласно называют нанотехнологии самым перспективным и многообещающим ноу-хау XXI века. Именно этой области фундаментальной и прикладной науки принадлежит ключевая роль в мировом экономическом и социальном развитии. Особенно значимые прорывы относятся к применению нанотехнологий в строительных материалах. И даже несмотря на относительно недавнее начало работ в этой области , уже сегодня можно говорить о том, что данные технологии не только способствуют появлению новых продуктов, но и повышают эффективность использования существующих материалов и, соответственно, качество жизни миллионов людей. Китаю в связи с этим есть что продемонстрировать миру
.
С помощью наночастиц можно изменять цвет искусственного покрытия, их функции самоочищения позволяют создавать специальный антибактериальный слой, проводимость – формировать специальное проводящее покрытие, ультрафиолетовая защита – повышать свойства антистарения и предотвращать появление желтизны (что, например, очень ценно для металлопластиковых окон и дверей), высокая стойкость помогает укреплять силу сопротивления материалов на поверхности пластиковых труб. Наноматериалы, обладающие уникальными оптическими, электрическими, тепловыми и магнитными свойствами, могут совершить революцию во многих отраслях производства строительных материалов.
- Разработка и развитие нанотехнологий стало одним из приоритетных направлений развития китайской науки. Более того, сегодня в КНР от научного исследования и развития наноотрасли начинается переход к началу массового внедрения ее продуктов в производство.
Шлагбаум для старости
Создание антибактериальных керамических продуктов на основе использования антибактериальной функции наночастиц с применением инфракрасного излучения. Проведенные китайскими учеными исследования доказали, что выпускаемые таким способом керамические продукты способствуют улучшению кровообращения, повышению иммунитета и даже останавливают преждевременное старение, что переводит изобретение в категорию «очевидное – невероятное» и обещает широкое научное и общественное признание в ближайшем будущем.
- Сегодня неорганические неметаллические материалы являются одними из популярнейших в строительстве. Однако применение изделий из них зачастую имеет ряд ограничений по таким характеристикам как высокая теплопроводность, хрупкость и низкая пористость. Вышеописанное изобретение, принадлежащее Шанхайскому институту керамики, расширяет сферы применения керамических изделий, существенно повышая эффективность их использования.
«Эффект лотоса»
Создание специального покрытия для стройматериалов, с помощью нанотехнологий способного противостоять загрязняющему воздействию водных и нефтяных капель. В итоге достигается так называемый «эффект лотоса»: капли, как шарики ртути, скатываются с поверхности листа, сохраняя его всегда чистым и сухим, смывая одновременно всю грязь и никогда не оставляя следов.
- Самая масштабная область применения открытия – Большой национальный театр в Пекине, на постройку прозрачного полушария которого было потрачено порядка $588,24 млн. Покрытие стеклянной поверхности размером 6000 кв. м, вызывающей недоумение у непросвещенных посетителей («Чего же стоит отмыть этот купол от уличной грязи?»), изготовлено с использованием нанотехнологий. И хотя первоначально в проекте строительства такая возможность не рассматривалась, создателям пришлось обратиться за помощью к специалистам Пекинского промышленного парка Чжунгуаньцунь (известного как Китайская силиконовая долина), где и была предложена и вскоре с успехом внедрена технология применения наночастиц с использованием «эффекта лотоса» в покрытии для стеклянного материала. Лист лотоса всегда остается чистым за счет особого строения листа. Он никогда не намокает (высокая плотность), и капельки воды/грязи скатываются с него, не оставляя никаких следов.
Солнечный аккумулятор
- Нанопокрытия, накапливающие солнечную энергию. Технология была изобретена в Шанхайском центре науки и нанотехнологий (Shanghai Nano Science and Technology Center). Может использоваться на лестницах зданий при отсутствии электрического освещения, а также в качестве аварийной иллюминации на случай эвакуации (указывает путь к выходу), например, в развлекательных заведениях. Приобретает все большую популярность для домашнего применения – не только как эксклюзивный декор, но и как энергосберегающий источник света. Причем в качестве «солнечных батарей» могут использоваться окна помещения. Одно из главных преимуществ технологии – более низкая цена по сравнению с дорогостоящими традиционными солнечными батареями.
Эффект «термоса»
- Использование нанопористого покрытия для стен, позволяющего сохранять тепло в помещении зимой и кондиционерную прохладу летом. Устройство представляет собой полупрозрачную пленку, обладающую высокими изоляционными свойствами и способную обеспечить так называемый «эффект термоса». По замыслу создателей, изобретение предполагается использовать в основном в крупномасштабном строительстве. Так, например, подобным материалом покрыты стены Шанхайского музея науки и технологии площадью почти 3000 кв. м. Планируется также использовать эти методики в выставочном зале Немецкого национального павильона. Специалисты считают, что уже в самом ближайшем будущем наноизоляционные покрытия «придут» в жилые районы, обеспечивая дополнительную экономию энергии и защиту окружающей среды.
Нанотехнологии уже нашли применение в строительстве объектов для Олимпийских игр в Пекине. Например, в пекинском дворце спорта Capital Gymnasium наночастицы были использованы для покрытия потолков, что обеспечило звукоизолирующую функцию помещений, а также способность более сильного противостояния деформации. Использование наноматериалов в покрытии стен защищает их от грязи и воды. Нанопластиковые двери, окна и трубы становятся более износостойкими и устойчивыми к коррозии. Нанометодики на сегодняшний день уже нашли широкое применение в спортивном оборудовании и инвентаре – их используют в производстве лыжных палок, трамплинов для прыжков, теннисных ракеток и т.п.
Специалисты знают, насколько трудно спортсмену стоять на пятиметровом трамплине шириной всего полметра, а нанотехнологии позволяют сделать поверхность данного спортивного снаряда нескользкой, давая возможность прыгуну в воду сосредоточиться и максимально сконцентрироваться. В ракетках для бадминтона и теннисных ракетках такие характеристики, как легкость и прочность, достигаются за счет увеличения плотности углеродных материалов.
- Сегодня 80% проводимых в Китае исследований в области нанотехнологий касаются металлов и неорганической химии. Кроме того, большое внимание также уделяется полимерам и синтетическим материалам. Тем не менее, в таких областях, как электроника, биомедицина, применение нанотехнологий в силу их низкой изученности пока ограничено.
Согласно ряду отчетов исследовательских компаний, в ближайшие пять лет спрос на строительные материалы, изготовленные с применением нанотехнологий, увеличится на 44%. И, главным образом, это будет достигнуто за счет самоочищающегося покрытия. Хотя на сегодняшний день область применения нанотехнологий в строительстве пока не достаточно широка, тем не менее ученые доказали, что использование новых методик в таких веществах, как бетон, краска, стекло, клей и т.д., делает строительные материалы гораздо более эффективными по своему назначению. Наибольшим спросом в строительной отрасли в ближайшем будущем начнут пользоваться такие материалы с нанотехнологиями, как фасадные водонепроницаемые краски. Причем уже к 2011 году на рынке красок им будет принадлежать доля в 30%.
- По прогнозу Китайской ассоциации нанотехнологий, к 2012 году стоимость производимых продуктов с использованием нанотехнологий в Китае достигнет $2,2 млрд, к 2014 году стране будет принадлежать 15% мирового рынка в этой области.
Причем изобретаемые и используемые в КНР новые технологии с большим успехом презентуются на китайских и международных выставках. Китаю уже есть что предъявить миру. Можно привести примеры вполне состоявшихся технологий.
Топ инновационных строительных технологий Китая
Не так давно мы уже рассказывали о самых крупных китайских строительных проектах в России. Но в чем же причина такой востребованности китайских строительных компаний на мировом рынке? РАСПП подготовил для Вас обзор 5 инновационных строительных технологий, которые помогли Китаю занять лидирующие позиции в отрасли.
Топ-5: «Зеленый» бетон
Традиционное строительство в Китае не стоит на месте. Китайские исследователи разработали новый тип цементного бетона с использованием натуральной почвы. Новый зеленый, недорогой цементный бетон, разработанный исследовательской группой компании Xinjiang Communications Construction Group Co., Ltd, также использует строительные и промышленные отходы и остатки
Согласно отчету компании новый тип бетона, поможет вдвое сократить как стоимость строительства, так и сроки строительства. Его можно широко использовать в инфраструктурном строительстве автомобильных дорог, железных дорог и аэропортов, сельском хозяйстве, лесном хозяйстве, охране водных ресурсов, электроэнергетике и горнодобывающих проектах. Ввод нового типа бетона в эксплуатацию был запланирован на этот год, однако в связи со сложившейся ситуацией массовое производство начнется только в 2021 году.
Технология, позволяющая строить многоэтажные дома за одну ночь. Плита CTS (Core Tubular Stainless) представляет из себя прочный строительный материал, состоящий из двух панелей, скрепленных стержневыми трубами. Материал в 10 раз легче бетона, а его антикоррозийные свойства в 100 раз эффективнее, чем у углеродистой стали. Это обеспечивает долговечность материала и устойчивость к землетрясениям.
Технологию строительная индустрия позаимствовала у авиационной промышленности, в которые подобные плиты использовались для производства космических капсул. Однако в авиации плиты имели сотовую конструкцию, что делало их производство крайне дорогим. В 2016 году компания BSB нашла выход, заменив соты круглыми трубами и значительно уменьшив стоимость производства. В 2018 компания изобрела уникальную печь, способную массово производить CTS-плиты
На сегодняшний день BSB поставило производство CTS-плит на поток. В 2018 году компания смогла построить 4-этажное жилое здание всего за ночь. Позднее компания возвела 57-этажный дом за 19 дней. На данный момент BSB занимается строительством башни Sky City в китайском городе Чанша, которая должна стать самым высоким зданием в мире.
Топ-3: Модульное строительство
Наверняка многие из вас слышали о невероятных темпах строительства больницы для зараженных коронавирусом в Китае. Больница Хошэньшань, рассчитанная на 1000 коек, была построена всего за 10 дней. Небывалым темпам строительства поспособствовала технология модульного строительства.
Больница Хошэньшань на заключительном этапе строительства.
Процесс строительства напоминает сборку конструктора. На заводе изготавливают части здания, которые собирают уже на месте. Скорость производства обусловлена высоким уровнем унификации комплектующих модульных зданий.
Главной особенностью применения технологии модульного строительства в Китае является ее интеграция в жилищное строительство. Темпы урбанизации в Китае набирают обороты, поэтому людей необходимо обеспечивать жильем в кратчайшие сроки. На помощь приходят модульные общежития, которые возводятся буквально за несколько дней и обеспечивают тысячи граждан жильем.
Впрочем, технология часто подвергается критике. Главной проблемой модульного строительства называют шаблонность зданий, из-за которых города лишаются своей уникальности, больше становясь похожи на муравейники.
Building Information Modelling(BIM) позволяет не только построить здание с минимальными затратами и в кратчайшие сроки, но и способствует эффективной эксплуатации здания в течение его жизненного цикла. При использовании BIM строительный объект рассматривается как единое целое, и изменение одного из параметров влечёт за собой автоматическое изменение связанных с ним параметров и объектов. Помимо ширины, высоты и длины здания BIM также позволяет оптимизировать время, стоимость, аспекты окружающей среды и устойчивость зданий.
Несмотря на то, что Китай внедрил эту технологию в строительство совсем недавно (в 2002 году, хотя первое использование технологии в мире датируется 1986 годом), на данный момент Поднебесная является лидером по использования и развитию BIM. Технология позволяет создавать объекты сложной конструкции и формы, доказательством этого служит Phoenix Media Center в Пекине, построенный при помощи этой технологии. Форма здания напоминает знаменитую «ленту Мёбиуса», а внешняя оболочка центра состоит из 3800 стеклянных панелей различных размеров. В 2017 году здание получило награду «Outstanding Structure Award» от Международной ассоциации по проектированию мостов и инженерных конструкций.
Топ-1: 3D-печать в строительстве
Китай был первой страной в мире, начавшей использовать технологии 3D-печати для строительства зданий. Многие эксперты утверждают, что за этой технологией стоит будущее и в дальнейшем именно 3D-печать станет основным методом строительства. Среди основных достоинств технологии выделяют скорость, экологичность, а также минимизацию убытков.
Китайская компания Winsun, флагман 3D-печати, уже успела пройти путь от небольших неказистых домиков до целых жилых кварталов в пригороде Сучжоу. В качества материала для строительства компания использует утилизированный строительный и промышленный мусор, при этом стоимость одного пятиэтажного дома площадью в 200 квадратных метров составляет всего 4800 долларов. В данный момент Winsun оказывает помощь в предотвращении распространения пандемии коронавируса: компании удалось изготовить 15 изоляторов для больных COVID-19 с душевыми и эко-туалетами всего за 1 день.
Такой пятиэтажный дом, сделанный с помощью 3D-печати, стоит всего 4800 долларов.
Свою технологию компания держит в строжайшем секрете: любая съемка на территории цеха компании (который, кстати, тоже был произведен с помощью 3D-печати) запрещена, доступ к самому принтеру имеет ограниченное количество человек.
Впрочем, говорить, что в ближайшем будущем 3D-печать станет основной технологией строительства, пока рано. Принтер пока не может производить сложные архитектурные конструкции, ограничиваясь простыми геометрическими формами. Также большой проблемой остается стоимость и сложность создания самого принтера. Впрочем, уже сейчас многие страны проявляют интерес к этой технологии строительства.