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 SnO 2 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

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

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 CO 2 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 a nanoprášky Velký povrch pro katalytické procesy Snižují emisí nebezpečných látek 45

Katalyzátory Homogenní katalyzátory nerecyklovatelné Kovy alkalických zemin, přechodné kovy MgO Heterogenní Al 2 O 3 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/Al 2 O 3 ), 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 TiO 2 fotokatalitycký, antibakteriální 51

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