聪明的房子由使用一种新型的纳米复合材料

文摘

本文关心的材料的新纳米复合材料的角度建设。的发展研究领域的纳米复合材料的生产和应用已经使人们有可能开发建筑材料、高开发特点。这种材料是多分散的武装水溶性环氧树脂复合外套,名为“EpoxyPAN。“这种材料包括水溶性环氧树脂由高强度无机填料和独特的nanocarbon粒子,astralenes和纳米多孔超细纤维。发现EpoxyPAN保护涂层可以作为有效的水,同时有效的电磁波吸收器。这种纳米复合材料的物理和剥削性质和应用的可能方式巧妙的房子建筑也在本文中描述。

1。介绍

“聪明”这个词不是一个确切的概念;通常它描述了一个房子,它包含电子系统用于监控和管理居住面积的参数和基础设施系统。然而,由于大量的电子系统这样的房子可能变得无效的甚至危险的居民。

最重要的参数的居住面积(我)舒适的气氛在房子里面;(2)电磁安慰,这意味着最低级别的电磁“烟雾”屋里在宽范围的频率;(3)的可能性不断监测框架的缓解的状态自然和工艺事故的后果。

几乎所有这些功能可能执行的电子系统,但这些系统可以被广泛的破坏行动。

这样的任务可以解决的新型复合材料,基于碳纳米颗粒(astralenes [1)和碳纳米多孔超细纤维(2]),作为房屋建筑的一部分。这些材料是由高性能复合nanoconcrete [3)和新型聚合物纳米复合材料具有非线性性质的广泛频率的电磁波4),可以实现电磁波限制为广泛的辐射现象。

此外,环氧树脂聚合物和碳纳米粒子添加剂里面能够成为1 GHz频率的超材料。这些现象被发现创建一个可能性发展敏感传感器监测值的主屋框架内的压力和温度。

为了防止热损失通过湿墙的房子,新的纳米复合多功能涂料“EpoxyPAN”[TC 23 1253-053-91957749-2011]了。

可能的实现方法应用纳米复合材料和优势,这些给本文讨论的方法。

2。材料和方法

2.1。纳米粒子和纳米复合材料

现在几十的碳纳米颗粒类型是已知的。但是新型碳集群正在研究和持续发展1- - - - - -3]。并在每种情况下它们的属性和行为在不同的媒体正在研究[4]。第一和最完整的作品,关于这一现象的影响水泥混凝土的性质,由于碳纳米管和astralenes [5,6]。由于这个想法,大量的不同的制造方法7,8)和特殊混凝土是(9]。最好的例子这样的混凝土是光nanoconcrete压力强度高、炉篦流动(10),和高水平的防水。去年房地产可能是有用的高价值的建筑物能源效率。

在这种情况下,传热系数小于0.5。然而,这是不够供应房子内的大气舒适,因为大外部湿度的变化的可能性。潮湿的混凝土墙体传热系数的值可能是增加了好几倍。高质量的水分隔离的一个主要要求房子舒适。这个任务可以执行的应用程序的高防水建筑材料或电子控制器和监管机构的湿度在房子里面。进一步我们将讨论新的水分绝缘复合材料的高价值。

每个城市区域也被从雷达电磁波,手机,等等。它会导致对人体健康的负面影响。避免这些负面因素的最佳方法是使用一个有效的电磁波吸收体,封闭部分的材料之一。但也有大量的频率不同的电磁波辐照器。因为这个原因是很重要的同时使用几种类型的电磁波吸收器。但这种方式是相当广阔的。新型纳米复合材料可以提供适当的保护从电磁波更合适的价格。

人们通常不烦恼的风险自然或工艺灾难(地震、龙卷风等)在他们的地区。这样的事故很少发生。现在政府和工程师注意风险分析的任务和方法的缓解这种事故的后果11,12]。灾难的后果的主要缓解的可能性增加土木工程的质量和应用程序的简单和可靠的监测方法构建状态。

2.2。EpoxyPAN技术作为一种高质量的绝缘和热水分保存方法在住宅建设和应用的例子

有大量混凝土的防水涂料和其他建筑材料(13,14]。所有这些涂料一生3到7年。这么小的聚合物涂层的生命周期是由热氧化引起的破坏和照片,辐射氧化破坏。减少这种现象的价值的最好方式是使用特殊的稳定剂在聚合物内部,这将对这些反应踩刹车。最好的稳定剂是芳香结合众多禁止奴隶制电子,特别是如果他们有超过10⁶碳原子。

Astralenes碳粒子许多禁止奴隶制电子(超过10⁷)和大量的碳原子之间的双键。这些粒子可以执行适当的稳定过程。

聚合物涂层技术的另一个问题是水平的衬底附着力的涂层。这取决于质量的表面准备方法,但通常甚至等离子蚀刻可以跳过的地方衬底表面的质量不是所需的水平。为了改善这种情况,我们决定使用巨共振增加之间的交互部队tor-like非金属粒子与外部电磁波(15]。Astralenes完全tor-like碳颗粒和分散与衬底的表面和聚合物基质导致自凝固界面板基体与涂层之间的和自凝固在间期板之间的聚合物基质和分散填料,如果聚合物是由一些高模块填充剂(16]。

如果聚合物基质复合环氧聚合物如果填料包括进去的短而薄纤维制成astralenes在其表面,这样的组合必须命名为“EpoxyPAN”(环氧树脂多分散的武装纳米复合材料)。在大多数情况下我们驱散石英和分散的碳化硅作为EpoxyPAN填料组成。此外炉篦价值的附着力,收到这个复合涂层的防水性能最好,最好的耐磨损,不超过0.1克/厘米²质量损失(表1)。

EpoxyPAN涂层可以提供几乎绝对水保护建筑物的墙壁,因此传热系数将维持在任何天气。

现在有几个对象EpoxyPAN涂料,是服务5年以上(图1)。

EpoxyPAN涂层的应用可能有用不仅对房子的水隔离结构,而且对建筑元素的承载能力的提高。

例如,木梁100×100毫米,涂层由EpoxyPAN弯曲试验,被打破了,但在减小压强梁回到之前的形式。这种现象意味着EpoxyPAN涂层可以提高民用建筑元素的“韧性”。这个属性给人们一个额外的机会生存如果地震突然发生。所有的结果固定在桌子上1被测试的EpoxyPAN收到标准有条理的。

2.3。新知识的电磁波吸收光谱碳制备及其应用的“聪明”的房子

了解碳纳米束的光学性质的不同,尤其是在太赫兹频率的音叉(17,18),不是很宽敞和出版这些主题是相当罕见的。只在2012 - 2013年的吸收光谱比较几种不同类型的碳纳米束(富勒烯C-60和c - 70,多层碳纳米管气相,多层碳纳米管电弧产生,astralenes,驱散不纯石墨,石墨乳,和碳纳米多孔超细纤维)的频率范围0.06 - 3太赫兹研究了(19,20.]。

Astralenes和碳纳米多孔超细纤维(CNPMF)生产的优质应用纳米技术。胶体石墨和碳纳米管微由l . n . Patrikeev教授提供的气相技术(MEPHU,莫斯科)。制造样品与不同浓度的nanocarbon粒子适合的研究太赫兹光谱在60 GHz-3太赫兹频率范围主机中较低的吸收和方便获取样本,并要求形状是必要的。我们使用nanocarbon的聚乙烯粉末粒子的混合物压模。所有的测量已经完成3000年Teraview TPS光谱系统时域光谱仪博士Irina Khromova,助理教授,伦敦国王学院。

这些光谱成立一个来自另一个显著的不同。特别是,它涉及吸收系数依赖nanocarbon集群的浓度在0.06 - -1.5太赫兹频率范围。大部分的研究与Lambert-Beer nanocarbon集群显示良好的协议法律。在这些情况下浓度的吸收系数的依赖是线性的(图2)。只有astralenes和碳纳米多孔超细纤维有很强的非线性的电磁波吸附(数据的依赖3和4)。开始4 - 7%浓度的质量,迅速吸收系数增加,尤其是在低频频率范围的一部分。这意味着有可能加入两种类型的纳米颗粒以接收宽频率范围的通用吸附材料。这些填料可以被添加到不同的建筑材料,尤其是对隔热层,提供房子内的电磁波防护。

所有的电子设备,用于建筑物的状态的监控,需要电力供应和依赖于外部条件在其剥削。为了避免任何负面影响,由外部参数的变化引起的,需要使用特殊的电子冷却器。

然而,紧张状态的方法来提供持续的监控框架的建设没有任何电气设备开发。它足以包括光学设备,超材料,对压力敏感,变形,或温度变化,为最重要的建设性的部分。

不对称双曲媒体可以预制的材料(21),这可能是潜在的用于高效光伏设备。改变的可能性的光学性质在广泛的超材料是最重要的属性。尤其重要的是如果这些变化发生在透明的气氛(22]。

比较,纯环氧聚合物的介电常数的依赖没有任何填料温度如图6。纯环氧聚合物的介电常数与温度增长在低频和谐。掺杂的环氧树脂聚合物,在温度范围70°C - 200°C的介电常数频率和谐105 - 108赫兹开始减少(图5)。这些测量已经完成到SPbGU的资源中心。

这意味着在这个温度和谐折射成为负的介电常数和索引。这是一个有用的超材料的属性。

相当容易包括一块这样的聚合物复合到房屋建筑部分和检查由外部光源,甚至眼睛(这个传感器的表面的颜色与高水平的加热会改变,例如,或与高水平的应变状态)。和这种类型的监测系统不依赖于外部电源。

改善房屋安全的另一种可能性是使用astralenes掺杂碳塑料的防雷(23]。非线性的电导率astralenes掺杂碳塑料是可能的在雷雨电放电提供保护。

3所示。结论

新型纳米复合材料的基础上,应用astralenes fulleroid类型)(tor-like碳纳米粒子和碳纳米多孔超细纤维可能提供更高级别的安全性和舒适生活区域的建筑:(我)新型的防护涂料,EpoxyPAN,提供高水平的水分绝缘在房屋和增加建筑的力量;木头细节成为“韧性”被打破后,恢复他们的形式。(2)新知识交互的高频电磁波和nanocarbon集群提供了发展的可能性nanocarbon集群可用混合,使吸附各种频率的电磁波并提供房屋内的电磁波防护。(3)环氧聚合物掺杂的碳纳米多孔超细纤维成为超材料在温度范围70°C - 200°C和可以应用作为发展的基础能源独立的传感器监测建筑部件的状态,尤其是在极端条件下。

所有这些新解决方案和方法成为可能由于特定属性的新型nanocarbon集群,astralenes和碳纳米多孔超细纤维。

相互竞争的利益

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

引用

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