Наноконтейнер
Полезная модель относится к области нанотехнологий и может быть использована для производства наноконтейнеров с гетерогенизированной металлом поверхностью. Технический результат, ожидаемый от использования заявленного устройства, состоит в повышении уровня адгезии при гетерогенизации поверхности наноконтейнера металлом. Наноконтейнер имеет форму рулона, который образован, по меньшей мере, двумя слоями, дистанцированными друг от друга на расстояние от 0,18×10-9 до 2,5×10 -9 метра. Длина наноконтейнера может иметь значение от 6×10-8 до 9×10-6 метра, причем диаметр канала составляет величину от 5,0×10-9 до 2,1×10-7 метра. Поверхность рулона наноконтейнера образована из SiO2 a поверхность канала - из Аl 2О3. Торец рулона выполнен ступенчатым. Расстояние между прилегающей к торцу стороной нижележащего слоя и прилегающей к торцу стороной вышележащего слоя вдоль оси рулона находится в интервале значений от 0,35×10-9 до 4,0×10 -6 метра. 1 н.з.п. ф-лы; 4 ил.; 3 таб.
Полезная модель относится к области нанотехнологий и может быть использована для производства наноконтейнеров с гетерогенизированной металлом или металлами поверхностью.
Из уровня техники известен наноконтейнер с двумя торцевыми заглушками [1], выполненный в форме рулона, внешняя часть которого образована из SiO2, а поверхность канала представляет собой Al2O3, при этом расстояние между образующими рулон слоями находится в пределах от 0,18×10 -9 до 2,5×10-9 метра, длина рулона располагается в диапазоне от 6×10-8 до 9×10-6 метра, диаметр канала находится в интервале значений от 5,0×10 -9 до 2,1×10-7 метра, а число слоев рулонов выбирают равным одному из значений интервала 2-6, при этом канал упомянутого рулона вблизи обоих торцов закупорен заглушками.
Недостаток устройства-аналога состоит в относительно низком уровне адгезии при гетерогенизации поверхности наноконтейнера металлом.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является устройство [2]. Устройство-прототип представляет собой многослойный рулон, поверхность внешней части которого образована из SiO2, а поверхность канала представляет собой AI2O3. Расстояние между образующими упомянутый рулон слоями находится в пределах от 0,18×10 -9 до 2,5×10-9 метра, при этом длина рулона располагается в диапазоне значений от 6×10-8 до 9×10-6 метра. Диаметр канала вышеупомянутого рулона находится в интервале значений от 5×10-9 до 2,1×10-7 метра, а число слоев рулона выбирают равным одному из значений диапазона от 2 до 50.
Недостаток устройства-прототипа состоит в относительно низком уровне адгезии при гетерогенизации поверхности наноконтейнера металлом.
Технический результат, ожидаемый от использования заявленного устройства, состоит в повышении уровня адгезии при гетерогенизации поверхности наноконтейнера металлом.
Заявленный технический результат достигается тем, что в наноконтейнере, имеющем форму рулона, образованного по меньшей мере двумя слоями, дистанцированными друг от друга на расстояние от 0,18×10 -9 до 2,5×10-9 метра, длиной от 6×10 -8 до 9×10-6 метра и диаметром канала от 5,0×10-9 до 2,1×10-7 метра, причем поверхность рулона образует Si02, а поверхность канала образует Аl2O3, торец рулона выполнен ступенчатым, при этом расстояние между прилегающей к торцу стороной нижележащего слоя и прилегающей к торцу стороной вышележащего слоя вдоль оси рулона составляет значение от 0,35×10-9 до 4,0×10 -6 метра.
Заявленный наноконтейнер иллюстрируется чертежами. На Фиг.1 представлено условное изображение заявленного наноконтейнера (вид сбоку) с эквидистантным между собой торцами вышележащего слоя и эквидистантными к торцам нижележащего слоя. На Фиг.2 представлено условное изображение заявленного наноконтейнера (вид сбоку) с эквидистантными между собой торцами нижележащего и вышележащего слоев, но неэквидистантными между собой торцами указанных слоев. На Фиг.3 представлено условное изображение заявленного наноконтейнера (вид сбоку) с неэквидистантными между собой как в одном слое, так и послойно торцами наноконтейнера. На Фиг.4 представлено аксонометрическое изображение заявленного наноконтейнера с одного из его торцов.
Перечень позиций:
1. Слои наноконтейнера.
1.1. Первый слой.
1.2. Второй слой.
1.3. Третий слой.
1.4. Четвертый слой.
2. Длина рулона.
3. Диаметр канала.
4. Расстояние между торцами разных слоев наноконтейнера вдоль оси.
4.1. Минимальное расстояние между торцами.
4.2. Максимальное расстояние между торцами.
Предлагаемые наноконтейнеры, снабженные трубчатыми многослойными оболочками 1.1.-1.4. (Фиг.1-4), могут быть произведены из минерального глинистого сырья (например, галлуазита) путем первоначального грубого дробления последнего, размалывания и последующей промывки в протоке жидкости, например, воды (см. [3] и [4]). Следующий этап производства наноконтейнеров аналогичен действиям по приготовлению навесок нанотрубок по методике, используемой для получения устройства-прототипа. Для выделения нанотрубок с неэквидистантным расположением торцов у слоев различных уровней (начиная с первого слоя 1.1. (Фиг.1-4)) применяли технологию фракционирования наночастиц во вращающейся конусовидной спиральной колонке в поперечном силовом поле [5]. Далее производили сортировку выделенных наноконтейнеров по геометрическим характеристикам. В качестве сортировочных параметров, как и для устройства-прототипа, использовали длину трубчатой многослойной оболочки наноконтейнера 2(Фиг.1), (при этом данный параметр составлял значение от 6×10- 8 до 9×10-6 метра), расстояние между слоями, образующими рулонную оболочку наноконтейнера (в интервале значений от 0,18×10-9 до 2,5×10-9 метра), диаметр внутренней части трубчатой многослойной оболочки наноконтейнера 3(Фиг.1), (в интервале значений от 5×10-9 до 2,1×10-7 метра), число слоев трубчатой многослойной оболочки наноконтейнера (составляющих значение от 2 до 50 соответственно), а также минимальное 41(Фиг.1) и максимальное 42(Фиг.1) расстояния интервала между прилегающей к торцу стороной нижележащего слоя и прилегающей к торцу стороной вышележащего слоя вдоль оси рулона наноконтейнера, которые имеют значение 0,35×10-9 и 4,0×10-6 метра соответственно. Для исследования адгезии производили гетерогенизацию поверхности наноконтейнеров металлом с использованием приемов, раскрытых в патентах на полезные модели [6] и [7].
Результаты исследования уровня адгезии при гетерогенизации поверхности предлагаемого устройства различными металлами представлены рядом примеров.
ПРИМЕР 1.
Для первого примера использования предлагаемого устройства и установления возможности достижения заявленного технического результата при его применении была привлечена методика трибометрических натурных испытаний.
Для этого поверхность заявленных наноконтейнеров гетерогенизировалась металлом (в качестве металла применяли серебро). Указанным образом подготовленные наноконтейнеры в качестве восстановительной антифрикционной присадки добавляли в количестве 3% об. к базовой основе минерального моторного масла марки Mobil 5W30. Были использованы наноконтейнеры с длиной рулона 2(Фиг.1) равной 5,0×10-7 метра; расстоянием между слоями 1,2×10-9 метра и диаметром канала 3(Фиг.1) равном 2,1×10-7 метра.
Рулон каждого наноконтейнера был образован 23 слоями. При этом расстояние между прилегающей к торцу стороной нижележащего слоя и прилегающей к торцу стороной вышележащего слоя вдоль оси рулона наноконтейнера составляло значение 0,35×10-9 метра.
Использовалась конструкция устройства (называемого «машина трения») для испытания трущихся материалов и масел, раскрытая в источнике [8]. В качестве материала шаровых пар трения была применена сталь ШХ15. Моторное масло с наноконтейнерами (гетерогенизированными в части поверхности серебром) нагревалось при помощи резистивных источников тепла до 115 градусов Цельсия. В качестве контролируемого параметра принимали силу постоянного тока (методика изложена в источнике информации [9]), характеризующего динамику поведения введенной нами в моторное масло антифрикционной присадки на основе предлагаемого наноконтейнера с гетерогенизированной серебром поверхностью рулона. Первоначально при неподвижной паре трения, погруженной в подготовленное (как это было описано выше) моторное масло, регулирующим резистором задают силу постоянного тока до определенного значения (в частности, в данном примере его величина была выбрана равной значению Iо=100 мкА).
Затем приводили в движение шаровую пару трения (скорость вращения составляла значения 450 об/мин) на машине трения и непрерывно производили контроль и регистрацию величины постоянного тока Iф при установившемся режиме трения. Отношение I ф/Iо как функция времени, которое характеризует антифрикционные свойства введенных в основу выбранного моторного масла наноконтейнеров с гетерогенизированной серебром поверхностью, представлено в Таблице 
1 в сравнении с прототипом, поверхность которого была аналогично гетерогенизирована серебром. В качестве критерия остановки испытаний трением было принято 10% увеличение отношения Iф/I о в процессе их проведения.
| Таблица 1 | ||||
| п/п | Наименование объекта исследований | Исходное отношение Iф/Iо | Время прироста исходного отношения Iф/Iо на 10%, (часов) | Примеч. |
| 1 | Устройство-прототип (гетерогенизация Ag) | 0,46 | 137 |  |
| 2 | Заявленное устройство (гетерогенизация Ag) | 0,42 | 310 | В 2,26 раза дольше |
Как следует из Таблицы 1, предлагаемое устройство более чем в два раза дольше сохраняет определенный (на уровне 10% девиации) уровень антифрикционных свойств при прочих равных условиях с устройством-прототипом. Поскольку за реализацию антифрикционных свойств у наноконтейнеров напрямую отвечает гетерогенизированная металлом поверхность их рулонов, полученные экспериментальные результаты определенно свидетельствуют о том, что у прототипа уровень адгезии металла (в данном случае серебра) к поверхности рулона во столько же раз ниже, чем у предлагаемого устройства. Следовательно, можно сделать вывод о том, что заявленный технический результат в виде повышении уровня адгезии при гетерогенизации поверхности наноконтейнера металлом у предлагаемого устройства достигается.
ПРИМЕР 2.
Исследования в данном примере использования предлагаемого устройства и установления возможности достижения заявленного технического результата при его применении также производилось с привлечением методик трибометрических натурных испытаний.
Для этого поверхность заявленных наноконтейнеров гетерогенизировалась металлом (в качестве металла применяли молибден). Указанным образом подготовленные наноконтейнеры в качестве восстановительной антифрикционной присадки добавляли в количестве 3,2% об. к базовой основе минерального моторного масла марки ZIC. Были использованы наноконтейнеры с длиной рулона 2(Фиг.1) равной 6,8×10 -8 метра, расстоянием между слоями 2,5×10-9 метра и диаметром канала 3(Фиг.1) равном 5,0×10-9 метра.
Рулон каждого наноконтейнера был образован из 2 слоями. При этом расстояние между прилегающей к торцу стороной нижележащего слоя и прилегающей к торцу стороной вышележащего слоя вдоль оси рулона наноконтейнера имело значений 4,0×10 -6 метра.
Использовалась конструкция «машины трения» для испытания трущихся материалов и масел, как и для предыдущего примера. В качестве материала шаровых пар трения была применена сталь ШХ15. Моторное масло с наноконтейнерами (поверхность которых была предварительно гетерогенизирована молибденом) нагревалось при помощи резистивных источников тепла до 110 градусов Цельсия. В качестве контролируемого параметра принимали силу постоянного тока (методика изложена в источнике информации [9]), характеризующего динамику поведения введенной нами в моторное масло антифрикционной присадки на основе предлагаемого наноконтейнера с гетерогенизированной молибденом поверхностью рулона. Первоначально при неподвижной паре трения, погруженной в подготовленное (как это было описано выше) моторное масло, регулирующим резистором задавалась сила постоянного тока до значения Iо=80 мкА). Затем запускали в движение шаровую пару трения (скорость вращения составляла значения 425 об/мин) на машине трения и непрерывно производили контроль регистрацию величины постоянного тока I ф при установившемся режиме трения. Отношение Iф /Iо как функция времени, которое характеризует динамику деградации антифрикционных свойств введенных в основу выбранного моторного масла наноконтейнеров с гетерогенизированной молибденом поверхностью, представлено в Таблице 2 в сравнении с прототипом, поверхность которого была аналогично гетерогенизирована молибденом. В качестве критерия остановки испытаний трением было принято 10% увеличение отношения I ф/Iо в процессе их проведения.
| Таблица 2 | ||||
| п/п | Наименование объекта исследований | Исходное отношение Iф/Iо | Время прироста исходного отношения Iф/Iо на 10%, (часов) | Примеч. |
| 1 | Устройство-прототип (гетерогенизация Мо) | 0,40 | 129 | |
| 2 | Заявленное устройство (гетерогенизация Мо) | 0,38 | 453 | В 3,5 раза дольше |
Как следует из Таблицы 2, предлагаемое устройство в три с половиной раза дольше сохраняет определенный (не выходящий за десяти процентный предел от исходного значения) уровень антифрикционных свойств при прочих равных условиях с устройством-прототипом. Поскольку за проявление антифрикционных свойств у наноконтейнеров напрямую отвечает гетерогенизированная металлом (в частности, молибденом) поверхность их рулонов, полученные экспериментальные результаты определенно свидетельствуют о том, что у прототипа уровень адгезии металла (в данном случае молибдена) к поверхности рулона во столько же раз ниже, чем у предлагаемого устройства. Следовательно, можно сделать вывод о том, что заявленный технический результат в виде повышении уровня адгезии при гетерогенизации поверхности заявленного наноконтейнера металлом достигается.
ПРИМЕР 3.
Реализация третьего примера использования предлагаемого устройства и установления возможности достижения заявленного технического результата при его применении, как и ранее в двух предыдущих примерах, производилось с привлечением методик трибометрических натурных испытаний.
Для этого поверхность заявленных наноконтейнеров гетерогенизировалась металлом (в качестве металла применялась медь). Указанным образом подготовленные наноконтейнеры в качестве восстановительной антифрикционной присадки добавляли в количестве 2,8% об. к базовой основе минерального моторного масла марки Роснефть Optimum Diesel. Были использованы наноконтейнеры с длиной рулона 2(Фиг.1) равной 9,0×10 -7 метра, расстоянием между слоями 0,18×10-8 метра и диаметром канала 3(Фиг.1) равном 3,1×10-8 метра.
Рулон каждого наноконтейнера был образован из 50 слоев. При этом расстояние между прилегающей к торцу стороной нижележащего слоя и прилегающей к торцу стороной вышележащего слоя вдоль оси рулона наноконтейнера составляло 6,0×10 -8 метра.
Использовалась конструкция устройства («машины трения») для испытания трущихся материалов и масел как и в двух предыдущих примерах В качестве материала шаровых пар трения была применена сталь ШХ15. Моторное масло с наноконтейнерами нагревалось при помощи резистивных источников тепла до 120 градусов Цельсия.
В качестве контролируемого параметра принимали силу постоянного тока (методика изложена в источнике информации [9]), характеризующего динамику поведения введенной нами в моторное масло антифрикционной присадки на основе предлагаемого наноконтейнера с гетерогенизированной медью поверхностью рулона. Первоначально при неподвижной паре трения, погруженной в подготовленное (как это было описано выше) моторное масло, регулирующим резистором задают силу постоянного тока до определенного значения (в частности, в данном примере эта величина была выбрана равной значению Iо=140 мкА).
Затем приводили в движение шаровую пару трения (скорость вращения составляла значение 425 об/мин) на машине трения и непрерывно осуществляли контроль и регистрацию величины постоянного тока Iф при установившемся режиме трения.
Отношение I ф/Iо как функция времени, которое характеризует антифрикционные свойства введенных в основу выбранного моторного масла наноконтейнеров с гетерогенизированной медью поверхностью, представлено в Таблице 3 в сравнении с прототипом, поверхность которого была аналогично гетерогенизирована медью. В качестве критерия остановки испытаний трением было принято 10% увеличение отношения Iф/I о в процессе их проведения.
| Таблица 3 | ||||
| п/п | Наименование объекта исследований | Исходное отношение Iф/Iо | Время прироста исходного отношения Iф/Iо на 10%, (часов) | Примеч. |
| 1 | Устройство-прототип (гетерогенизация Cu) | 0,51 | 97 | |
| 2 | Заявленное устройство (гетерогенизация Cu) | 0,50 | 165 | В 1,7 раза дольше |
Как следует из Таблицы 3, предлагаемое устройство с нанесенным на его поверхностью металлом (в данном случае в качестве металла выступает медь) в 1,7 раза дольше сохраняет определенный (не выходящий за допуск 10%) уровень антифрикционных свойств при прочих равных условиях с устройством-прототипом. Поскольку за проявление антифрикционных свойств у наноконтейнеров напрямую отвечает гетерогенизированная металлом поверхность их рулонов, полученные экспериментальные результаты однозначно свидетельствуют о том, что у прототипа уровень адгезии металла (в данном случае меди) к поверхности рулона во столько же раз (т.е. в 1.7 раза) ниже, чем у предлагаемого устройства. Следовательно, можно сделать вывод о том, что заявленный технический результат в виде повышении уровня адгезии при гетерогенизации поверхности наноконтейнера металлом достигается.
Для производства и использования заявленного устройства может быть использовано существующее технологическое и контрольно-измерительное оборудование и применены известные технологии гетерогенизации металлом поверхности рулонов наноконтейнеров. Эти обстоятельства дают основание сделать вывод о соответствии заявленной полезной модели критерию патентоспособности полезных моделей «промышленная применимость».
1.Патент РФ на полезную модель 86471, МПК: А61К 8/25, опуб. 10.09.2009 г.,
2. Патент РФ на полезную модель РФ 71543, МПК: А61К 8/28, А61К 8/49, опуб. 20.03.2008 г., Бюл. 8 (прототип).
3. Журнал «Clay Minerals», v.40, p.383-426, статья «Halloysite Clay Minerals», E.Joussein and all., 2005.
4. Журнал «Small (Nano, Micro)», v.1, p.510-513,, статья «Biomimetic Synthesis of Vaterite in the Interior of Clay Nanotubules», D.Shchukin and all., 2005.
5. Журнал аналитической химии. 2010 г. Т.65, 12. - с.1237-1243
Статья «Фракционирование нано- и микрочастиц во вращающейся конусовидной спиральной колонке», авторы: П.С.Федотов и др.
6. Патент РФ на полезную модель 86100, МПК: А61К 8/00, опуб. 27.08.2009 г.,
7. Патент РФ на полезную модель 86472, МПК: А61К 8/28, опуб. 10.09.2009 г.,
8. А.С. СССР 983522, МПК: G01N 19/02, опуб. 23.12.1982 г,. Бюл. 47.
9. А.С. СССР 1054732, МПК: G01N 3/56, опуб. 08.07.1982 г., Бюл. 42.
Наноконтейнер, имеющий форму рулона, образованного по меньшей мере двумя слоями, дистанцированными друг от друга на расстояние от 0,18·10-9 до 2,5·10-9 м, длиной от 6·10-8 до 9·10-6 м и диаметром канала от 5,0·10-9 до 2,1·10-7 м, причем поверхность рулона образует SiO2, а поверхность канала образует Al2O3, отличающийся тем, что торец рулона выполнен ступенчатым, при этом расстояние между прилегающей к торцу стороной нижележащего слоя и прилегающей к торцу стороной вышележащего слоя вдоль оси рулона составляет значение от 0,35·10-9 до 4,0·10-6 м.
