Шмат цэнасфер, шмат прымяненняў

Хоць вы можаце і не ведаць пра гэта, у сучаснага свету ёсць шмат прычын быць удзячным за цэнасферы.

Мала хто ведае пра іх існаванне, і яшчэ менш людзей ведае, адкуль яны паходзяць. Хаця хуткі погляд на Вікіпедыю, крыніцу ўсіх крыніц, паведаміць неадукаванаму, што «цэнасфера — гэта лёгкая, інэртная, полая сфера, якая складаецца ў асноўным з крэмнезёму і аксіду алюмінію і запоўнена паветрам або інэртным газам, які звычайна ўтвараецца як пабочны прадукт спальвання вугалю на цеплавых электрастанцыях. Колер цэнасфер вар'іруецца ад шэрага да амаль белага, а іх шчыльнасць складае каля 0,4–0,8 г/см3 (0,014–0,029 фунта/куб. цаля), што надае ім вялікую плавучасць».

Аднак гэта мала што апісвае ў сапраўднай прыгажосці гэтых малюсенькіх, але магутных шарыкаў з попелу. Бо іх сапраўдная сіла заключаецца ў разнастайнасці іх выкарыстання. Як піша французскі прамысловы часопіс Industrie & Technologies: «Дзякуючы сваёй нізкай шчыльнасці, малому памеру, сферычнай форме, механічнай трываласці, высокай тэмпературы плаўлення, хімічнай інерцыі, ізаляцыйным уласцівасцям і нізкай парыстасці, мікрасферы [таксама вядомыя як цэнасферы] знаходзяць шырокае прымяненне ў прамысловасці. У прыватнасці, [яны ідэальна падыходзяць] для армавання матэрыялаў або надання ўласцівасцей устойлівасці да карозіі, цепла- і гукаізаляцыі пакрыццям або фарбам. Іх можна ахарактарызаваць як шматфункцыянальныя напаўняльнікі, і яны добра інтэгруюцца ў смалы і звязальныя рэчывы, такія як тэрмапласты і тэрмарэактыўныя пласты».

Цэнасферы ў фарбах і пакрыццях

Цэнасферы маюць мноства спосабаў ужывання ў лакафарбавай і прамысловай прамысловасці дзякуючы дадатковым якасцям, якія яны забяспечваюць. Напрыклад, цэнасферы часта выкарыстоўваюцца ў пакрыццях для кантролю інфрачырвонага выпраменьвання, што дае гэтым пакрыццям перавагу перад тымі, якія проста спрабуюць абмежаваць цеплаправоднасць.

Тым часам эксперты па пакрыццях з Petra Buildcare Products тлумачаць, як цэнасферы «…паляпшаюць якасць фарбы, павялічваючы аб'ём і шчыльнасць прадукту. Пасля нанясення на сцяну керамічныя шарыкі маюць тэндэнцыю сціскацца, ствараючы шчыльную плёнку на сцяне».

Цэнасферы ў сінтаксічных пенах

Цэнасферы часта выкарыстоўваюцца для вырабу «сінтаксічных пен». Гэта спецыялізаваныя цвёрдыя рэчывы, у якіх цэнасферы выкарыстоўваюцца ў якасці напаўняльніка, што забяспечвае шэраг пераваг, ад больш нізкай кошту да дадатковай трываласці, гукаізаляцыі, плавучасці і цеплааховы.

Эксперты Engineered Syntactic Systems апісваюць сінтаксічную пену наступным чынам;

«Сінтаксічная» частка адносіцца да ўпарадкаванай структуры, якую забяспечваюць полыя сферы. Тэрмін «пена» адносіцца да ячэістай прыроды матэрыялу. Дзякуючы сваім унікальным уласцівасцям высокай трываласці пры нізкай шчыльнасці, сінтаксічная пена шырока выкарыстоўваецца ў падводных прымяненнях для забеспячэння плавучасці. Сінтаксічныя матэрыялы ўстойлівыя да сумеснага ўздзеяння гідрастатычнага ціску і працяглага ўздзеяння, што робіць іх ідэальнымі для акіянічных праектаў, такіх як паплаўкі для кабеляў і мячоў, а таксама для падтрымкі прыбораў. Яны таксама забяспечваюць трываласць і структурную цэласнасць пры значна меншай вазе на аб'ём, чым большасць традыцыйных матэрыялаў, што робіць іх прывабным выбарам у многіх абаронных і грамадзянскіх інжынерных прымяненнях».

Цэнасферы ў нафтавым бурэнні

Каб даказаць невядомую важнасць цэнасфер, дастаткова проста звярнуцца да іх жыццёва важнай ролі ў нафтавай прамысловасці. Бо, хоць усе ведаюць пра важнасць нафты ў сучасным свеце, малавядомы факт, што цэнасферы, як сцвярджае французскі прамысловы часопіс «Industrie & Technologies», «…выкарыстоўваліся ўжо некалькі гадоў у галіне здабычы нафты для зніжэння шчыльнасці цэментнай пасты нафтавай прамысловасці без павелічэння ўтрымання вады».

Цэнасферы ў пластмасах і палімерах

Цэнасферы таксама выкарыстоўваюцца ў вытворчасці пластмас і палімераў, бо іх перафармавальная форма або трываласць дапамагаюць пазбегнуць ўсаджвання тэрмапластаў і тэрмарэактыўных пластмас.

Яны таксама выкарыстоўваюцца ў сучасных кампазітах у аўтамабільнай прамысловасці. Напрыклад, Chevrolet Corvette 2016 года ўтрымлівае «ліставую кампазіт, у якім шкляныя мікрасферы замяняюць напаўняльнік з карбанату кальцыя і зніжаюць вагу мадэлі Stingray Coupe на 9 кг». Віцэ-прэзідэнт вытворцы Continental Structural Plastics Inc. Пробір Гуха тлумачыць прычыну ўключэння цэнасфер у кампазіт, кажучы, што «тыповая формула SMC для гэтага тыпу прымянення ў транспартных сродках складаецца з 20% аб'ёму армавальнага шкловалакна, 35% смалы і 45% напаўняльніка, звычайна карбанату кальцыя», дадаючы, што «гэты новы SMC [ліставы кампазіт] канкурэнтаздольны па цане з алюмініем».

Цэнасферы ў бетоне

Гадамі цэнасферы былі карыснай дадаткам да бетону, забяспечваючы дадатковую трываласць і/або гукаізаляцыю, а таксама зніжаючы шчыльнасць. Джэф Жырар, прэзідэнт Інстытута бетонных стальніц, тлумачыць гэтыя перавагі, кажучы: «Тэарэтычна, цэнасферы могуць замяніць частку звычайнага пяску, які выкарыстоўваецца ў бетоне. Цэнасферы маюць шчыльнасць меншую за ваду (у сярэднім 0,7 супраць 1,0 у вады); часціцы кварцавага пяску звычайна маюць шчыльнасць каля 2,65. Гэта азначае, што 1 фунт цэнасфер займае такі ж абсалютны аб'ём, як і каля 3,8 фунтаў пяску».

«Industrie & Technologies» таксама апісвае выкарыстанне цэнасфер як сродку зніжэння шумавога забруджвання, сцвярджаючы, што «[Цэнасферы выкарыстоўваюцца] ў будаўнічых матэрыялах для палягчэння бетону, захоўваючы пры гэтым трываласць на сціск 30 МПа пры шчыльнасці 1,6 Т/м3, паляпшаючы іх герметычнасць і зніжаючы гукаперадачу. Напрыклад, Санкт-Пецярбургскі навукова-тэхнічны цэнтр прыкладных нанатэхналогій (НТЦАН) удзельнічае ў будаўніцтве мастоў з такіх бетонаў у Расіі [для больш ціхага дарожнага пакрыцця]. Цэнасферы таксама выкарыстоўваюцца для паляпшэння цепла- і гукаізаляцыйных якасцей тынкоўак, раствораў і штукатурак, якія выкарыстоўваюцца для сцен, падлог і столяў. Даданне цэнасфер у аб'ёме 40% зніжае каэфіцыент шумаперадачы ўдвая».

Цэнасферы ў фармацэўтыцы

Цэнасферы выкарыстоўваюцца ў фармацэўтычнай прамысловасці ўжо шмат гадоў, бо гэтыя маленькія шарыкі, пакрытыя лекамі, могуць служыць амаль ідэальнай транспартнай прыладай. Акрамя таго, як адзначае французскі галіновы часопіс Industrie & Technologies, «цэнасферы, пакрытыя аксідам срэбра, можна, напрыклад, інтэграваць у павязкі для паскарэння гаення ран».

Цэнасферы ў перадавых галінах прамысловасці

Праводзіцца шмат даследаванняў для пошуку новых спосабаў выкарыстання гэтага ўніверсальнага пабочнага прадукту. Напрыклад, з выкарыстаннем магнітных цэнасфер распрацоўваюцца новыя каталізатары для працэсу акіслення метану.

Цэнасферы таксама выкарыстоўваюцца ў распрацоўцы металаматрычных кампазітаў (MMC) — розных матэрыялаў, якія спалучаюць высокае паглынанне энергіі, ударатрываласць і нізкую шчыльнасць сфер з якасцямі іншых рэчываў. Іншыя, такія як Пол Біжу-Дзюваль з Тэхналагічнага інстытута Джорджыі ў Атланце, шмат працавалі над распрацоўкай бесцэментных будаўнічых матэрыялаў. Яго праца працягваецца, ён дадае ў сумесь цэнасфер такія элементы, як бамбук і металічныя трубы, як сродак пошуку альтэрнатыўных, больш танных, трывалых і больш экалагічна чыстых метадаў будаўніцтва.

Тым часам Інстытут хіміі і хімічнай тэхналогіі Расійскай акадэміі навук у Краснаярску вывучае спосабы выкарыстання цэнасфер у каталітычных пераўтварэннях. У той жа час BAE systems спрабуе выкарыстоўваць цэнасферы ў фарбе як сродак для падтрымання нябачнасці ў інфрачырвоным спектры, што дазволіць ваенным караблям мець «плашчы-невідзімкі».

Улічваючы такі шырокі спектр ужыванняў і яшчэ больш шырокі спектр патэнцыйных ужыванняў, нядзіўна, што цікавасць да цэнасфер расце. Пакуль распрацоўшчыкі прадуктаў шукаюць лёгкія напаўняльнікі, палепшаныя сістэмы дастаўкі лекаў, пакрыцці, заменнікі цэменту і кампазітныя дабаўкі, будзе існаваць патрэба ў цэнасферах. Акрамя таго, з павелічэннем даследаванняў новых ужыванняў гэтых універсальных сфер, толькі час пакажа, дзе ляжыць будучыня цэнасфер.