Возможно, вы этого и не знаете, но у современного мира есть множество причин быть благодарным за ценосферы.
Мало кто знает об их существовании, и ещё меньше людей знают, откуда они взялись. Хотя беглый взгляд на Википедию, источник всех источников, сообщит неосведомлённому, что «ценосфера — это лёгкая, инертная, полая сфера, состоящая в основном из кремнезема и оксида алюминия и заполненная воздухом или инертным газом, обычно получаемая в качестве побочного продукта сжигания угля на тепловых электростанциях. Цвет ценосфер варьируется от серого до почти белого, а их плотность составляет около 0,4–0,8 г/см³ (0,014–0,029 фунта/куб. дюйм), что обеспечивает им высокую плавучесть».
Однако это мало что говорит об истинной красоте этих крошечных, но мощных шариков из золы-уноса. Их настоящая сила заключается в многообразии их применения. Как утверждает французский промышленный журнал Industrie & Technologies: «Благодаря низкой плотности, малому размеру, сферической форме, механической прочности, высокой температуре плавления, химической инертности, изоляционным свойствам и низкой пористости микросферы [также известные как ценосферы] находят широкое применение в промышленности. В частности, [они идеально подходят] для армирования материалов или придания им свойств устойчивости к коррозии, а также тепло- и звукоизоляции покрытий или красок. Их можно описать как многофункциональные наполнители, хорошо интегрирующиеся в смолы и связующие вещества, такие как термопласты и термореактивные смолы».
Ценосферы в красках и покрытиях
В лакокрасочной и промышленной промышленности ценосферы находят широкое применение благодаря своим дополнительным свойствам. Например, ценосферы часто используются в покрытиях для контроля инфракрасного излучения, что дает таким покрытиям преимущество перед теми, которые просто пытаются ограничить теплопроводность.
Между тем, специалисты по покрытиям из компании Petra Buildcare Products объясняют, как ценосферы «…улучшают качество краски за счет увеличения объема и плотности продукта. После нанесения на стену керамические шарики имеют тенденцию к сжатию, образуя плотно упакованную пленку на стене».
Ценосферы в синтаксических пенах
Ценосферы часто используются для производства «синтактических пен». Это специализированные твердые материалы, в которых ценосферы используются в качестве наполнителя, что обеспечивает ряд преимуществ, от снижения стоимости до повышения прочности, звукоизоляции, плавучести и теплозащиты.
Специалисты компании Engineered Syntactic Systems описывают синтактическую пену следующим образом:
«Термин „синтактический“ относится к упорядоченной структуре, обеспечиваемой полыми сферами. Термин „пена“ относится к клеточной природе материала. Благодаря своим уникальным свойствам — высокой прочности при низкой плотности — синтактическая пена получила широкое применение в подводных плавучих конструкциях. Синтактические материалы устойчивы к комбинированному воздействию гидростатического давления и длительного воздействия окружающей среды, что делает их идеальными для океанографических проектов, таких как поплавки для кабелей и шаров, а также для поддержки измерительных приборов. Они также обеспечивают прочность и структурную целостность при значительно меньшем весе на единицу объема, чем большинство традиционных материалов, что делает их привлекательным выбором во многих областях оборонной и гражданской инженерии».
Ценосферы в нефтедобыче
В качестве доказательства малоизвестной важности ценосфер достаточно взглянуть на их важнейшую роль в нефтяной промышленности. Хотя всем известно о значении нефти в современном мире, мало кто знает, что ценосферы, как утверждает французский отраслевой журнал Industrie & Technologies, «…уже несколько лет используются в нефтедобыче для снижения плотности цементного раствора без увеличения содержания воды».
Ценосферы в пластмассах и полимерах
Ценосферы также находят применение в производстве пластмасс и полимеров, поскольку их способность к переформовке или высокая прочность помогают избежать усадки термопластов и термореактивных пластмасс.
Они также используются в современных композитных материалах в автомобильной промышленности. Например, в Chevrolet Corvette 2016 года используется «композит для формования листового материала, в котором стеклянные микросферы заменяют наполнитель из карбоната кальция и позволяют снизить вес спортивного автомобиля Stingray Coupe на 9 кг». Вице-президент компании Continental Structural Plastics Inc., Пробир Гуха, объясняет причину включения микросфер в композит, говоря, что «типичная формула SMC для этого типа применения в автомобилестроении включает 20% по объему стекловолоконного армирования, 35% смолы и 45% наполнителя, обычно карбоната кальция», добавляя, что «этот новый SMC [композит для формования листового материала] конкурентоспособен по стоимости с алюминием».
Ценосферы в бетоне
В течение многих лет ценосферы были полезной добавкой к бетону, обеспечивая дополнительную прочность и/или звукоизоляцию, а также снижая плотность. Джефф Жирар, президент Института бетонных столешниц, объясняет эти преимущества, говоря: «Теоретически ценосферы могут заменить часть обычного песка, используемого в бетоне. Плотность ценосфер меньше плотности воды (в среднем 0,7 против 1,0 у воды); плотность частиц кварцевого песка обычно составляет около 2,65. Это означает, что 1 фунт ценосфер занимает тот же абсолютный объем, что и около 3,8 фунтов песка».
В издании Industrie & Technologies также описывается использование ценосфер в качестве средства снижения шумового загрязнения, где говорится: «[Ценосферы используются] в строительных материалах для облегчения бетона, сохраняя при этом прочность на сжатие 30 МПа при плотности 1,6 Т/м³, улучшая его герметичность и снижая звукопередачу. Например, Санкт-Петербургский научно-технический центр прикладных нанотехнологий (СТКАН) участвует в строительстве мостов из такого бетона в России [для создания более тихого дорожного покрытия]. Ценосферы также используются для улучшения тепло- и звукоизоляционных свойств штукатурки, растворов и гипсовых смесей, применяемых для стен, полов и потолков. Добавление 40% по объему ценосфер вдвое снижает коэффициент звукопередачи».
Ценосферы в фармацевтике
Ценосферы уже много лет используются в фармацевтической промышленности, поскольку эти маленькие шарики, покрытые лекарственными препаратами, могут служить практически идеальным средством транспортировки. Кроме того, как отмечает французский отраслевой журнал Industrie & Technologies, «ценосферы, покрытые оксидом серебра, могут, например, быть интегрированы в перевязочные материалы для ускорения заживления ран».
Ценосферы в передовых отраслях промышленности
Проводится множество исследований с целью поиска новых способов применения этого универсального побочного продукта. Например, разрабатываются новые катализаторы для процесса окисления метана с использованием магнитных ценосфер.
Ценосферы также используются в разработке металломатричных композитов (ММК) — различных материалов, которые пытаются объединить высокое поглощение энергии, ударопрочность и низкую плотность сфер со свойствами других веществ. Другие исследователи, такие как Пол Биджу-Дюваль из Технологического института Джорджии в Атланте, усердно работают над разработкой строительных материалов без цемента. Его работа продолжается, и в состав ценосфер добавляются такие элементы, как бамбук и металлические трубы, в поисках альтернативных, более дешевых, прочных и экологически чистых методов строительства.
Тем временем Институт химии и химической технологии Российской академии наук в Красноярске изучает способы использования ценосфер в каталитических превращениях. Компания BAE Systems пытается использовать ценосферы в краске для обеспечения невидимости в инфракрасном спектре, что позволит создавать «плащи-невидимки» для военных летательных аппаратов.
Учитывая столь широкий спектр применения и еще более широкий спектр потенциальных применений, неудивительно, что интерес к ценосферам растет. Пока разработчики продукции ищут легкие наполнители, улучшенные системы доставки лекарств, улучшенные покрытия, заменители цемента и композитные добавки, потребность в ценосферах будет сохраняться. Кроме того, с увеличением исследований новых способов применения этих универсальных сфер, только время покажет, где лежит будущее ценосфер.
Дата публикации: 28 декабря 2021 г.