Багато ценосфер, багато застосувань

Хоча ви можете цього не знати, сучасний світ має багато причин бути вдячним за ценосфери.

Мало хто знає про їхнє існування, ще менше людей знає, звідки вони родом. Хоча швидкий погляд на Вікіпедію, джерело всіх джерел, повідомить необізнаному, що «ценосфера — це легка, інертна, порожниста сфера, що складається переважно з кремнезему та глинозему та заповнена повітрям або інертним газом, який зазвичай утворюється як побічний продукт спалювання вугілля на теплових електростанціях. Колір ценосфер варіюється від сірого до майже білого, а їхня щільність становить приблизно 0,4–0,8 г/см3 (0,014–0,029 фунта/куб. дюйм), що надає їм велику плавучість».

Однак це мало що може сказати про справжню красу цих крихітних, але потужних кульок зольного попелу. Адже їхня справжня сила полягає в різноманітності їхнього використання. Як зазначається у французькому галузевому журналі «Industrie & Technologies»: «Завдяки своїй низькій щільності, малому розміру, сферичній формі, механічній міцності, високій температурі плавлення, хімічній інерції, ізоляційним властивостям та низькій пористості, мікросфери [також відомі як ценосфери] знаходять широкий спектр застосування в промисловості. Зокрема, [вони ідеально підходять] для армування матеріалів або надання властивостей стійкості до корозії, тепло- та звукоізоляції покриттям чи фарбам. Їх можна описати як багатофункціональні наповнювачі, і вони добре інтегруються в смоли та зв'язуючі речовини, такі як термопласти та термореактивні».

Ценосфери у фарбах та покриттях

Ценосфери мають безліч застосувань у лакофарбовій та промисловій промисловості завдяки додатковим якостям, які вони забезпечують. Наприклад, ценосфери часто використовуються в покриттях для контролю інфрачервоного випромінювання, що дає цим покриттям перевагу над тими, які лише намагаються обмежити теплопровідність.

Тим часом експерти з покриттів компанії Petra Buildcare Products пояснюють, як ценосфери «… покращують якість фарби, збільшуючи об’єм і щільність продукту. Після нанесення на стіну керамічні кульки мають тенденцію стискатися, створюючи щільно упаковану плівку на стіні».

Ценосфери в синтаксичних пінах

Ценосфери часто використовуються для виготовлення «синтаксичних пін». Це спеціалізовані тверді речовини, в яких ценосфери використовуються як наповнювач, що забезпечує низку переваг, від нижчої вартості до додаткової міцності, звукоізоляції, плавучості та теплового захисту.

Експерти Engineered Syntactic Systems описують синтаксичну піну наступним чином;

«Синтаксична» частина стосується впорядкованої структури, що забезпечується порожнистими сферами. Термін «піна» стосується комірчастої природи матеріалу. Завдяки своїм унікальним властивостям високої міцності при низькій щільності, синтаксична піна широко використовується в підводних застосуваннях для забезпечення плавучості. Синтаксичні матеріали стійкі до комбінованого впливу гідростатичного тиску та тривалого впливу, що робить їх ідеальними для океанічних проектів, таких як поплавці для тросів та м’ячів, а також для підтримки приладів. Вони також забезпечують міцність та структурну цілісність при значно меншій вазі на об’єм, ніж більшість традиційних матеріалів, що робить їх привабливим вибором у багатьох сферах оборони та цивільного будівництва».

Ценосфери в нафтовому бурінні

Щоб довести невідому важливість ценосфер, достатньо звернути увагу на їхню життєво важливу роль у нафтовій промисловості. Адже хоча всі знають про важливість нафти в сучасному світі, маловідомий факт, що ценосфери, як зазначає французький галузевий журнал «Industrie & Technologies», «…вже кілька років використовуються в галузі буріння нафти для зменшення щільності цементної пасти нафти без збільшення вмісту води».

Ценосфери в пластмасах та полімерах

Ценосфери також використовуються у виробництві пластмас та полімерів, оскільки їхня здатна до реформування форма або міцність допомагає уникнути усадки термопластів та термореактивних пластмас.

Вони також використовуються в сучасних композитах в автомобільній промисловості. Наприклад, Chevrolet Corvette 2016 року містить «компаунд для листового лиття, в якому скляні мікросфери замінюють наповнювач з карбонату кальцію та зменшують вагу моделі Stingray Coupe спортивного автомобіля на 9 фунтів [9 кг]». Віце-президент виробника Continental Structural Plastics Inc. Пробір Гуха пояснює причину включення ценосфер до композиту, кажучи, що «типова формула SMC для цього типу застосування в транспортних засобах містить 20% об'ємного скловолокнистого армування, 35% смоли та 45% наповнювача, зазвичай карбонату кальцію», додаючи, що «цей новий SMC [компаунд для листового лиття] є конкурентоспроможним за вартістю з алюмінієм».

Ценосфери в бетоні

Протягом багатьох років ценосфери були корисною добавкою до бетону, забезпечуючи додаткову міцність та/або звукоізоляцію, а також знижуючи щільність. Джефф Джирард, президент Інституту бетонних стільниць, пояснює ці переваги, кажучи: «Теоретично, ценосфери можуть замінити частину піску звичайної ваги, що використовується в бетоні. Ценосфери мають щільність, меншу за щільність води (в середньому 0,7 проти 1,0 у води); частинки кварцового піску зазвичай мають щільність близько 2,65. Це означає, що 1 фунт ценосфер займає такий самий абсолютний об'єм, як приблизно 3,8 фунта піску».

«Промисловість і технології» також окреслюють використання ценосфер як засобу зниження шумового забруднення, заявляючи, що «[Ценосфери використовуються] в будівельних матеріалах для полегшення бетону, зберігаючи при цьому міцність на стиск 30 МПа при щільності 1,6 Т/м3, покращуючи їхню герметичність та зменшуючи звукопередачі. Наприклад, Санкт-Петербурзький науково-технічний центр прикладних нанотехнологій (НТЦАН) займається будівництвом мостів з такими бетонами в Росії [для створення тихішого дорожнього покриття]. Ценосфери також використовуються для покращення тепло- та звукоізоляційних якостей штукатурок, розчинів та штукатурок, що використовуються для стін, підлог та стель. Додавання 40% об’єму ценосфер зменшує коефіцієнт шумопередачі вдвічі».

Ценосфери у фармацевтиці

Ценосфери використовуються у фармацевтичній промисловості вже багато років, оскільки ці маленькі кульки, покриті ліками, можуть слугувати майже ідеальним транспортним пристроєм. Крім того, як зазначає французький галузевий журнал Industrie & Technologies, «ценосфери, покриті оксидом срібла, можна, наприклад, інтегрувати в пов'язки для прискорення загоєння ран».

Ценосфери в передових галузях промисловості

Проводиться велика кількість досліджень для пошуку нових застосувань цього універсального побічного продукту. Наприклад, нові каталізатори для процесу окислення метану розробляються з використанням магнітних ценосфер.

Ценосфери також використовуються в розробці металоматричних композитів (MMC) – різноманітних матеріалів, які поєднують високе поглинання енергії, ударостійкість та низьку щільність сфер з якостями інших речовин. Інші, такі як Пол Біжу-Дюваль з Технологічного інституту Джорджії в Атланті, наполегливо працювали над розробкою безцементних будівельних матеріалів. Його робота продовжується, додаючи до суміші ценосфер такі елементи, як бамбук та металеві труби, як засіб пошуку альтернативних, дешевших, міцніших та екологічніших методів будівництва.

Тим часом Інститут хімії та хімічної технології Російської академії наук у Красноярську вивчає способи використання ценосфер у каталітичних перетвореннях. BAE systems намагається використовувати ценосфери у фарбі як засіб для підтримки невидимості в інфрачервоному спектрі, що дозволить військовим кораблям мати «плащі-невидимки».

З огляду на такий широкий спектр використання та ще ширший спектр потенційних застосувань, не дивно, що інтерес до ценосфер зростає. Поки розробники продуктів шукають легкі наповнювачі, покращені системи доставки ліків, покращені покриття, замінники цементу та композитні добавки, існуватиме потреба в ценосферах. Крім того, зі збільшенням досліджень нових застосувань цих універсальних сфер, лише час покаже, де лежить майбутнє ценосфер.