По результатам анализа информационных источников показаны основные направления применения нанотехнологий и наноматериалов в автомобильной промышленности.
Автомобилестроение стало одной из первых отраслей, где быстро поняли выгоду нанотехнологий. В современном автомобиле сложно изобрести что-то принципиально новое, так как его основные элементы остаются всё теми же – кузов, двигатель, подвеска, тормозная система, электрооборудование и другие узлы, которые лишь совершенствуются. Нанотехнологии обещают целый ряд выгод от широкомасштабного внедрения в массовое производство автомобилей. Буквально каждый узел или компонент в конструкции автомобиля может быть в значительной степени усовершенствован при помощи нанотехнологий и наноматериалов.
Современное автомобилестроение является одной из самых новаторских отраслей промышленности. За последнее время, автомобиль с успехом превратился из механизма, поглощающего нефтяные ресурсы, в компьютер, который эффективно управляет электрическим приводом. Уже известны успешные коммерческие образцы водородного автомобиля. Следует отметить, что даже ограниченный запас хода электромобилей и не сформированная инфраструктура заправок, например, водородным топливом, вряд ли затормозит прогресс развития «умного авто».
Внедрение нанотехнологий в автомобильную промышленность позволит сделать автомобили:
1. Доступными (нанотехнологические методы производства позволяют создавать товары и услуги с низкой себестоимостью);
2. Комфортными (более совершенная работа механических частей, улучшенная шумо- и вибро-изоляция на основе наноструктурированных материалов, эргономичный салон);
3. Эффективными (повышение средней скорости движения автомобилей, повышение КПД использования энергии, необходимой для перевозки людей и грузов);
4. Интеллектуальными (широкое внедрение информационных систем во все узлы и компоненты автомобилей, принятие автомобилем все больших функций водителя на себя);
5. Безопасными для человека и окружающей среды (новые, экологически чистые силовые установки, в том числе на топливных элементах, качественно новый уровень пассивной и активной безопасности для обитателей салона и пешеходов, широкое использование в конструкции авто биодеградируемых материалов, а с созданием дисассемблеров – возможность 100 % утилизации устаревших автомобилей).
Появляется большое число потребительских продуктов, в которых тем или иным образом используются нанотехнологии, конструкционные композитные материалы на базе высокопрочных волокон (углеродных нанотрубок) для промышленного применения, например, в авиастроении, автомобильной и военной технике; увеличится применение нанопорошков и нанопокрытий, в том числе в машиностроении, применение нанотехнологий для производства абразивных материалов, буровых и металлообрабатывающих инструментов. В настоящее время появилась возможность получения наноструктури-рованных материалов с дисперсионно-упрочненной структурой на основе порошков алюминия и его сплавов (например, Al-Mg и др.) При их изготовлении использован метод «реакционного механического легирования» в аттриторах с добавлением в различных вариантах в них углерода в виде графита, количества которого должно быть достаточно не только для образования механосинтезиро-ванных упрочняющих частиц (дисперсоидов) карбидов алюминия нано-дисперсного уровня, но и для нахождения остаточного углерода в конечном (горячеэкструдированном) материале в виде равномерно распределенных в нем частиц графита, играющего роль сухой смазки.
Для известных автомобилестроительных фирм разработаны и продолжают разрабатываться полимерные нанокомпозиты, которые предназначены для ненагруженных элементов и деталей кузова и подкапотного пространства автомобиля и двигателя, внешней облицовки (молдинги, бамперы, обвесы, спойлеры и др.), внутренних элементов (панели приборов, перегородки, усиливающие элементы кресел, коврики, шумо-, пыле-, грязезащитные элементы и др.), трубок и быстро-разъёмных систем топливоподачи, трубок, дефлекторов и направляющих кожухов системы охлаждения двигателя и кондиционирования салона, трубок подвода и отвода масла, щеток стеклоочистителя, шин и др.
Разработаны силикатные нанокомпозиты на основе найлона-6 (фирмы Toyota и Mitsubisi и фирмы UBE (США), нанокомпозиты на основе термопластичных олефинов (корпорация Volvo, General Motors), каучуковые нанокомпозиты, биоволокнистые нанокомпозиты; биопенопласты; углерод-полимерные нанокомпозиты с использованием нанотрубок; нанокрасители, отталкивающие грязь с поверхности облицовки, самоочищающие и противо-обледенительные составы, а также многофункциональные наноуглепластики с плотностью 400 кг/м3 , позволяющие изменять первоначальный цвет окраски по желанию потребителя.
Сегодня нанотехнологии внедряют многие крупнейшие производители, и в 2020 году их используют все автомобилестроители и большинство их поставщиков. 70 ведущих мировых автомобилестроителей, включая Renault, General Motors, BMW, Toyota, Audi, Ford, Volkswagen, Mercedes-Benz, Opel, Ferrari, MAN, FIAT, Volvo, Hyundai, Honda, Nissan, Chrysler, Jaguar, Porsche, Peugeot, Saab, Rover, Citroen, Huachangcar, Mazda, Alfa Romeo, Asia Motors, Mitsubishi, Vauxhall, Subaru и др. провели совместные исследования возможностей применения нанотехнологий в автомобилях с 2002.
Фирма BMW показала свой новый концепт – автомобиль с изменяемой формой, тоже насыщенный наноматериалами. Идея авто с нежесткой геометрией носится в воздухе. Можно не сомневаться, что нанотехнологи постараются довести её до ума. Автомобиль на водородных элементах – одна из генеральных линий развития автотранспорта. Нанотехнологии призваны сыграть решающую роль на трех главных этапах работы с водородом. Во-первых, мощные солнечные установки на наноматериалах очень пригодились бы для получения водорода из воды. Во-вторых, хранить водород было бы гораздо безопаснее не в баллонах под огромным давлением, а в нанопористых материалах – сейчас они конструируются. Наконец, сами энергетические элементы также не обойдутся без наноструктур.
Одним из фантастичных, и тем не менее, реальным следствием использования наноматериалов в автопромышленности является «саморегенерация», то есть все дефекты, получаемые в процессе эксплуатации автомобилем, будут самоустраняться.