Необходимо также отметить, что применение наночастиц порождает еще один комплекс задач, которому в настоящее время не уделяют должного внимания, а именно: токсичность искусственных наночастиц. В ряде работ показано, что наночастицы могут попадать в организм человека через органы дыхания, желудочно-кишечный тракт или другими путями. Причем негативные эффекты от попадания нанотрубок превосходят результаты воздействия асбеста и кристаллического кремнезема. То же выявлено при использовании наночастиц оксида титана и серебра.

Технологические проблемы однородного распределения связаны с тем, что высокоэнергетические способы гомогенизации (например, при использовании ультразвука) требуют частот 15-200 ГГц. Это частоты гиперзвука, который быстро поглощается веществом и расходуется на различные физические и химические процессы. Промышленными аппаратами такие частоты не генерируются. Изложенные проблемы и задачи позволяют сформулировать базовые принципы нанотехнологии в строительстве, а именно:

1.  Нанотехнология строительных композитов должна обеспечивать их производство по объемным технологиям.

2.  Носитель нанообъектов должен образовывать в композите (постоянно или временно) непрерывную фазу. Этот принцип предопределяет, что создание наноструктур целесообразно проводить на границах раздела фаз. При этом она должна быть термодинамически устойчивой.

3.  Синтез нанообъектов в композите должен приводить к снижению свободной энергии Гиббса.

4.  Количество модификаторов наноразмерного уровня должно обеспечивать их равномерное распределение по объему материала.

5.  Вспомогательные вещества, применяемые для распределения нанообъектов в объеме композита, должны удаляться с их поверхности основной фазой композита.

С использованием приведенных принципов можно разработать множество строительных материалов различного назначения и на основе различных вяжущих веществ. В частности, в наших работах разработан новый метод модифицирования дисперсных фаз, позволяющий при толщине слоя модификатора 45...75 нм повысить эксплуатационные свойства химически стойких композитов на 30.. .50%, а по не­которым свойствам в несколько раз.

Подведем некоторые итог:

1.  Нормативная база строительства не позволяет активно внедрять нанотехнологию

2.  Введение наночастиц или ЗD-нанообъектов приводит к возникновению экологических проблем. Кроме того, существующие технологии гомогенизации не позволяют осуществить однородное распределение наночастиц. Применяемые вспомогательные вещества блокируют активную поверхность нанообъектов и не позволяют реализовать заложенный в них потенциал.

3.  Стратегия реализации современной нанотехнологии в строительстве должна базироваться на использовании запасенной в веществе химической энергии. То есть, перспективны химические методы синтеза нанообъектов. Особенности строительства указывают на то, что производство строительных материалов с использованием элементов нанотехнологии должно осуществляться на существующих традиционных технологических линиях и соответственно без существенного их изменения.

Для устранения указанных ограничений в развитии нанотехнологии необходимо, прежде всего, установить критерии качества для каждой группы материалов, предназначенных для эксплуатации в заданных условиях. Причем должны быть определены конкретные показатели. Например, у бетона существует 74 базовых показателя, прописанных в государственном стандарте, и здесь необходимо все-таки, выделить, для какой функциональной группы и какие показатели необходимо изменять. Также существует проблема с определением базовых материалов. То есть, от чего необходимо отталкиваться для того, чтобы продемонстрировать перспективы нанотехнологии в строительстве.

Еще раз повторю, что нужны системные решения, в разработке которых должны принять активное участие архитекторы, проектировщики, материаловеды, экономисты  Необходимо сформировать облики современного и будущего зданий и от этого строительного объекта начинать свои действия. Пока же все достижения выглядят как некая демонстрация возможностей нанотехнологии, а не целенаправленный инженерный поиск.

В заключение хотелось бы отметить, что наиболее перспективные технологии синтеза нанообъектов — это химические технологии, как и технологии производства самих строительных материалов. Поэтому рационально выбрать то направление, когда синтез нанообъектов происходил бы одновременна с основным технологическим процессом получения строительного материала.

Важно также, что для решения задач нанотехнологии в строительстве необходимо использовать высокоинформативные, современные методы исследований  И надеюсь, что в создающемся сейчас Научно-образовательном центре по нанотехнологи-ям при Московском государственном строительном университете, который получил статус национального исследовательского университета, мы совместными усилиями сможем ответить на большинство поставленных вопросов. Университет готов к сотрудничеству и активным действиям в решении проблемы практического внедрения нанотехноло­гии в строительство.

Наиболее показательный пример широкого промышленного использования нанотехнологии в строительстве — стальная арматура и конструкционные стали с измененной наноструктурой. В отличие от обычной углеродистой стали наномодифицированные стали имеют в наношкале слоистую «реечную» структуру, из-за чего резко возрастают их механические свойства, например, прочность, податливость и сопротивление усталости по сравнению с другими известными высокопрочными сталями. Эти свойства материала приводят к значительно более длительным срокам службы в коррозионных средах и понижают интегральную стоимость строительства.

Наномодифицирование частицами ванадия и молибдена резко снижает риск водородного растрескивания сталей прочностью свыше 1200 МПа. Это особенно важно при значительном увеличении объемов применения таких сталей в высотном строительстве и при возведении уникальных объектов. Большие перспективы просматриваются и для применения нанотехноло­гии в деревянных конструкциях, возможности которых далеко не исчерпаны. Самоочищение и самостерилизация, «внутреннее самозалечивание», контроль влагосодержания, наличия грибов и плесени — вот неполный перечень интенсивно развивающихся междисциплинарных исследований. Уже сегодня освоен выпуск защитных водооталкивающих составов, воспроизводящих эффект «листа лотоса» и основанных на применении наночастиц диоксида кремния, оксида алюминия и гидрофобных полимеров. Не за горами появление материалов с контролируемой электропроводностью, деформативными характеристиками и низким термическим расширением, «умных» материалов, например, датчиков для мониторинга температуры, влажности, напряжений.

Евгений Валерьевич Королев, директор Научно-образовательного центра по направлению «Нанотехнологии" Московского Государственно­го строительного университета