Группа ученых из Тамбовского государственного технического университета разработала экологически безопасный метод получения нанографита. Что это такое? Наверняка многие из вас слышали про такой материал, как графен, представляющий собой слой толщиной в один атом углерода и обладающий уникальными свойствами. Также всем с детства известен графит, из которого делают, например, карандашные стержни. Природный графит состоит из десятков тысяч слоев графена. Нанографитом же в специальной литературе называют структуру, состоящую из нескольких графеновых слоев. Такой материал, с одной стороны, обладает рядом уникальных свойств, как и однослойный графен, с другой, его получение гораздо проще и дешевле. Тем не менее до недавнего времени синтез нанографита был сопряжен с рядом трудностей, применением опасных и ядовитых веществ и большими расходами электроэнергии на ультразвуковую обработку. Тамбовским ученым удалось получить нанографиты из природного и искусственного графита электрохимическим способом. В настоящее время проходит процедура патентования, после завершения которой ученые планируют заняться поиском предприятий-партнеров для внедрения технологии в промышленность.
Разработка подобного метода – новое направление не только в России, но и в мире.
- Мы проводили обзор литературы и можем уверенно заявить, что технологию, подобную созданной нами, в России никто не развивает. К разработке ученые Тамбовского государственного технического университета приступили в 2016 году, приблизительно в это же время технологию стали изучать за рубежом. Но на сегодняшний момент у нас есть небольшое преимущество в виде задела в рамках научной школы, основанной профессором Александром Борисовичем Килимником. Он занимался электрохимическим получением веществ на переменном токе с начала восьмидесятых годов прошлого столетия. Электрохимический синтез нанографитов из природного или искусственного графита - одно из самых перспективных направлений в области получения 2D (плоских) углеродных наноструктур. В отличие от классических методов здесь не требуются сильные окислители, а процесс функционализации (химической модификации поверхности) можно совмещать с основным синтезом. В результате нет опасных побочных продуктов. Поэтому эту технологию можно по праву отнести к «зеленой», - рассказывает заведующий кафедрой «Химия и химические технологии» ТГТУ, доктор технических наук Артем Рухов.
Сотрудники кафедры разработали две лабораторные экспериментальные установки, одна из которых предназначена для исследования кинетики процесса с использованием гравиметрического и нефелометрического методов. Кроме того, создана опытно-промышленная установка, которая, несмотря на небольшие размеры – ее с легкостью можно уместить на обычном столе, имеет производительность, соизмеримую с небольшим промышленным цехом.
- Сейчас коллектив кафедры - доценты Евгений Бакунин, Елена Образцова, Александр Осетров и студентка Анастасия Масякина – работают над поиском направлений использования нового тамбовского наноматериала. В частности, разрабатываются составы для защиты стали от коррозии. Например, при использовании нанографита коррозионная стойкость оружейной стали увеличилась почти в три раза, что позволит оборонным предприятиям выпускать более качественную продукцию. Еще один пример – добавление 0,01 процента нанографита в клеящий состав для скотчей привело к повышению усилия на отрыв на 56 процентов. В общем, ожидаемая сфера применения нового материала весьма широка. Это модификация полимеров, строительных материалов, элементов сенсоров, а также токопроводящих дорожек при печати электрических схем на принтере, носителей лекарств и специальных видов удобрений для растений, - поясняет Артем Рухов.
Пока все научные разработки проводятся при поддержке управления образования и науки Тамбовской области и из собственных средств ученых.
Все разработанные установки собраны и настроены своими руками. Как говорит Артем Рухов, у этого научного направления – исследование синтеза и применение нанографита, полученного электрохимическим способом - большие прикладные и теоретические перспективы. В частности, в ближайшее время по этой тематике будет защищаться докторская диссертация и несколько кандидатских/