Ученые НГТУ НЭТИ работают над получением углеродных наноматериалов функционального назначения
В Новосибирском государственном техническом университете НЭТИ методом окисления синтезируют нановолокнистые углеродные материалы и их модифицированные версии. Синтезированные материалы могут применяться в разных сферах — в качестве суперконденсаторов в электронных приборах, материалов для хеморезистивных* газовых сенсоров, наполнителей полимерных композитов. Ученые НГТУ НЭТИ запатентовали способ обработки углеродных наноматериалов.
«Есть два класса углеродных наноматериалов: нановолокнистые углеродные (нановолокна, нанотрубки) и графитоподобные. Работы по их получению велись еще в 90-х годах прошлого века. Эти материалы пробовали окислять и выявили, что такое воздействие качественно сказывается на их свойствах. На этом исследования закончились, но их возобновили через какое-то время, когда появились новые методы анализа структуры и свойств материалов, новые способы модификации. От применения растворов ушли, использовали газовую или плазменную среду окисления. Мы начали пробовать окислять углеродные наноматериалы растворами кислот различной концентрации и пришли к выводу, что этот способ куда проще, дешевле, экономичнее в сравнении с вышеуказанными методами. Основные параметры, которые влияют на то, что мы получаем в итоге, — это температура процесса и концентрация кислоты. Сам синтез достаточно простой: берется навеска материала, заливается объемом кислоты с определенной концентрацией и выдерживается в течение определенного времени. Новизна заключается в использовании нами растворов, которые до этого не применялись. Самый новый метод — обработка в растворе хромовых кислот, таких исследований не было, мы первые, кто этим занимается. Также мы используем концентрации кислот, которые не исследовались вовсе или исследовались незначительно», — рассказал младший научный сотрудник лаборатории химической технологии функциональных материалов НГТУ НЭТИ Валерий Головахин.
Углеродные материалы обладают уникальными свойствами. В их числе электропроводность, магнитные свойства, сенсорные характеристики — способность адсорбировать токсичные газы и с помощью адсорбции подавать электронный сигнал о том, что превышена концентрация газа.
По словам Валерия Головахина, углеродные материалы имеют широкий спектр применения. Они используются как материал для хеморезистивных газовых сенсоров, как электродные материалы в суперконденсаторах. Популярно их использование в качестве добавок к другим материалам — неорганическим (металлам, керамике и т. д.) и органическим (полимерам). Так, в 3D-печати к полипропилену добавляют углеродные наноматериалы, чтобы он получился более прочным и гибким в сравнении с аналогами без таких добавок. На гидроэлектростанциях можно предотвращать биообрастание за счет покрытия, которое содержит в себе небольшую примесь углеродных нановолокон: в несколько слоев наносится специальный полимерный лак, в котором есть добавка углерода, и это увеличивает прочность самой дамбы, ее разрушение от сил трения и давления уменьшается за счет того, что дополнительный слой тонкий, но очень крепкий. И биоорганизмы не нарастают на этом покрытии, потому что такая композиция лака с углеродными нановолокнами для них является ядом.
Кроме работ по получению углерода и по его модификации, изучается возможность создания композитов из различных углеродных материалов — модифицированных и немодифицированных. Также ученые проводят исследования различных комбинаций углеродных наноматериалов и изучение их комплексных свойств.
*Хеморезистивный материал — это материал, изменяющий свое электрическое сопротивление под воздействием внешних химических веществ или газов.