В декабре прошлого года на Парижской конференции по климату президент РФ Владимир Путин заявил, что у России есть уникальная технология производства углеродных нанотрубок, которая может произвести переворот в промышленности и экологии. Теперь у нас есть не только уникальная технология, но и само производство. В Новосибирском Академгородке работает промышленная установка, производящая 80% всех однослойных углеродных нанотрубок в мире. Через год там будет запущена ещё одна установка, которая позволит увеличить производство в шесть раз.
Нано
Сначала скажем несколько слов о том, что такое углеродные нанотрубки. Согласно определению Международного союза чистой и прикладной химии (ИЮПАК) нанобъектами называются такие объекты, у которых размеры хотя бы по одному из трёх измерений меньше ста нанометров. Нанометр – это миллиардная доля метра.
У нанотрубок диаметр порядка нескольких нанометров, а в длину они могут достигать микронных размеров. Углеродная нанотрубка – это свёрнутый лист, состоящий из шестиугольников, в вершинах которых располагаются атомы углерода.
Судя по всему, ещё в 1952 году советские учёные, рассматривая в электронный микроскоп поверхность железного катализатора, видели нанотрубки, но тогда не смогли понять значение своего открытия. Видели нанотрубки и другие учёные. Потребовалось пятьдесят лет, чтобы понять потенциал этих объектов наномира.
Практическое применение
Углеродные нанотрубки обладают потрясающей прочностью. Алюминий, армированный всего одним процентом нанотрубок, становится прочнее на десятки процентов самых прочных алюминиевых сплавов. Разумеется, углеродными нанотрубками можно армировать и другие металлы, а также пластики, керамику и бетон.
Другая сфера применения углеродных нанотрубок связана с их электрическими свойствами. Использование нанотрубок для изготовления отрицательного электрода литий-ионных аккумуляторов позволяет увеличить ёмкость и срок службы аккумуляторов.
Во всём мире учёные пытаются найти способ применения нанотрубок для изготовления электродов суперконденсаторов. Ёмкость конденсатора тем больше, при прочих равных условиях, чем больше площадь поверхности электродов, а у нанотрубок площадь поверхности огромна. В Воронежском техническом университете разработали способ прививки нанотрубок на поверхность графена для изготовления электродов суперконденсаторов.
Цена
До сих пор широкому внедрению углеродных нанотрубок препятствовала их высокая цена — 7000 рублей за один грамм. Столько они стоят на международном рынке. А теперь посчитаем немножко. Тонна алюминия стоит 125 тысяч рублей. Для того, чтобы армировать алюминий 1% углеродных нанотрубок, их понадобится 10 кг. В итоге получим, что тонна алюминия, армированного 1% нанотрубок, будет стоить 70 миллионов 125 тысяч рублей. Дороговато.
В Новосибирске был разработан уникальный метод получения углеродных нанотрубок, держащийся в глубоком секрете, который позволяет снизить их стоимость в 200 (!) раз. При такой цене становится возможным производство нанотрубок в промышленных масштабах, а их широкое применение оказывается экономически целесообразным. Объём рынка оценивается в 70 миллиардов долларов.
Новосибирские учёные не ограничились только научными разработками, а построили и запустили опытное производство продукта под торговой маркой TUBAL, содержащего от 75% одностенных углеродных нанотрубок. Кроме того, новосибирские учёные научились производить уникальный материал — бумагу из нанотрубок. Это листовой материал, который по электропроводности близок к меди, но значительно легче его. Использование такой бумаги в качестве оплётки высокочастотных кабелей позволяет увеличить их гибкость и снизить вес, что важно для авиации и космонавтики.
Некогда человек и университет Михайло Васильевич Ломоносов сказал крылатую фразу: «Российское могущество прирастать будет Сибирью», в которой почему-то часто неверно заменяют «могущество» на «богатство». И ныне это пророчество сбывается. Новосибирские учёные создали хороший задел для того, чтобы Россия стала лидером в мировом производстве инновационного продукта — углеродных нанотрубок. Не нефтью единой богата Сибирь.
Автор: Евгений Сизов
