Новосибирские ученые 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.
Работу проводили исследователи Новосибирского государственного технического университета НЭТИ, которые 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.
Валерий Головахин, младший научный сотрудник лаборатории химической технологии функциональных материалов НГТУ НЭТИ
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.
Фото: freepik
Нет комментариев