Графеновые нанотрубки- будущее сегодня

Друзья!

В Сети появились интересные материалы о применении чудесного графена в быту и промышленности. Это – углеродные нанотрубки!
«Одностенные нанотрубки применяются в литий-ионных аккумуляторах, углепластиковых материалах, автомобильной промышленности. В кислотно-свинцовых аккумуляторах добавление одностенных нанотрубок значительно увеличивает число циклов перезарядки. У одностенных углеродных нанотрубок коэффициент прочности 50 ГПа, а у стали 1 ГПа.
Промышленная технология синтеза одностенных углеродных нанотрубок OCSiAl, разработанная академиком РАН Михаилом Предтеченским, позволяет получать нанотрубки исключительно высокого качества и предлагать их на мировой рынок по цене, впервые делающей их применение в индустрии экономически доступным.
Многостенные  нанотрубки отличаются от одностенных значительно более широким разнообразием форм и конфигураций. Разнообразие структур проявляется как в продольном, так и в поперечном направлении.
Структура типа «матрёшки»  представляет собой совокупность коаксиально вложенных друг в друга цилиндрических трубок. Другая разновидность этой структуры представляет собой совокупность вложенных друг в друга коаксиальных призм. Наконец, последняя из приведённых структур напоминает свиток (scroll). Для всех структур на рис. характерно значение расстояния между соседними графеновыми слоями, близкое к величине 0,34 нм, присущей расстоянию между соседними плоскостями кристаллического графита.
Реализация той или иной структуры многостенных нанотрубок в конкретной экспериментальной ситуации зависит от условий синтеза. Анализ имеющихся экспериментальных данных указывает, что наиболее типичной структурой многостенных нанотрубок является структура с попеременно расположенными по длине участками типа «русской матрёшки» и «папье-маше». При этом «трубки» меньшего размера последовательно вложены в трубки большего». https://ru.wikipedia.org/wiki/
…«Компания OCSiAl стала первым российским стартапом-единорогом, который оценивается более, чем в миллиард долларов.OCSiAl производит одностенные графеновые нанотрубки - вещество, значительно улучшающее свойства множества материалов.
К сожалению, я не могу показать вам две промышленных установки, синтезирующих нанотрубки - технология держится в строжайшем секрете и фотографировать установки не позволяется никому, да и своими глазами их видели лишь единицы, так что мне повезло. Единственное, что могу сказать, сырьём для производства нанотрубок является обычный природный газ.
Первая установка Graphetron 1.0 была запущена в 2014 году. Она производит 25 тонн нанотрубок в год. Я присутствовал на запуске второй установки Graphetron 50, которая будет производить 50 тонн нанотрубок в год. Пока что больше никто в мире не может синтезировать и десятую часть этого объёма.
Добавление микроскопического количества нанотрубок (сотые доли процента от массы материала) существенно меняет свойства материалов. Во-первых они становятся электропроводными, во-вторых увеличивается их прочность.
Уже сейчас один километр автомобильной трассы "Дон" покрыт асфальтом с нанотрубками. Как показали испытание устойчивость к образованию колеи выросла на 67%, температура размягчения повысилась на 10%, а устойчивость к усталостному трещинообразованию выросла на 67,5%.
Одна из областей, где нанотрубки совершат революцию, - производство шин. Сейчас в шины добавляется очень большое количество углерода (именно поэтому они чёрные), чтобы они не накапливали статическое электричество. Если углерод заменить мизерным количеством нанотрубок, электропроводность шин будет не хуже, у них повысится износостойкость и шины можно будет делать любых цветов.
Рядом с шинами на моей фотографии пластиковая детская горка. Нанотрубки в составе пластика исключают накопление статического электричества, когда дети съезжают с такой горки.
Ещё одна область, где очень важно бороться со статическим электричеством - работа во взрывоопасных средах (например на мукомольном производстве взвесь муки, присутствующая в воздухе, является отличной взрывчаткой). Нанотрубки могут добавляться в материал покрытий для пола и в подошвы обуви. В отличие от выпускающейся сейчас антистатической обуви с большим содержанием углерода в подошве, обувь с "графеновой" подошвой не оставляет следов при "чиркании" по полу. Нанотрубками можно покрывать даже стеклянную тару, при этом она становится гораздо прочнее.
Нанотрубки позволили создать проводящую антистатическую краску разных цветов. Добавление нанотрубок в материал диффузоров динамиков увеличивает их прочность и за счёт этого улучшает качество звука. Добавление графеновых трубок в анод и катод литиевых аккумуляторов значительно увеличивает количество циклов их работы (особенно у высокоёмких аккумуляторов).
Нанотрубки могут добавляться во множество разных материалов, улучшая их свойства.
Уже сейчас нанотрубки начинают использоваться во множестве областей и российский графен закупает множество компаний во всём мире. Бренды пока называть нельзя, но могу сказать, что OCSiAl официально аттестован в качестве поставщика двух из ТОП-3 глобальных производителей литий-ионных аккумуляторов, одного из ТОП-3 в области красок и покрытий, а также одного из ТОП-5 глобальных производителей шин.
В Китае начато серийное производство аккумуляторов формата 18650 со значительно улучшенными характеристиками для электромобилей. Катод этих аккумуляторов содержит новосибирские нанотрубки.
Для изменения свойства материалов требуется очень-очень маленькое количество нанотрубок. Это и несомненный плюс и проблема - сложно равномерно размешать мизерное количество вещества в большом объёме. Чтобы решить эту проблему, OCSiAl производит концентраты с нанотрубками, который проще смешивать с различными материалами.
Технология графеновых нанотрубок настолько новая и революционная, что многие производители материалов ещё не осознали её преимуществ, поэтому в OCSiAl работает центр прототипирования новых материалов, оснащённый промышленным оборудованием для прототипирования пластиков, резин и композитов.
Здесь создают новые материалы с нанотрубками, чтобы была возможность демонстрировать плюсы новой технологии не только на словах, но и в виде готовых существующих материалов и изделий.
Сейчас OCSiAl строит третью установку по синтезу нанотрубок, но уже не в Новосибирске, а в Люксембурге. По прогнозам компании уже через два-три года только для производства аккумуляторов потребуется 250 тонн нанотрубок в год.
OCSiAl является портфельной компанией Роснано. В официальном открытии Graphetron 50 участвовали президент OCSiAl Юрий Коропачинский, губернатор Новосибирской области Андрей Травников, автор технологии синтеза одностенных углеродных (графеновых) нанотрубок академик РАН Михаил Предтеченский и Председатель Правления УК «РОСНАНО» Анатолий Чубайс.
В кулуарах рассказали забавную историю сотрудничества OCSiAl с одним из крупнейших производителей шин. На выставке, где OCSiAl показывали свой скутер Ujet (ammo1.livejournal.com/883266.html), к ним подошёл представитель компании, которую знают все, и предложил выпускать шины для их скутера, на что представители компании сказали, что шины им не нужны, так как свои собственные шины с графеном гораздо лучше. В результате теперь всемирно известный концерн начинает производство шин с новосибирскими нанотрубками.
Технология графеновых нанотрубок действительно прорывная. Благодаря им, аккумуляторы станут ёмче, безопаснее и долговечнее, на дорогах появятся автомобили с разноцветными шинами, множество новых материалов сделают нашу жизнь комфортнее, и даже обычные бутылки станет гораздо сложнее разбить». https://zen.yandex.ru/ammo1

…Итак, в России карбоновый век, похоже,  настал! Новосибирские  ученые дали ему старт! (см. файл ниже).

Кстати, в  этом году Государственную премию РФ в области науки и технологий присудили ученому из Новосибирска Михаилу Предтеченскому — «за создание основ мировой индустрии одностенных углеродных нанотрубок». И вот что , в частности, сказал:  «…МОЖНО ДЕЛАТЬ МАТЕРИАЛЫ ИЗ САМИХ НАНОТРУБОК. И МЫ ТАКИЕ МАТЕРИАЛЫ ДЕЛАЕМ. ОНИ ОБЛАДАЮТ АБСОЛЮТНО РЕКОРДНОЙ ПРОЧНОСТЬЮ. В ЧАСТНОСТИ, ТАКОГО РОДА МАТЕРИАЛЫ — ЭТО ЕДИНСТВЕННЫЕ, ИЗ КОТОРЫХ МОЖНО СДЕЛАТЬ КОСМИЧЕСКИЙ ЛИФТ. НУ ДА, ЕЗДИТЬ НА ПОЕЗДЕ ПРЯМО НА ОРБИТУ.
Поясню принцип работы космического лифта. Вот вы берете ведро с водой и начинаете его крутить, и вода не выливается. Если вы повесите такое ведро на длинной веревке, то с вращением Земли она тоже натянется, и по ней можно будет пускать поезда. Этот принцип изобретен давно, но если делать этот трос из стали, то, учитывая ее прочность, нужен будет стальной канат диаметром 60 километров, а из нанотрубок достаточно 20 сантиметров. Но это, конечно, следующий этап».
Фантастика!
Все  громоздкие антиэкологичные ракеты- в утиль! Давай космические поезда!
Вл.Назаров
******************
Академик Михаил Предтеченский: Нет фундаментальной науки. Есть фундаментальные результаты

В этом году Государственную премию РФ в области науки и технологий присудили ученому из Новосибирска Михаилу Предтеченскому — «за создание основ мировой индустрии одностенных углеродных нанотрубок». «Сноб» побеседовал с академиком о том, что скрывается за скупыми строками президентского указа, о грядущем «карбоновом веке» и о разнице между фундаментальными и прикладными научными исследованиями
;. Поздравляю вас с высокой оценкой вашего труда государством. Расскажите подробнее, за что вам была вручена эта премия? Что принципиально нового удалось сделать вам и вашим коллегам? Речь идет о том, что вы сумели довести лабораторные исследования до стадии промышленного производства?
Читатели «Сноба» достаточно подробно знают, что такое одностенные углеродные нанотрубки или графеновые нанотрубки, благодаря интервью с моим коллегой, президентом OCSiAl Юрием Коропачинским. Он отвечает в компании за бизнес, я — за научную и технологическую части. Я автор метода, на базе которого была создана технология, и создатель самой этой технологии. Под моим руководством была разработана первая промышленная установка, фактически единственная в мире такого рода. Можно даже сказать, что весь мировой рынок одностенных углеродных нанотрубок сейчас обеспечен двумя нашими установками. Еще одна часть моей работы связана с использованием нанотрубок как продукта для создания принципиально новых материалов и устройств.
;. А почему, на ваш взгляд, до промышленной технологии синтеза графеновых нанотрубок не додумались ваши западные коллеги-конкуренты с их-то технологической мощью? Ведь были же какие-то попытки, тот же Bayer пробовал что-то сделать.
Когда так говорят, мне даже порой обидно становится. Разве Запад всегда должен быть для нас каким-то эталоном?
Эта государственная премия для меня уже вторая, первая была тоже государственная, но новосибирская (речь идет о Государственной премии Новосибирской области 2018 года. — Прим. «Сноб»). Когда я выступал на ее вручении, то заметил, что в России можно сделать не только автоматы Калашникова. Но почему-то наша специфика — это много идей и слишком мало их воплощений. Почему-то вертолеты или телевидение придумывают русские, а делают их где-то еще. Мозгов много, а до конкретного производства довести никак не выходит. Мне всегда это не нравилось, и это был один из мотиваторов для того, чтобы показать: в России могут сделать то, что нигде больше не смогли. И мы сделали. И объяснение, почему у нас получилось, очень простое: нужно серьезнее относиться к работе и минимизировать ошибки. Только тогда возможен результат. Кроме того, я поставил себе цель: не просто работать в научном направлении, а приносить реальную пользу людям. Стандартный подход у ученых такой: они что-то придумывают, а потом пытаются пристроить это куда-то и получить деньги. Но, как правило, это у них редко получается. Я же в какой-то момент понял, что нужно сначала сформулировать задачу, то есть результат, который будет востребован, и от нее уже выстраивать все остальное.
На этом пути трубки — не первый мой опыт. Началось все еще с Hewlett-Packard лет тридцать назад: мне поставили задачу создать принтер, который бы печатал каплями расплавленного металла, и я ее решил. И когда я понял, что нанотрубки могут, в кавычках или без, изменить мир, обеспечить скачок в «карбоновый век», как в свое время изобретение бронзы подвело черту под каменным веком человечества, я за это дело взялся. Встреча с Коропачинским была в этом смысле ключевой: мы оба поняли, что это может быть реальным проектом. В одиночку ни он, ни я этого не сделали бы.
;. Государство вам не мешало?
Когда началась перестройка, у меня были мирового уровня результаты в области температурной сверхпроводимости, прямо прорывные, и государство помогло мне в этом смысле. А потом все рухнуло, денег не было, все пошли зарабатывать, многие ученые уехали. И тогда я понял, что нужно так выстроить работу, чтобы минимально зависеть от государства, научиться жить без него. Это тоже один из векторов, которые привели меня в ту точку, где я нахожусь.
;. Тем не менее в какой-то момент государство вам помогло и с нанотрубками. У вас был еще один партнер, поверивший в проект, — компания «Роснано».
Роснано была первым внешним инвестором. И заслуга Анатолия Чубайса здесь, конечно, в том, что он разглядел колоссальный потенциал наших идей. Получить эти инвестиции было непросто. Роснано пришла на стадии, когда у меня уже были лабораторные результаты и нужно было строить первую промышленную установку. Здесь, безусловно, были очень большие риски, и мы отдаем должное Анатолию Борисовичу: его личная роль в этом проекте очень высока.
;. Процесс перевода из лаборатории на промышленную основу был длительный или вы добились этого достаточно быстро?
Мы потрясающе быстро двигались. От идеи до первой установки — пять лет, и еще пять лет до текущего состояния, когда мы абсолютные монополисты в мире в этой области. Притом еще и «единорог», с рыночной оценкой компании в 1,5 миллиарда долларов.
;. Какую долю мирового рынка вы сейчас занимаете?
Принято говорить, что 90%. Но, называя эти цифры, мы, по сути, страхуемся, потому что точно не знаем, продает ли нанотрубки кто-то еще. Когда мы вышли на рынок, мировые цены опустились больше чем в 100 раз — и рынок на этом фактически закончился. Есть одна японская компания, которая тоже утверждает, что обладает промышленной установкой, но никакой сильной конкуренции мы там не чувствуем. Да и трубки их купить невозможно, все наши попытки это сделать никаких результатов не дали. Поэтому, по моему внутреннему ощущению, мы контролируем 100% рынка.
;. Каким вы видите объем этого рынка? Сколько сейчас нужно графеновых нанотрубок, чтобы полностью удовлетворить мировые потребности?
Безусловно, мы все это просчитывали, потому что без таких данных никакая работа с инвесторами невозможна. Сейчас объем рынка равен нашему производству, это десятки тонн нанотрубок в год. Если же говорить о материалах, в которые они добавляются, то надо умножить на тысячу. А потенциальный рынок, по нашим оценкам, — десятки тысяч тонн нанотрубок в перспективе.
;. Недавно вы запустили вторую установку. Какова ее производительность и на каком уровне от проектной мощности она сейчас работает?
Расчетная мощность — 50 тонн в год, уже в этом году на нее выйдем. Но потом мы ее «разгоним», я думаю, до 100 с лишним тонн, а может, и больше. Расчетная мощность нашей первой установки Graphetron планировалась до тонны в год. Благодаря исследовательским работам удалось довести его производительность до 25 тонн. Новая установка была спроектирована несколько лет назад. С тех пор мы многое поняли, поэтому я внутренне уверен, что мы сможем увеличить ее мощность еще в несколько раз.
;. Несколько слов для читателей, которые плохо представляют, для чего нужен графен и нанотрубки. Вы говорите, что это большой технологический скачок. Что вы имеете в виду? Где вы видите их применение, где они точно будут востребованы рынком и как это отразится на повседневной жизни людей?
Нанотрубки — это абсолютно новый материал и универсальная добавка. У них прочность в сто раз больше, чем у стали, а проводимость как у меди. Добавка их в самые разные материалы на уровне тысячных и даже десятитысячных долей ведет к качественному изменению свойств материалов: как правило, к увеличению прочности, проводимости, теплопроводности и так далее. Например, добавляешь в асфальт какие-то стотысячные доли, и за счет этого в несколько раз увеличивается срок службы дороги. В пластики добавляешь – можно в несколько раз увеличить прочность, например, из полиэтилена делать уже не бутылки, а инженерный пластик, детали для сложных механизмов. В резину можно добавлять — у шин износоустойчивость возрастает кратно. То есть можно говорить о добавках практически во все материалы, кроме черных металлов, потому что при расплавлении железа оно растворяет углерод.
Есть другая опция — можно делать материалы из самих нанотрубок. И мы такие материалы делаем. Они обладают абсолютно рекордной прочностью. В частности, такого рода материалы — это единственные, из которых можно сделать космический лифт.
;. Прямо на орбиту, что ли?
Ну да, ездить на поезде прямо на орбиту.
Поясню принцип работы космического лифта. Вот вы берете ведро с водой и начинаете его крутить, и вода не выливается. Если вы повесите такое ведро на длинной веревке, то с вращением Земли она тоже натянется, и по ней можно будет пускать поезда. Этот принцип изобретен давно, но если делать этот трос из стали, то, учитывая ее прочность, нужен будет стальной канат диаметром 60 километров, а из нанотрубок достаточно 20 сантиметров. Но это, конечно, следующий этап. А сегодня мы уже сделали бумагу из нанотрубок, из которой производим суперпрочную оплетку кабелей. И другие подобные вещи, которые еще вчера выглядели фантастическими, а сегодня стали реальностью. Это более легкие автомобили, это батарейки, это электротранспорт. В конце концов, в медицине, я знаю, есть опыты — нанотрубки вставляют в сломанный позвоночник, и они каким-то чудесным образом соединяют нервные окончания.
;. Революцию в производстве аккумуляторов нанотрубки могут произвести?
Это уже происходит. По моему мнению, через несколько лет люди просто забудут, что можно делать аккумуляторы без нанотрубок. В катоды мы давно начали их добавлять, а в анодах недавно произошел скачок, связанный с тем, что нанотрубки впервые позволяют использовать кремний в аноде — он обладает емкостью во много раз больше, чем технический углерод, который использовали в анодах ранее. Сейчас многие компании ведут промышленные тесты. Если бы не пандемия, думаю, сегодня рынок был бы заполнен новыми литий-ионными батареями, но уже сейчас это становится индустриальным стандартом.
;. А как обстоит дело с экономической целесообразностью? Не слишком ли дорого что-то производить из не самого доступного сегодня материала?
Это с какой стороны посмотреть. Опустив рыночную цену в 100 раз, мы получили 2000 долларов за килограмм. И если вы куда-то добавляете стотысячную или десятитысячную долю, то нужно поделить эту цену на 100 или 10 тысяч. Для пластика, скажем, это вполне рентабельно. Если делать что-то полностью из нанотрубок, то в случае с той же заменой медных оплеток для кабелей это экономически целесообразно. И кабель при этом в полтора раза легче, и гибкий, и химически стойкий.
;. Вы сторонник идеи обязательной применимости научных знаний в жизни людей. Но многие представители фундаментальной науки говорят, что их открытия будут применимы через столетия, поэтому фундаментальную науку запускать нельзя, ее надо финансировать и развивать. Что вы об этом думаете?
В любой момент времени можно начать любое исследование. К примеру, я сейчас отковыряю кусок стола, начну его изучать и буду делать это десятки лет. За это время, уверяю вас, я получу уникальные результаты. И никто другой их не получит, потому что мало кто занимается исследованиями куска стола. Некоторые называют такого рода исследования фундаментальными и уверены, что, хотя за них не платят, когда-нибудь они могут принести пользу. У меня же совсем другая точка зрения на этот счет. Фундаментальные исследования, соответственно своему названию, должны войти в фундамент. Вот бронзу, например, изобрели — это абсолютно фундаментальный результат. Представьте, если бы не было бронзы или железа, что вообще было бы? Фундаментальной науки, с моей точки зрения, вообще не существует, есть фундаментальные результаты. Это могут быть теоретические результаты, но фундаментальными их можно будет назвать, если хотя бы через десять лет о них кто-нибудь вспомнит, если они станут чем-то таким, без чего мы не представляем свою жизнь.
Беседовал Сергей Цехмистренко
https://snob.ru/
*******************
Материалы из Сети подготовил Вл.Назаров
Нефтеюганск
29 июля 2020 года.