Графен из графита. Как разработку белорусских ученых будут внедрять в машиностроение?
Белорусские ученые освоили производство графена. В машиностроении его используют как добавку к металлам и композитам, чтобы повысить их прочность и снизить массу конструкций. Применяется ли новшество на практике, рассказал корреспондент «МИР 24» Андрей Зражевский.
Разработка уже находится на этапе, готовом к внедрению в реальное производство. Здесь графен получают по собственной технологии, и ее можно масштабировать. Причем исходное сырье – самый обыкновенный графит. Чтобы превратить его в материал с совершенно другими свойствами, графит нужно разобрать на атомы – слой за слоем.
Графит обрабатывают реагентами и получают так называемое соединение внедрения. Частицы проникают между слоями углерода и раздвигают их. Представить это можно на плотно сжатой колоде карт, в которую вставили еще несколько. Связи между слоями ослабевают, графит увеличивается в объеме, при этом сохраняя прочность.
«Эта тема началась как чисто научная. Мы совершенно не ожидали, что ее можно довести до промышленного применения, и первые наши эксперименты были только для статей и диссертаций. Но оказалось, что графен можно сделать и дешевым, и безопасным, а также масштабировать», – рассказал кандидат физико-математических наук, ведущий научный сотрудник Научно-практического центра Национальной академии наук Беларуси по материаловедению Владимир Новиков.
В готовом виде научная революция выглядит неприлично скромно – это черный порошок. Все самое ценное внутри: толщина и размер частиц, число углеродных слоев, их структура. Важен технологический педантизм: небольшое отклонение – и вместо материала с заданными характеристиками получится бесполезный, но очень дорогой углерод.
«Кроме того, что количество слоев важно, важно и то, насколько совершенна структура этих углеродных слоев – есть ли в ней дефекты, кислород. В нашем случае мы делаем материал, в котором очень мало дефектов. Наш метод отличается тем, что ни на одной стадии синтеза нет окисления материала».
Получить графен – только полдела. Вопрос в его экономически целесообразном применении. Заменять металл в автомобиле, например, инновационным материалом никто не собирается. Это бессмысленно и дорого. Его роль тоньше: введение десятых и даже сотых процента графена может изменить свойства большого объема металла. Он станет прочнее и легче, а значит, уменьшит пустой расход энергии.
«Для микроэлектроники производителей графена можно пересчитать по пальцам. Естественно, должен быть промышленный партнер, который будет готов эту технологию интегрировать в производство, а это достаточно серьезная проблема даже в топовых мировых компаниях».
Функциональный графен, который через 10 лет пришлось бы покупать за рубежом, теперь можно получать здесь. Это импортозамещение на шаг впереди. Тогда Беларусь будет считать уже не атомы, а прибыль. Первую заводскую установку по производству белорусского графена запустят уже в следующем году.