Владимир Чаков: «Наш проект оценен высоко, институту присвоен диплом 1-й степени с вручением золотой медали»
Весной этого года в Санкт-Петербурге прошла Петербургская техническая ярмарка, в рамках которой был организован конкурс лучших инновационных проектов и научно-технических разработок. В экспозицию Хабаровского края от Института водных и экологических проблем был включен проект заведующего лабораторией ресурсов болот и леса, кандидата биологических наук Владимира Чакова «Получение модифицированного органического углерода».
- Владимир Владимирович, в чем суть проекта?
- В прошлом году нами совместно со специалистами из Дальневосточного федерального университета была запатентована разработка с одноименным названием. Отличие синтезированного углерода от других форм заключается в очень высокой степени чистоты - почти 100 процентов. Такой углерод, полученный из сфагновых мхов (болотных растений), не имеющих корневых систем, методом пиролиза с последующей механоактивацией, имеет свойства минерального, но по сути является органическим.
И очень приятно, что наш проект оценен так высоко и институту присвоен диплом 1-й степени с вручением золотой медали в номинации «Лучший инновационный проект в области индустрии наносистем».
- Так для чего же нужен такой углерод?
- Дело в том, что углерод высокой степени чистоты используется и в медицине (активированный уголь), и в производстве различных фильтров для жидких и газообразных средств, электродов для портативных батарей и аккумуляторов. Ведь ни один электромотор или генератор не может работать без графитовых щеточек. И, наконец, современной науке не известен ни один химический элемент, в котором прочность молекулярных связей превосходила бы углеродные. При этом электрохимические свойства углерода, его электропроводность, равно как и целый ряд достоинств этого элемента, ставит его в ряд наиболее востребованных материалов для современной промышленности. Например, некоторые модификации углерода, в частности, углеродных нанотрубок (УНТ), обладают значительно большей электропроводностью, чем медь. А по теплопроводности во много раз превосходят алмаз. Поэтому такой материал сегодня пользуется повышенным спросом в микро- и наноэлектронике.
- Вы упомянули о нанотрубках: что кроется за этим понятием?
- Сегодня разговор идет об углеродных нанотрубках, таких цилиндрических кристаллах, состоящих только из атомов углерода. Внешний диаметр этих образований может варьироваться от 5 до 40 нм, а их длина обычно не превышает 400 мкм. Если наблюдать такие образования в просвечивающем электронном микроскопе, то они выглядят как свернутые в цилиндры графеновые плоскости (иногда они могут сворачиваться в несколько слоев, как бумажный лист вокруг карандаша).
Надо сказать, материалы, созданные на основе нанотрубок, на два порядка легче стали и на порядок ее прочнее. Я уверен, что, развивая сегодня производство таких материалов, наша страна может приступить к переходу от четвертого технологического уклада (массовое производство автомобилей и самолетов, тяжмаш и большая химия) к пятому (разработка и производство компьютеров, малотоннажная химия, телекоммуникации, электроника, Интернет). А может быть, даже к шестому (биотехнологии, нанотехнологии, проектирование живого, вложение в человека, новое природопользование, робототехника, новая медицина). Ведь в США, к примеру, доля производительных сил четвертого технологического уклада составляет 20 процентов, пятого 60, а шестого уже 5.
- То есть без этих материалов сегодня совершенно немыслимо развитие предприятий авиа- и судостроительного кластера?
- Конечно. Это сверхпрочные и достаточно легкие углепластики для самолетов пятого поколения, броневые листы для надводных и подводных кораблей, анодные материалы для Li-in аккумуляторов, современные лекарственные препараты для лечения онкологических заболеваний и многое другое.
Нельзя не сказать и о технологических особенностях синтеза нанотрубок. Сегодня в большинстве экономически развитых стран, основных производителей этих материалов (США, Франция, Израиль, Япония, КНР), нанотрубки синтезируют в плазме дугового разряда графитовых стержней в закрытых емкостях, заполненных аргоном. Это производство чрезвычайно энергозатратное, экологически опасное, побочные продукты цитотоксические, с трудом поддающиеся утилизации.
Учитывая последнее обстоятельство, специалисты нашего института и ученые ДВФУ разработали принципиально иной способ синтеза нанотрубок в реакторе механоактиватора, полностью изолированного от внешней среды (при этом способе производства нанотрубки сразу же образуют волокнистый материал). Недаром авторы разработки получили предложение от китайских коллег продолжить исследования на совместной основе в Харбинском инновационном центре, одном из крупнейших в Китае.
- Владимир Владимирович, насколько широко применяется в этом производстве растительное и минеральное сырье, с которым вы имеете дело много лет?
- Растительное и минеральное сырье - сфагновый мох, полевой хвощ, шеелит - используется для производства анодных электродов литий-полимерных аккумуляторов и углеродных агентов для синтеза карбида титана. Дело в том, что современная промышленная переработка растительного и минерального сырья построена на технологических принципах применения процессов гидролиза, пиролиза или экстракции и химической модификации сырья. Системные исследования специалистов ДВФУ сегодня позволяют утверждать о возможности развития крупнотоннажного производства нанокомпозитных систем на основе не только чисто пиролитических воздействий, но и механохимическим способом, сопряженным с дезинтеграцией композита.
Как я уже говорил, высокая степень очистки аморфного органического углерода из сфагнового мха служит залогом высокого качества сдерживающих матриц анодных композитных систем. А в золе полевого хвоща высоко содержание диоксида кремния (до 96 процентов) - вещества, из которого получают нанодисперсный кремний, являющийся наполнителем этих матриц. Шеелит же - это эффективное сырье для получения высокочистого ангидрида вольфрама, при механохимической обработке дает чистый вольфрам. Таким образом, получение и применение нанохимических порошков кремния и вольфрама позволяет увеличить удельную емкость и уменьшить коэффициент расширения анодного электрода литийионного аккумулятора.
- И напоследок: ваши планы?
- Вопрос сложный. Ведь в современной России до сих пор непонятно, что будет с наукой: какая она нужна, и нужна ли вообще?.. Но учитывая, что три четверти болотных экосистем планеты находятся в России и по запасам органического углерода стоят на втором месте после Мирового океана, работы по охране и рациональному использованию этого ценного (главное, восполняемого!) сырья предстоит много.
Записала
Наталья Даниленко.
Фото Вячеслава РЕУТОВА.
В наших болотах даже нанотехнологии водятся
Источник: Тихоокеанская звезда
12.08.2013 09:12