АРХАНГЕЛЬСК, 2 июля. /ТАСС/. Российские ученые разработали эффективный метод получения малослойного графена из растительных биополимеров, рассказал ТАСС старший научный сотрудник лаборатории физики кластерных структур Физико-технического института имени А. Ф. Иоффе, кандидат химических наук Алексей Возняковский на Международной конференции "Физикохимия растительных биополимеров" в Архангельске. Для получения графена высокого качества используются отходы деревообрабатывающей промышленности.
Графен - это модификация углерода со слоем в один атом. За исследование графена в 2010 году Нобелевскую премию получили Константин Новоселов и Андрей Гейм. Малослойный графен, состоящий из нескольких слоев графена, обладает рекордной прочностью, в 200 раз прочнее стали, и теплопроводностью. У него огромные перспективы использования в различных областях, но для этого необходимы технологии получения недорогого качественного малослойного графена в промышленных масштабах.
"На данный момент малослойный графен - это очень дорогой материал. Соответственно, его применение на данный момент просто нерентабельно. Мы научились получать малослойный графен много, дешево и с высоким качеством. Мы для этого используем в том числе различные отходы деревообрабатывающей промышленности, например, лигнин, кору деревьев, также стебли борщевика, что позволяет нам снижать исходную себестоимость. Соответственно, мы сейчас наладили производство до 10 кг в месяц и готовы синтезировать кратно больше", - рассказал Возняковский.
Как отметил собеседник агентства, это результат работы ряда научных центров: кроме физико-технического института, в проекте участвуют Научно-исследовательский институт синтетического каучука, Северный Арктический федеральный университет (САФУ), Институт биологии Коми, Институт геологии Коми, Казанский инновационный университет им. В. Г. Тимирясова.
"Мы работаем большой командой разноплановых специалистов, что позволяет нам получать серьезные результаты", - добавил он.
Из биополимера в графен
Методика заключается в том, что молекулы биополимеров перестраиваются в графеновую плоскость. "Знаете, есть любопытный факт, что если очень сильно сжать и нагреть графит, то вы получите алмаз. Мы делаем то же самое, только мы не сжимаем, а даем очень много энергии молекулам биополимера и заставляем их стать графеном", - пояснил Возняковский.
Энергия для реакции выделяется в ходе самораспространяющегося высокотемпературного синтеза, или СВС-процесса, температура волны составляет 2 тыс. градусов. "Она дает этот толчок, эффект, чтобы биополимер "захотел" стать графеном", - отметил ученый.
В результате получается малослойный графен, по международной классификации, то есть в нем до пяти слоев. Как отмечает Возняковский, самое большое достижение методики в том, что в материале нет дефектов Стоуна-Уэйлса. Это соединенные углеродные кольца с пятью и семью атомами, возникающие благодаря повороту на 90 градусов соседних атомов углерода относительно их центра. Такие дефекты снижают качество графена и возможности его использования.
"Это как с какими-то простыми продуктами: есть высококачественная сталь, а есть дешевые некачественные марки, непригодные и для консервного ножа. Вот мы научились делать качественный графен, который за счет этого дает ожидаемый от него результат. Потому что есть другие методики, которые позволяют получать графеновые наноструктуры много и дешево, но у них плохое качество. Есть методики, которые позволяют делать качественный графен с высокой эффективностью, но очень дорого. Мы совместили эти два подхода. И делаем и много, и дешево, и качественно", - резюмировал ученый. Полученный материал можно использовать для создания полимерных композитов, покрытий, сорбентов, а также применять в сфере ВПК.
В рамках реализации Десятилетия науки и технологий в России разработки ученого были поддержаны грантами Российского научного фонда.