Эксперт № 11 (2013)

— Дороговизна и отсутствие промышленных масштабов производства качественных CNT. Как раз эти проблемы мы решаем в своем проекте. Дело в том, что за термином «углеродные нанотрубки» стоит множество их разновидностей, которые отличаются микроструктурными и, соответственно, физико-химическими свойствами. Самые совершенные нанотрубки — одностенные, их стенки имеют толщину в один атом. В зависимости от качества их можно купить на рынке по цене от тысячи долларов до сотен тысяч долларов за килограмм. Как раз они и демонстрируют рекордную прочность и электропроводность. Эти же показатели примерно близки к характеристикам многостенных CNT того же диаметра, но получается, что их удельные характеристики в расчете на единицу массы хуже, чем у более легких одностенных, на порядок. Теперь о том, как трубки получают. В одной из первых технологий получения CNT углерод возгоняется в газовую фазу большими удельными потоками энергии с помощью электродугового разряда или лазерной абляции (испарение вещества лазерным импульсом в виде атомов или молекул. — « Эксперт» ), затем при определенных условиях атомы углерода конденсируются, формируя одностенные нанотрубки хорошего качества. Но энергозатратность всего процесса определяет и их крайне высокую стоимость. Существенно дешевле выращивать углеродные нанотрубки, используя метод каталитического осаждения из газовой фазы. Сначала создается наночастица катализатора, например железа, и если такую частицу поместить в газовую среду, содержащую углеводород с температурой около тысячи градусов, то углеводород будет каталитически разлагаться на поверхности наночастицы с выделением атомов углерода. Наибольшая производительность была достигнута с применением так называемых методов взвешенного слоя. При их использовании наночастицы катализатора создают на поверхности подложки керамического инертного материала размером порядка десяти микрометров, то есть на порядки больше размеров наночастиц катализатора, чтобы ее не унесло газовым потоком. Этот метод позволяет выращивать сегодня самые дешевые многостенные CNT, цена которых приближается к ста долларам за килограмм, а теоретический предел составляет 50 долларов.

—Сучетомдостаточностииспользованиянебольшихдолейаддитиваотобщегообъемаармируемогоимматериалаэтонекажетсячрезмернойценой.

— Так же полагали в крупных химических концернах, таких как Bayer, Arkema, Showa Denko. Они, возбужденные перспективами применения CNT, построили промышленные реакторы на базе такого подхода. Сейчас именно такие реакторы обеспечивают большую часть мирового производства нанотрубок, а это сотни тонн в год. Казалось бы, их цена приемлема для ряда применений. Но материаловеды столкнулись с серьезной проблемой практического применения многостенных нанотрубок, полученных таким методом. Дело в том, что материал, выращенный на керамической подложке, представляет собой агломераты из тугопереплетенных CNT размером около миллиметра. Такие клубки распутывать очень сложно и дорого. Промышленных методов для качественной дизагломерации, или, другими словами, распутывания таких клубков, пока не создано. Использование же такого порошка без этого не приносит нужного эффекта. И это основная проблема, ограничивающая в настоящее время рост рынка CNT. Как результат, химические концерны остановили планируемое расширение производства CNT и уже начинают считать такой подход тупиковым. Анализ ситуации на этом рынке привел нас к тем задачам, которые нужно решить, и, я уверен, их решит наш проект: найти коммерчески приемлемый метод получения CNT, причем не агломерированных, а раздельных углеродных нанотрубок, и, конечно, по приемлемой цене. Стоимость экономически будет оправданна в том случае, если затраты на улучшение свойства материала за счет нашего аддитива не будут превышать цену сэкономленного материала, то есть, если мы будем добавлять нанотрубки в алюминий, их разумная цена — сотни долларов за килограмм. Стоимость же трубок, добавляемых в стройматериалы, должна быть на два порядка ниже.

—МихаилРудольфович,акакначиналсясампроект,ореализуемостикотороговыговоритестакойуверенностью?