Когда речь заходит о нанотехнологиях, многие представляют себе далёкое будущее или фантастические фильмы. Но в реальности именно наночастицы и наноструктуры всё чаще становятся основой решений, которые делают нашу жизнь безопаснее и удобнее. Центра компетенций Национальной технологической инициативы (НТИ) по направлению «Моделирование и разработка новых функциональных материалов с заданными свойствами» на базе Новосибирского государственного университета уже несколько лет работают над созданием материалов, которые получают новые полезные свойства за счёт внедрения в их структуру углеродных нанотрубок. Некоторые разработки уже запатентованы и демонстрируют впечатляющие результаты.
Безопасный пластик для опасных производств
Первая из новинок связана с созданием электропроводящего полимерного материала, который можно использовать в промышленности для хранения и транспортировки взрывоопасных веществ. Обычный полиэтилен не проводит ток и способен накапливать статическое электричество. В условиях нефтехимической или угольной промышленности это может привести к искре и, как следствие, взрыву.
«Добавление в структуру полимера многостенных нанотрубок существенно меняет его свойства. Причём требуется совсем небольшое их количество — от 0,05 до 0,5%, равномерно распределённых в порошке полимера», — поясняет Дмитрий Чебочаков, научный сотрудник Центра компетенций НТИ по новым функциональным материалам НГУ.
В результате получается материал, который сохраняет прочность и надёжность, но при этом эффективно рассеивает электрический заряд. Тесты показали, что такие изделия полностью соответствуют ГОСТам по электростатической безопасности: они не вызывают искрообразования даже при высоких концентрациях горючих паров и пыли.
Разработчики уверены, что сферы применения не ограничиваются лишь промышленными ёмкостями. «Если покрыть таким материалом корпус бытового прибора или поверхность мебели, мы тоже избежим “статики”. Это значит, что на поверхности будет меньше скапливаться пыль, а сами изделия станут долговечнее и безопаснее», — добавляет Чебочаков.
Сейчас учёные ведут переговоры с потенциальными индустриальными партнёрами. Чтобы технология вышла на рынок в массовом масштабе, предстоит решить и юридические вопросы: внести изменения в действующие стандарты, которые сегодня запрещают использование полиэтиленовых контейнеров для целых классов веществ. Но в НГУ настроены оптимистично: инновация уже доказала свою эффективность.
«Умная» силиконовая резина
Вторая разработка команды НГУ связана с модификацией силиконов — материалов, из которых делают медицинские изделия, прокладки, уплотнители и конвейерные ленты. Стандартные методы введения нанотрубок в силикон неэффективны: материал теряет свойства и быстрее разрушается.
Учёные предложили новый подход — создание концентрата на основе многостенных углеродных нанотрубок, которые предварительно обрабатываются и равномерно распределяются в структуре.
«Мы используем особый метод, при котором нанотрубки как бы “расплетаются” и диспергируются. На выходе получается рабочий продукт — концентрат. При этом не требуется менять технологический процесс изготовления силиконовых резин, что делает внедрение нашей разработки удобным для промышленности», — поясняет Андрей Скуратов, научный сотрудник НГУ.
Главное преимущество новинки — возможность «настраивать» свойства материала под нужды заказчика. В частности, удаётся регулировать электропроводность и одновременно повышать прочность изделий. Испытания показали рост модуля упругости и сопротивления раздиру на 25–35%. Это значит, что такие материалы дольше служат и выдерживают тяжёлые условия эксплуатации.
Для медицины это открывает особые перспективы: изделия, которые не накапливают статическое электричество, меньше притягивают пыль и загрязнения. В нефтегазовой и горнодобывающей промышленности антистатические покрытия снижают риск искрообразования и повышают безопасность оборудования. А в будущем на основе таких концентратов можно создавать целый класс «умных» материалов — с заранее заданными характеристиками, будь то упругость, токопроводимость или устойчивость к износу.
«Мы смогли не только подтвердить улучшение физических характеристик, но и показать, что материал становится функционально гибким. С его помощью можно корректировать электрические свойства в зависимости от потребностей заказчика. А это открывает возможности для очень широкого применения», — отмечает Скуратов.
От лаборатории к рынку
Обе новосибирские разработки объединяет общий подход: использование нанотрубок как «строительных блоков», которые радикально меняют свойства привычных материалов. И полиэтилен, и силикон благодаря этому превращаются в функциональные композиты — более прочные, безопасные и адаптивные.
Сейчас технологии проходят этап апробации и поиска индустриальных партнёров. Учёные признают, что до выхода на рынок в массовом масштабе предстоит пройти путь согласований и тестов. Но мировой тренд на внедрение «умных» материалов и растущий интерес бизнеса к решениям в области промышленной безопасности и медицины играют им на руку.
Нанотехнологии, которые ещё недавно казались уделом фундаментальной науки, становятся практическим инструментом для решения повседневных задач — от предотвращения взрывов на предприятиях до повышения надёжности медицинских устройств. А новосибирские исследователи уверенно занимают в этом направлении одну из ведущих позиций.
- Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы отправлять комментарии