В НГУ обошли главный физический парадокс углеродных нанотрубок: чем лучше их размельчить, тем гуще становится смесь. Предложенная технология разрывает эту зависимость, что сулит производителям батарей и покрытий серьезные преимущества в цене и качестве готовой продукции.
«Рецепт» для промышленности
Обычно, чтобы разделить слипшиеся углеродные нанотрубки, их обрабатывают ультразвуком. Проблема в том, что в густой среде ультразвук практически бесполезен: чем мельче частицы, тем быстрее смесь превращается в гель или даже твердую пасту. Это делает производство жидких добавок для аккумуляторов сложным и затратным.
Исследователи Центра НТИ по новым функциональным материалам (ЦНФМ) Новосибирского государственного университета предложили радикально иной подход. Вместо того чтобы бороться с вязкостью, они нашли химический способ ее подавления. Суть не в механическом дроблении агломератов, а в подборе синергичной комбинации уже известных дисперсантов (полимерных и анионных). В результате химические агенты работают в связке, не давая частицам «склеиваться» обратно, но при этом суспензия остается текучей.
Старший научный сотрудник Центра Сергей Чупин поясняет суть проблемы, которую удалось решить: «Углеродные нанотрубки имеют уникальное аспектное отношение диаметра к длине, которое достигает от 3 до 6 порядков. Именно этот эффект позволяет им образовывать непрерывную сеть... Когда мы расщепляем агломераты нанотрубок, растет поверхность раздела фаз и повышается вязкость суспензии. И получается, чем лучше мы расщепили их, тем больше увеличилась вязкость», – говорит эксперт.
Новосибирская технология снимает это ограничение. Ультразвук теперь можно применять даже к самым концентрированным смесям, где раньше он "захлебывался".
Логистика и эффективность
Главный практический итог разработки — это высокая концентрация полезного вещества при низкой текучести жидкости. Производителям литиевых батарей и антикоррозионных покрытий теперь не нужно закупать тонны разбавленных растворов или возить легковоспламеняющиеся составы. Концентрированную пастообразную добавку перевозить дешевле и безопаснее, а на месте ее можно развести до нужной кондиции.
При этом свойства конечного продукта только выигрывают: нанотрубки, которые прочнее стали и являются отличными проводниками, распределяются в матрице более равномерно. Это повышает как электропроводность батарей, так и защитные характеристики покрытий. Разработчики подчеркивают, что их метод позволяет достигать больших концентраций, сохраняя низкую вязкость, что выгодно отличает новинку от мировых аналогов.
«Новизна нашего способа заключается не в использовании этих компонентов, а синергичном сочетании химических агентов, позволяющих эффективно разделять нанотрубки без значительного повышения вязкости получаемой суспензии, а в некоторых случаях даже со снижением этого показателя», — уточнил Сергей Чупин.
Кстати
По словам ученых, изобретение уже готово к внедрению. Работа выполнена при поддержке Фонда НТИ, и в первую очередь технология адресована российским производителям, которые нацелены не на догоняющий, а на опережающий сценарий развития. Как отмечают сами разработчики, они предлагают индустрии не просто рецепт, а шанс создавать более качественные материалы при меньших затратах, обходя зарубежных конкурентов за счет ума и химической инженерии.
Алексей Шведов
Подписывайтесь на АиФ в  MAX
|
