Научные исследования, проводимые учеными ФИЦ Института катализа СО РАН при поддержке Российского научного фонда и правительства Новосибирской области, направлены на разработку технологии получения бетонов с улучшенными характеристиками за счет добавления углеродных нанотрубок (УНТ).
О данном проекте сообщила пресс-служба ФИЦ Института катализа СО РАН.
Для тех, кто интересуется подробностями, стоит вспомнить, что нанотрубка представляет собой топологическую форму наночастиц в виде полого стержня наномасштаба.
Углеродные нанотрубки включают в себя разнообразные цилиндрические наночастицы, состоящие из упорядоченно расположенных атомов углерода и с внутренней полостью вдоль оси.
Атомы углерода образуют в стенках нанотрубок сетку из шестиугольников.
В углеродных нанотрубках эти сетки сворачиваются в цилиндры, рулоны или конусы.
Проект по импортозамещению наноматериалов разрабатывается совместно с Новосибирским государственным университетом (НГУ).
Основной целью является производство на объеме десятков тонн в год с использованием технологии ИК СО РАН.
Ученые Института вместе с НГУ в рамках нового технологического направления «Технологии новых материалов и веществ» работают над способом промышленного изготовления многостенных УНТ, на базе которого планируется создать небольшую установку.
Бетон, как композитный материал, состоит из щебня, песка, цемента и воды.
Внедрение многостенных УНТ в структуру бетона способствует созданию дополнительных центров кристаллизации гидросиликатов кальция.
Это приводит к уменьшению размеров кристаллитов и пор в структуре бетона, а также к повышению его механической прочности.
Микрокристаллическая структура бетона играет ключевую роль в предотвращении образования трещин и улучшении его свойств. Данный тип бетона находит широкое применение в различных областях, таких как гидротехнические сооружения, дорожное строительство, облицовочные покрытия и другие.
Специалисты из Института катализа СО РАН разработали инновационный подход к улучшению бетонов с использованием многостенных углеродных нанотрубок (МУНТ), производимых по технологии, ориентированной на промышленный уровень. МУНТ представляют собой структуру, состоящую из нескольких слоев графена, свернутых вокруг друг друга.
В отличие от одностенных углеродных нанотрубок, в которых на каждом атоме углерода имеется пара π-электронов, не участвующих в образовании связей, МУНТ предлагают более сложную структуру и свойства благодаря многослойной архитектуре.
Разработанные специалистами составы бетона проходят отбор для определения наиболее эффективных вариантов, которые затем передаются промышленным партнерам для дальнейшего масштабирования.
Одним из важных аспектов проекта является импортозамещение самих нанотрубок, так как поставки из-за рубежа осложнены из-за санкционной политики. Руководитель исследования С. Мосеенков отмечает, что одной из целей проекта является замещение импорта нанотрубок и использование собственно синтезированных материалов сближенных к промышленному уровню технологии.
В отличие от лабораторных образцов или зарубежных материалов, производимые в институте нанотрубки доступны в килограммовых объемах, что обеспечивает стабильность и перспективность проекта на долгосрочную перспективу.
Проект поддержан Российским научным фондом, что гарантирует финансовую поддержку и возможность дальнейшего развития и коммерциализации результатов исследований.
В перспективе к 2026–2027 годам можно ожидать широкого внедрения бетонов с модификацией на основе многостенных углеродных нанотрубок в различные сферы промышленности и строительства, что повысит конкурентоспособность и инновационность отечественного строительного сектора.
Совместно с Новосибирским государственным университетом планируется разработать промышленную технологию и создать установку, способную синтезировать десятки тонн в год нанотрубок.
Проект опытной технологической линии для производства катализаторов и многостенных углеродных нанотрубок реализуется в рамках дорожной карты развития высокотехнологичного направления «Технологии новых материалов и веществ» с участием правительства Российской Федерации, Московского государственного технического университета имени Н.Э. Баумана и Новосибирского государственного университета.
Институт катализа СО РАН занимается разработкой технологии каталитического синтеза нанотрубок путем пиролиза этилена на катализаторах с наноразмерными металлическими частицами, что позволит получать высокочистые материалы.
Они также разрабатывают техническое задание на проектирование производства многостенных углеродных нанотрубок с производительностью до 50-75 тонн в год.
НГУ, в свою очередь, для создания рынка сбыта многостенных углеродных нанотрубок в России разрабатывает линейку продуктов, содержащих нанотрубки, которые можно применять в функциональных и конструкционных композитных материалах.
Ранее ученые ФИЦ Института катализа СО РАН разработали метод для получения водорода из муравьиной кислоты с использованием модифицированных азотом углеродных наноматериалов.
Этот новый метод обладает потенциалом для решения задач импортозамещения и развития отечественных технологий.
Таким образом, сотрудничество НГУ и НГУ в области разработки и производства углеродных нанотрубок становится важным шагом в создании новых высокотехнологичных материалов и продуктов, способствующих инновационному развитию российской промышленности.