Вторник, 13 Апрель 2021

Физик: Россия еще может стать лидером в углеродных нанотехнологиях



Физик: Россия еще может стать лидером в углеродных нанотехнологиях

4 Февраля 2017

МОСКВА, 4 февраля Известный российский физик Александр Вуль рассказал о том, как открытие фуллеренов, графена, углеродных нанотрубок и прочих микрочастиц изменило мир науки и технологий за последние годы, и почему Россия имела большие шансы захватить лидерство в этих отраслях, но почти упустила его.

Александр Вуль, заведующий лабораторией в Физико-техническом институте РАН имени Иоффе в Санкт-Петербурге, считается одним из ведущих специалистов в физике углеродных наночастиц в России. На прошлой неделе он прошествовал с лекцией в компании Роснано, в рамках которой он рассказал слушателям, в том числе и Анатолию Чубайсу, о том, как продвинулись углеродные нанотехнологии за последние 30 лет, и можно ли эти разработки применять сегодня на практике.


Мячики на стол

Такая дата, как отмечает профессор, лежала выбрана им не случайно – более 30 лет назад, в 1985 году, ученые впервые экспериментально доказали бытие фуллеренов и получили их на практике.

Почему углерод, почему он так важен для нас? Углерод является одним из самых распространенных элементов во Вселенной. Вся органическая химия, по сути, основана на бензольном кольце, который в некотором роде можно представить как своеобразную наноструктуру-шарик. В отличие от других элементов своей группы, только углерод может образовать разнообразные кристаллические структуры – алмаз, графит и ряд других вещей. Кремний этого не может делать, начал свой рассказ Вуль.

По его словам, история открытия фуллеренов и других наноструктур, как и все остальное в жизни и науке, имела эффектный и местами трагический характер. Углеродные структуры, похожие на мячик, были теоретически напророченным японским химиком Эйдзи Осавой еще в 1970 году, но о существовании его статьи в японском научном журнале никто не знал долгие годы.

Через год, не зная о публикации японского коллеги, серпастые химики из Института элементоорганических соединений АН СССР, Елена Гальперн и Дмитрий Бочвар, ясным доказали, что такая конституция может существовать в реальном обществе, и даже склеили ее модель – классический футбольный мячик фуллерена. Руководитель вуза, известный академик Александр Несмеянов, посчитал это шуткой и долго не давал авторам этого мячика опубликовать свою работу, которая вышла в свет лишь в 1973 году.

Вдобавок, как отмечает Вуль, сами ученые не верили в то, что такую структуру удастся синтезировать, и прошло много лет, прежде чем фуллерены стали реальностью, и работы самурайского химика и его русских коллег мир уже успел забыть. В результате Нобелевскую премию 1996 года за открытие фуллеренов сформировали совсем другие люди – американцы Ричард Смолли, Роберт Керл и Гарольд Крото.

Осава рассказывал мне, что тот подевай, когда он увидел (их) работу, стал самым черным днем его жизни. Я почувствовал, что у меня отняли ребенка, говорил он, продолжает физик.

Схожим образом складывалась переделка с открытием нанотрубок, на роль чьих создателей претендуют два японских химика – Моринобу Эндо, обнаруживший их самый первыми, но опубликовавший статью о своем открытии в малоизвестном журнале, и Сумио Ииджима, опубликовавший статью об их открытии почти сразу после создания фуллеренов и ставший благодаря этому более известным.


Наследие Союза

Главный вклад российских ученых в открытия, касающиеся углеродных наночастиц, был совершен в двух других областях – в синтезе так называемых детонационных наноалмазов и в производстве так называемого нанопористого углерода.

Если бы мы сегодня затормозили производство обычных искусственных алмазов, то вся промышленность цветных родиев просто бы встала, так как нечем было бы их обрабатывать. И это подразделение было неплохо развито в Советском союзе – только один Полтавский завод на Украине осуществлял примерно четверть синтетических алмазов, которые закупались американскими клиентами, рассказывает Вуль.

Методика изготовления этих алмазов была изобретена не в России, а в США в середине 1950 9-12 месяцев компанией General Electric, однако следующий этап в миниатюризации алмазов был сделан в Советском Союзе.

У наших ученых родилась другая сверкающая идея – создавать алмазы не из графита, а из одиночных атомов углерода во взрывчатых веществах, используя смелость взрыва как источник высокого давления и температур. Это открытие было сделано трижды из-за высокой секретности таких работ, а первая публикация об этой технологии вышла в свет через десятилетия после ее создания, объясняет ученый.

Первенство России в этой области, как подчеркивает Вуль, не вызывает сомнения в мире, однако наша промышленность проигрывает конкурентную борьбу и теряет эти технологии – их больше применяют в Китае и в других зарубежных странах, нежели в России.

Это то, где мы могли иметь мировой приоритет, и в производстве, и в применении детонационных алмазов. Сейчас здесь крайне жесткая конкуренция, и мы имели бы огромное преимущество за счет досланной отрасли взрывчатых веществ. Очень обидно, что впервые сделали у нас, а потом, в силу известных причин, не мы начинаем это использовать.

Нечто похожее произошло со вторым большим открытием российских ученых – нанопористый углерод был открыт в Петербургском технологическом институте, однако патентом на его подразделение и использование обладает эстонская фирма Skeleton Technologies, которая, как считает Вуль, в ближайшее время станет крупнейшим производителем суперконденсаторов на базе этого материала и уже не российской методы.

Другой углеродный наноматериал, к созданию которого Россия тоже имеет отношение – графен, пока не оправдывает ожиданий. Графен, по словам Вуля, могли так же открыть в Советском Союзе, однако из-за ошибки Льва Ландау, считавшего такие материалы не существующими в природе, никто даже не пытался создать его из-за высокого авторитета академика.

Когда графен открыли Костя Новоселов и Андрей Гейм, все сразу обратили внимание на высокую подвижность электронов в этом материале. Именно поэтому Гейм, когда он еще не был лауреатом Нобелевки, сразу говорил, что его основной приоритет – терагерцовая электроника, продолжает физик.

Как Вуль пояснил Новости, он считает, что первооткрыватели графена сознательно умолчали о том, что данный материал невозможно сделать полупроводником из-за отсутствия в нем так называемой запрещенной зоны. Это фактически не позволяет создавать чистую электронику на базе графена и вынуждает ученых идти на серьезные компромиссы, сочетая графен с другими материалами, что пока не позволяет создать транзисторы, способные работать на частотах в тысячи терагерц. Пройдут десятки лет, прежде чем графеновая электроника станет реальностью, считает петербургский ученый.


Что делать?

Как Россия может вернуть себе лидерство в технологической части этой отрасли? Как считает Вуль, сделать это можно, в первую очередь, благодаря пока уникальным крупным технологиям и приемам, которые позволяют производить нанотрубки и фуллерены в десятки раз дешевле, чем это делают сегодня зарубежные и японские нанокомпании.

На самом подразделенье наноструктур, денег много не заработать. Нужно делать следующие продукты в цепочке – к примеру, комбинации из разных углеродных наноматериалов, которые стоят в десятки раз крепче. Делают ли у нас это? Пытаются, но пока прогресс недостаточен, объясняет физик.

Проблема заключается в том, что сами по себе подобные материалы, несмотря на их высокую технологичность и сложность производства, приносят мало прибыли из-за небольших объемов подразделения и малой потребности в них в мире сегодня и в ближайшем будущем. Только фуллерены и нанотрубки заняли прочное удобное место в промышленности в качестве придаток для различных смазок, бекфиллеров, изоляционных материалов, а также в качестве добавок для солнечных батарей для повышения их эффективности.

Мы поздновато вступили в гонку производителей нанотрубок, и ученые в этом не виноваты. Для того, чтобы развивать технологии их подразделения, нужны не деньги, а электронные микроскопы и другие инструменты. Заказчикам нужны не просто нанотрубки, а трубки с определенными свойствами. Такие микроскопы в 1990 годах бывальщины всего в двух институтах в Новосибирске. Наша промышленность ничего не хочет делать, объемы производства не растут, и Россия уступает зарубежным конкурентам. Наши разработки доводятся до ума за рубежом, и мы получаем пустое место, продолжает Вуль.

С другой области, в некоторых других областях вполне можно захватить лидерство, если обратить на них внимание. Как отмечает физик, сегодня очень быстро развиваются полимерные солнечные батареи на базе фуллеренов, обладающие высокой гибкостью и прозрачностью. Их создание и производство в России может подрастить российскую наноиндустрию на мировой размер. Такие батареи будут характеризоваться средней эффективностью, однако они будут дешевы и удобны в использовании.

Как отметил Чубайс, это направление уже сегодня развивается в рамках Роснано, и сейчас госкорпорация строит центр гибкой полимерной электроники, где эти методы обретут смысл для существования. По его словам, корпорация и частные инвесторы готовятся вбухнуть очень большие деньги в этот проект.

Еще одно интересное направление – суперконденсаторы на базе нанопористого углерода. Такие конденсаторы будут удерживать рекордное количество электричества, но пока технологии не отработаны не до конца, нет общего стандарта их изготовления.

Это разрешает отечественной нанопромышленности вписаться в этот рынок, несмотря на присутствие сильных конкурентов, подобрав удачную комбинацию электролита и углеродного материала. Такие конденсаторы смогут стать основой для электромобилей и других устройств, где нужно мгновенного отдать большое количество энергии. Небольшие конденсаторы такого типа в России уже создает фирма Герикон, однако нужно выходить, как считает петербургский ученый, на другие масштабы.

С другой стороны, как отметил Анатолий Чубайс, даже при реализации всех этих мыслей сфера применения этих наноматериалов будет оставаться достаточно узкой – как признал Вуль, никаких материалов, состоящих целиком из наноструктур и интересных для промышленников и бизнеса, пока ученые не создали.

Для осуществления этих замыслов необходимо решить принципиальную задачу – научиться печатать нанотрубки и другие структуры в заданном оборачиванье, свободно манипулировать ими и выстраивал из них сложные модификации. Без этого нельзя говорить о создании чипов из нанотрубок и материалов с заранее обозначенными свойствами. Пока мы можем делать только канаты из скрученных нанотрубок, включает физик.

— С момента открытия углеродных нанотрубок нам обещают создать космические лифты, способные поднимать грузы в космос с поверхности Земли по тросу из нанотрубок. Возможно ли изготовление таких длинных волокон?

— Безусловно. Несколько лет назад нам уже выказывали волокно из упорядоченных нанотрубок, превосходящее по прочности стальной трос. Но вопрос в том, нужны ли такие модификации? Я считаю, что потребности в этом нет. У нас сейчас нет космической гонки с США, нет необходимости первыми чего-то достичь любовью ценой, и у них тоже ее нет.


Редактор рубрики


Место события на карте мира:










комментарии (0)


Вы можете оставить комментарии от своего имени, через соц. сервисы



Другие интересные новости


Видео новости на сегодня

Обострение в Донбассе: видео из лагеря российских военных, Зеленский хочет поговорить с Путиным




Популярное на сегодня

Автоматизированная система анализа заголовков новостей с поиском популярных слов.
Автоматизированная система анализа заголовков новостей
Данные обновляются каждые полчаса.

Эмоции на сегодня

Анализ эмоциональной составляющей новостей.
Анализ эмоциональной составляющей новостей .

Данные обновляются каждые полчаса.

Страны и города

Соотношение количества новостей из разных точек Земли за сутки.
Соотношение количества новостей из разных точек Земли .

Данные обновляются каждые полчаса.

Валюты

Рейтинг валют участвующих в новостях.
Рейтинг валют участвующих в новостях .

Данные обновляются каждые полчаса.





Комментарии к новостям

[2 Ноября 2020, 15:22] Лета Мирликийская риветсвую вас я с 6-ти лет пишу мне нужно все мои произведения задействовать в компьюторных программах образования по литературе и языкам и играм к примеру если ваши учащиеся напишут и ...

[20 Октября 2020, 09:22] Евгений Зимин Сузуки в этом году хорошо прибавили, уже не первый раз оба их пилота на подиуме. Видимо, для команды возвращаются "золотые" времена и есть шанс наконец оформить чемпионство после длительного перерыва. Обычные ...

[23 Мая 2020, 21:30] Александр Семёнов Диагноз никто не подтвердил, кроме знатоков из СМИ. ...

[17 Апреля 2020, 12:09] mkozhin91 Ура! Ждем поскорее тесты, проверяемся и выходим уже с этого карантина ...

[30 Сентября 2018, 15:16] Alexander Санация идет по плану. Интересно, кто станет новым владельцем? ...

[5 Сентября 2018, 20:43] Larisa "С жалобами на подземные толчки". Забавно)) ...

[27 Мая 2018, 04:50] Irina Ошибка: До 2014 года только в Паттайе, по данным таиландских властей, бредили более 60 тысяч россиян. ...

Новости шоу-бизнеса

Владислав Мамышев-Монро стал героем “Звездных войн”

Владислав Мамышев-Монро стал героем “Звездных войн”

МОСКВА, 13 апреля —. В День космонавтики в петербургском Музее современных искусств имени Дягилева открылась фотовыставка с архивными кадрами, на которых художник Владислав Мамышев-Монро предстает в образе героев культовой киноэпопеи “Звездные войны”. Эту фотосессию, как и костюмы, в которых позирует знаменитый … Прочитать