Первый и единственный в России: ученый КФУ рассказал о своей работе с графеном и нанотрубками

Графен — источник хайпа в научной тусовке

В мире таких всего шесть: в КФУ работает эксперт международного класса

Айрат Димиев — единственный в России ученый, который на фундаментальном уровне занимается изучением оксида графена — одного из самых загадочных и перспективных материалов современности.

«Не так много людей в мире, кто бы так долго и безотрывно занимался этой темой. Поэтому экспертов моего уровня, которые бы хорошо знали и чувствовали этот материал, не так много. В России несколько лабораторий, которые пока делают лишь первые шаги. В мире, наверное, нас человек пять-шесть, мы все друг друга хорошо знаем» кандидат химических наук Айрат Димиев

Сам по себе графен — это слой из атомов углерода. Материал обладает неповторимыми электрическими свойствами. В масштабе промышленности его очень сложно получать. Другое дело его производное — оксид графена, который массово производится из дешевого сырья — графита.

«Оксид графена — уникальный материал. В его химии с точки зрения фундаментальной науки полно загадок» кандидат химических наук Айрат Димиев

«Мы стремимся развернуть маховик»: ажиотаж вокруг графена и его последствия

Графен открыли в 2004 году Константин Новоселов и Андрей Гейм. За это ученые получили Нобелевскую премию. С этого момента начался бум в исследованиях графена.

«Начался хайп. Любая статья, в которой есть слово „графен“, на ура проходила в журналы. Все люди кинулись заниматься графеном, особенно китайцы, особенно те, которые не имели базового химического образования» кандидат химических наук Айрат Димиев

Проблема в том, что некоторые ученые, в погоне за славой недостаточно заботились о точности. Многие исследователи начали ссылаться на структурную модель Лерфа — Клиновского. Но оказалось, что реальные химические свойства оксида графена не соотносятся с этой моделью. Казанский исследователь борется с неточностью, которая массово распространяется по миру.

«Непонимание и неправильное трактование заполонило всю научную литературу в области оксида графена. Мы пытаемся развернуть этот вращающийся маховик в обратную сторону. А маховик очень тяжелый, очень инертный, не так просто это делается» кандидат химических наук Айрат Димиев

Фундаментальные исследования, которые проводят в лаборатории Айрата Димиева, опровергают неправильную концепцию, которая встречается в сотнях статей, печатающихся ежедневно. 

Химики КФУ помогут сэкономить предприятиям как минимум в 50 раз

Лаборатория КФУ первой в мире исследовала взаимодействие оксида графена с металлами (с палладием, марганцем, медью и другими) с точки зрения механизма реакции. Теперь ученые создают нанокомпозитные материалы с металлами и изучают их свойства.

Два месяца назад они синтезировали из оксида графена и никеля нанокомпозит, который проявил себя как уникальный катализатор.

Катализатор можно использовать почти на любом производстве, где необходимо гидрирование — процесс присоединения водорода к органическому соединению. Например, это необходимо в производстве полиэтилена и полипропилена на таких предприятиях, как «Казаньоргсинтез» и «Нижнекамскнефтехим». Еще одна потенциальная область применения — гидрогенизация, процесс превращения жидких растительных масел в твердые; например, так делают маргарин.

Создатели подчеркивают, что новый катализатор дешевле аналогов как минимум в 50 раз.

Американская история углеродных нанотрубок

Материалы из Новосибирска, а деньги из США: ученые смогли разделить углеродные нанотрубки

Команда ученых КФУ работает не только с оксидом графена. Одно из основных направлений исследований — разделение углеродных нанотрубок, произведенных в Новосибирске в OCSiAl — крупнейшей в мире компанией в этой отрасли.

Углеродные нанотрубки — еще один уникальный материал, который представляет собой свернутый в трубочку лист графена. Такие нанотрубки обладают интересными свойствами в плане механической прочности и электропроводности.

«Проектом мы занимаемся в рамках международного контракта с корпорацией YTCA из штата Калифорния США. Мы, пожалуй, являемся единственной вузовской лабораторией в Казани, если не во всей России, у кого имеется грант на научные исследования от производственной корпорации из США» кандидат химических наук Айрат Димиев

Дело в том, что в процессе производства углеродные нанотрубки образуются в виде смеси, которую невозможно контролировать. Никому ранее не удавалось создать одновременно и эффективный, и недорогой способ их разделения.

Американские партнеры поставили перед учеными КФУ задачу попытаться отделить полупроводниковые нанотрубки от металлических. Причем сделать это на нанотрубках производства компании OCSiAl, находящейся в Новосибирске.

Почему именно эта компания? Во-первых, у них самое крупнотоннажное производство нанотрубок в мире. Во-вторых, себестоимость нанотрубок у них как минимум в 10 раз ниже, чем у других конкурентов по всему миру.

Применение в медицине и в электронике: какие возможности откроет разработка

Разделение имеет принципиально важное значение, так как типы нанотрубок отличаются по своим свойствам и областям применения. Так, первая фракция — металлическая — может заменить металлические провода. 

Есть и другой вид — полупроводниковые нанотрубки. Они светятся, поэтому их можно применять в тераностике, то есть в разработке лекарств, которые, во-первых, умеют обнаруживать очаг болезни, а во-вторых, лечить его.

«Полупроводниковые более интересные, так как они обладают фотолюминесценцией. Они могут применяться, например, в тераностике — это модное направление в медицине сегодня» кандидат химических наук Айрат Димиев

Разработанный для разделения сорбент в 20 раз дешевле, чем те, которые применялись в существовавших ранее методах разделения.

Например, стоимость известного ранее материала, необходимого для разделения одного литра раствора углеродных нанотрубок, оценивается в сто долларов, тогда как созданного в лаборатории КФУ — не более пяти. Поэтому, возможно, в будущем нас ждут новые производства, работающие на основе открытия казанского ученого, в России, США и других странах.