Российские ученые предложили использовать спирт для создания сырья для электроники

Ученые Череповецкого государственного университета совместно с исследовательской группой разработали новый способ получения углеродных нанотрубок с использованием спирта. По словам авторов работы, предложенная технология может обеспечить дешевое и непрерывное производство наноматериалов для использования в электронике и медицине. Результаты исследования опубликованы в журнале Nanomaterials.

Углеродные нанотрубки отличаются уникальными свойствами — механической гибкостью, высокой теплопроводностью и биосовместимостью. Благодаря этому они востребованы в таких областях, как электроника, медицина и изготовление композитных материалов. Масштабное использование таких нанотрубок сдерживается отсутствием простых и экономичных способов их синтеза: существующие методы требуют применения дорогих катализаторов, состоят из множества этапов и не приспособлены для непрерывного производства.

Авторы исследования предложили альтернативную технологию, основанную на применении пароводяной плазменной горелки вместо сложных катализаторов. В этой системе электрическая дуга нагревает водно-спиртовой раствор до состояния ионизации, после чего пары спирта поступают в область дугового разряда. Здесь при высоких температурах спирт разлагается на атомы углерода, которые затем формируют наноструктуры. В ходе экспериментов в качестве сырья применялись этанол, пропанол и бензол.

Как объяснил директор Передовой инженерной школы университета Георгий Курдюмов, ключевым научным достижением стало использование плазмы из паров спирта. Пары попадают в зону дуги благодаря сильному испарению и естественному давлению, возникающему при подогреве раствора в расширительном баке.

В ходе работы было установлено, что состав используемого раствора напрямую влияет на тип, размеры и структуру получаемых наночастиц. В зависимости от вида спирта менялись диаметр и строение нанотрубок, а также число слоёв графеновых хлопьев.

Главное преимущество новой технологии — отсутствие необходимости в предварительном приготовлении катализатора и многоступенчатой очистке. Катализатор формируется непосредственно в процессе синтеза, что упрощает процедуру и уменьшает себестоимость производства. Кроме того, предложенный способ обеспечивает непрерывное получение продукта, тогда как традиционные методы требуют остановок для технического обслуживания.

В перспективе эта разработка может использоваться при создании композитных материалов, носителей катализаторов, электродов для суперконденсаторов и систем адресной доставки лекарств.

В дальнейшем ученые планируют изучить влияние кислорода и водорода в водно-спиртовых растворах на образование нанотрубок и определить максимальное количество наноматериала, возможное к получению из различных видов сырья.

Работа выполнена в рамках проекта Передовой инженерной школы ЧГУ, в сотрудничестве с Московским государственным университетом гражданского строительства, Иркутским национальным исследовательским техническим университетом и Институтом геохимии имени А.П. Виноградова Сибирского отделения Российской академии наук, по программе "Приоритет‑2030".