Новый способ получения углеродных нанотрубок с помощью спирта предложили учёные Череповецкого госуниверситета, Московского государственного университета гражданского строительства, ИРНИТУ и ИГХ им. А. П. Виноградова СО РАН. Разработанная технология открывает перспективы для дешёвого и непрерывного производства наноматериалов для электроники и медицины. Исследовательская работа выполнена в рамках Программы «Приоритет 2030», её результаты опубликованы в журнале Nanomaterials (Q1).
Ранее нанотрубки с использованием плазменной дуги, где в качестве плазмообразующей среды был спирт, синтезировал коллектив кафедры материаловедения, сварочных и аддитивных технологий ИРНИТУ под руководством Андрея Балановского. Исследования проводили в вузовском Технопарке, затем думали над тем, где востребованы получаемые материалы. К работе подключились коллеги из Череповецкого госуниверситета: учёные двух вузов пришли к выводу о том, что синтезируемые нанотрубки востребованы в металлургии, а именно на предприятии «Северсталь». Сейчас над проектом трудится большой исследовательский коллектив, цель которого – синтезировать качественные углеродные трубки, необходимые сразу в нескольких отраслях.
«Среди различных типов термической плазмы паровая термическая плазма характеризуется высокими энтальпией и окислительно-восстановительной способностью, а также является экологически чистой. Ключевое преимущество синтеза в паровом пламени – получение высокочистых продуктов с хорошо контролируемой кристалличностью, ультратонким диаметром и узким распределением частиц по размерам.
Пародуговая плазма успешно использована нами для создания углеродных наноматериалов путём разложения спиртовых растворов. Мы показали, что электрическая дуга стабильно горит в водных и спиртовых растворах, создавая условия, благоприятные для синтеза наноструктурированных материалов. Полученные в различных растворах (этаноле, пропаноле и бензоле) продукты были охарактеризованы с помощью современных методов исследований.
Научная инновация заключается в использовании плазмы, состоящей из паров спирта. Они попадают в дуговой зазор за счёт интенсивного испарения при нагреве в расширительном баке и естественного давления», – отметил Андрей Балановский.
Результаты подтверждают, что микроструктура катодного продукта зависит от состава паровой плазмы (спиртовых растворов). Данное исследование стало первым, в котором экспериментально изучались типы твёрдых отложений, образующихся при использовании различных растворов спирта с помощью промышленной водяной плазменной горелки Multiplaz 3500 с контролируемым генерированием паров, содержащих углерод.
В дальнейшем учёные планируют оценить, как кислород и водород влияют на образование нанотрубок и графеновых хлопьев в смешанных водно-спиртовых растворах, а также выяснить, сколько многослойных и однослойных нанотрубок можно получить из разного сырья. Исследователи проведут эксперименты, чтобы изучить скорость синтеза целевых продуктов, что является важным показателем эффективности процесса термической плазмы.
