При высоких температурах частицы графита ведут себя как зерна кукурузы при приготовлении попкорна, многократно увеличиваясь в объеме. Благодаря пустотам в своей структуре терморасширенный графит (ТРГ) отличается малым весом и высокими термоизолирующими и впитывающими свойствами.
Однако существующие технологии производства — печной нагрев или плазменная струя — либо сжигают сырье, либо требуют колоссальных энергозатрат. Первый греет неравномерно: внешние слои сгорают, внутренние остаются сырыми. Плазменная струя расходует 98% энергии впустую, а частицы не успевают полностью расшириться.
Как сообщила порталу Наука Mail пресс-служба Минобрнауки России, ученые Пермского национального исследовательского политехнического университета (ПНИПУ) предложили принципиально иное решение. Вместо обработки в плазменном «факеле» они создали установку, прогоняющую графитовые частицы сквозь плазменный «ствол» с температурой 10 тыс. °C, что вдвое горячее поверхности Солнца.
Почему графит не сгорает при такой колоссальной температуре? Научный руководитель лаборатории методов создания и проектирования систем «Материал-технология-конструкция» ПНИПУ, кандидат технических наук Сергей Неулыбин объяснил порталу Наука Mail это следующим образом:
10 тыс. °C градусов— это температура плазменной струи, сам графит не нагревается до таких температур, а за счет того, что пролетает на большой скорости сквозь разогретый поток плазмы, этого становится достаточно для того, чтобы произошел эффект термического расширения. Равномерность их нагрева как раз и есть особенность разработанной установки.
Кроме того, дополнительную защиту обеспечивает аргон — инертный газ, который не вступает в реакции и предотвращает выгорание графита. Равномерность нагрева — ключевая особенность установки, позволяющая избежать брака.
В эксперименте через плазменную горелку подали ток 200 ампер и начали подавать графит со скоростью 11 км/ч. На выходе получили материал весом всего 1–1,8 г — в 2,5–10 раз легче, чем при обработке в обычной плазменной струе. Главным достижением нового метода стала его энергоэффективность. Предложенная в ПНИПУ технология сокращает расход энергии до 1,6 киловатт-часа на килограмм продукта (как работа обогревателя за час). Выход готового материала достиг 95%.
Ученые Пермского Политеха выделили особое сочетание свойств, отличающее ТРГ от графена и других материалов на основе углерода:
Сочетание термостойкости, химической устойчивости к агрессивным средам и высокой эластичности при сжатии. Это позволяет создавать из ТРГ надежные и эффективные материалы для промышленности, работающие там, где другие разрушаются. При этом он производится из доступного сырья и обходится значительно дешевле синтетических наноматериалов.
При этом он производится из доступного сырья и обходится значительно дешевле синтетических наноматериалов. Авторы метода запатентовали свою разработку.
Говоря о перспективах внедрения технологии в промышленное производство, в ПНИПУ уточнили, что уже прорабатывают с пермской компаний «Силур» (занимается производством уплотнений и уплотнительных материалов из ТРГ) коммерческое применение подхода и создание серийного образца установки для производства терморасширенного графита.
Ранее Наука Mail рассказывала о новом самовосстанавливающемся бетоне, разработанном в Пермском Политехе.
