Разработка и синтез углеродных наноматериалов — перспективное направление в материаловедении. Их используют для улучшения свойств полимеров, строительных и дорожных материалов, масел, электронных компонентов. Спрос на углеродные наноматериалы постоянно растет, поэтому разработка новых катализаторов для их получения и усовершенствование способов синтеза актуальны.
Ученые Института катализа СО РАН разработали простой и высокопроизводительный способ получения углеродных нановолокон из этилена и пропан-бутановой смеси. Это материалы, состоящие из графитоподобных углеродных нитей диаметром до 800 нанометров, которые практически не запутываются.
Разработанные нановолокна повышают прочность полимеров, например, тефлона, а также улучшают антифракционные характеристики моторных масел — износ деталей снижается в несколько раз. Причем если доля нановолокон, которая нужна для улучшения свойств полимеров, составляет один процент от массы продукта, то для моторных масел это всего одна миллионная.
Софья Афонникова, один из авторов разработки, рассказывает:
«Мы синтезировали в планетарной мельнице никель-медный катализатор из металлических порошков. Далее нагревали состав в инертной атмосфере и подавали этилен или пропан-бутановую смесь. На выходе мы получили углеродные нановолокна с необычными свойствами, которые улучшают качество полимеров и масел. В планах — переход к смеси, моделирующей состав попутного газа. Это один из этапов масштабирования технологии»
Чтобы получить данные об изменении характеристик материалов, ученые провели ряд экспериментов. Нановолокна добавляли в разной концентрации в состав полимеров, а затем испытывали на разрыв и истираемость. Моторное масло с добавкой нановолокон интенсивно перемешивали с помощью ультразвука и проверяли и на машине трения для проверки качеств модифицированной смазки.
Композиты прошли пилотные испытания в Институте проблем нефти и газа СО РАН в Якутске, также их изучали совместно с красноярским Институтом химии и химической технологии СО РАН. Проведенные испытания показали положительные результаты.
Ранее Софья Афонникова получила за свое исследование премию им. Р. А. Буянова, которая присуждалась в этом году впервые.
На вопрос редакции журнала «Полимерные материалы» о механизме действия УНВ на моторное масло отвечает ведущий научный сотрудник отдела материаловедения и функциональных материалов Института катализа СО РАН, канд. хим. наук Илья Мишаков: «Действительно, при введении столь малого количества УНВ в состав масла происходит снижение температуры разогрева масла, уменьшается размер пятна контакта трущихся деталей и кратно снижается их износ. Наблюдаемый эффект обусловлен образованием тонкого защитного (разделительного) слоя на трущихся поверхностях, что позволяет сохранить их без существенных изменений в отличие от использования немодифицированного масла, когда после испытаний на поверхности тел трения наблюдаются следы износа».
