Углерод завоевывает мир
ТЕХНОЛОГИИ / #2–3_2019
Текст: Надежда ФЕТИСОВА Фото: Flickr.com, Sonnenbatterie.de, Tesla.com, Eex.com
От гибких смартфонов до элементов лунохода: технологии, которые разрабатываются в НИИграфите, находят применение не только в атомной промышленности, но и в других, самых разных отраслях. Мы расскажем об основных направлениях работы предприятия.
НИИграфит вошел в состав Росатома относительно недавно — в 2007 году. В то же время ряд разработок института со дня его основания в 1960 году тесно связаны с атомной промышленностью, а другие отвечают стратегической цели Росатома — разработке новых продуктов.
Одно из традиционных направлений работы института — создание перспективных 3D и 4D армированных углерод-углеродных композиционных материалов. Работы ведутся с середины 1980-х годов.
«В этих материалах армирующими, то есть упрочняющими, компонентами композита служат стержни, изготовленные из отечественного углеродного волокна, сформированные в структуру каркаса в трех взаимно перпендикулярных направлениях (3D), — объясняет научный руководитель НИИграфита Наталия Бейлина. — А матрица композита (тоже углеродная) представлена коксом из каменноугольного пека. Технология совмещения этих материалов многостадийная, высокотемпературная и довольно длительная».
В результате создается плотный и прочный материал, вес которого меньше, чем у металлов. Изделия из него способны выдерживать высокие температуры в высокоскоростных газовых потоках.
Заказчики — атомная, космическая и ракетная отрасли, в их интересах в НИИграфите налажено мелкосерийное производство — им занимаются корпорация «МИТ», «Корпорация ТРВ», ЯОК Росатома и другие предприятия.
Недавно изделия НИИграфита побывали на Луне — в составе китайского космического аппарата «Чанъэ‑4». Специально для этой миссии РФЯЦ-ВНИИЭФ разработал и поставил радионуклидные тепловые блоки мощностью 120 и 4 Вт для энергоснабжения систем аппарата. Топливные таблетки изготовили специалисты «Маяка», а теплозащитные корпуса из композиционных материалов — НИИграфит. «Чанъэ‑4» совершил посадку на Южном полюсе Луны и уже успел провести первый в истории эксперимент по выращиванию хлопчатника на Луне.
Одно из традиционных направлений работы института — создание перспективных 3D и 4D армированных углерод-углеродных композиционных материалов. Работы ведутся с середины 1980-х годов.
«В этих материалах армирующими, то есть упрочняющими, компонентами композита служат стержни, изготовленные из отечественного углеродного волокна, сформированные в структуру каркаса в трех взаимно перпендикулярных направлениях (3D), — объясняет научный руководитель НИИграфита Наталия Бейлина. — А матрица композита (тоже углеродная) представлена коксом из каменноугольного пека. Технология совмещения этих материалов многостадийная, высокотемпературная и довольно длительная».
В результате создается плотный и прочный материал, вес которого меньше, чем у металлов. Изделия из него способны выдерживать высокие температуры в высокоскоростных газовых потоках.
Заказчики — атомная, космическая и ракетная отрасли, в их интересах в НИИграфите налажено мелкосерийное производство — им занимаются корпорация «МИТ», «Корпорация ТРВ», ЯОК Росатома и другие предприятия.
Недавно изделия НИИграфита побывали на Луне — в составе китайского космического аппарата «Чанъэ‑4». Специально для этой миссии РФЯЦ-ВНИИЭФ разработал и поставил радионуклидные тепловые блоки мощностью 120 и 4 Вт для энергоснабжения систем аппарата. Топливные таблетки изготовили специалисты «Маяка», а теплозащитные корпуса из композиционных материалов — НИИграфит. «Чанъэ‑4» совершил посадку на Южном полюсе Луны и уже успел провести первый в истории эксперимент по выращиванию хлопчатника на Луне.
На всем жизненном цикле АЭС
Разработки и технологии НИИграфита сегодня применяются на протяжении всего жизненного цикла АЭС: от стройки до вывода из эксплуатации. При этом участие в атомных стройках — относительно новая тема для института.
Одна из ключевых задач, которые ставит перед собой Росатом — сокращение сроков и стоимости строительства атомных объектов. Специалисты НИИграфита разработали технологию укрепления грунтовых оснований под строительство. НИОКР проводили на Курской АЭС‑2. На этой площадке сложные геологические условия: болотистые почвы и река неподалеку. Специалисты института предложили отказаться от котлованного фундамента, использовать два типа свай: буронабивные и композиционные грунтоцементные, которые формируются в грунте внедрением песчано-гравийной смеси с добавками. Эти разработки нашли применение при строительстве АЭС «Бушер» в Иране и АЭС «Руппур» в Бангладеш.
Строительные технологии с применением углеродных и других композитных материалов актуальны не только для атомной отрасли, утверждает Н. Бейлина: «Большим успехом отдела строительных технологий стал мост в селе Языково. Рассматривается вопрос применения аналогичной конструкции в Читинской области. Есть предложения о строительстве трех объектов, ведутся переговоры. Проектировщиком может выступить ВНИПИ „Промтехнологии“».
Разработки и технологии НИИграфита сегодня применяются на протяжении всего жизненного цикла АЭС: от стройки до вывода из эксплуатации. При этом участие в атомных стройках — относительно новая тема для института.
Одна из ключевых задач, которые ставит перед собой Росатом — сокращение сроков и стоимости строительства атомных объектов. Специалисты НИИграфита разработали технологию укрепления грунтовых оснований под строительство. НИОКР проводили на Курской АЭС‑2. На этой площадке сложные геологические условия: болотистые почвы и река неподалеку. Специалисты института предложили отказаться от котлованного фундамента, использовать два типа свай: буронабивные и композиционные грунтоцементные, которые формируются в грунте внедрением песчано-гравийной смеси с добавками. Эти разработки нашли применение при строительстве АЭС «Бушер» в Иране и АЭС «Руппур» в Бангладеш.
Строительные технологии с применением углеродных и других композитных материалов актуальны не только для атомной отрасли, утверждает Н. Бейлина: «Большим успехом отдела строительных технологий стал мост в селе Языково. Рассматривается вопрос применения аналогичной конструкции в Читинской области. Есть предложения о строительстве трех объектов, ведутся переговоры. Проектировщиком может выступить ВНИПИ „Промтехнологии“».
Инновационный мост
Единственный в России углепластиковый автомобильный мост в Ульяновской области стал первым практическим применением разработок НИИграфита и ФГУП «ВИАМ»: институт взял на себя проектирование и строительство, а ВИАМ — разработку композитного материала и изготовление композитной оболочки.
Главные составляющие несущей конструкции моста — арочные элементы, выполненные из углепластика, с бетонным сердечником, который заливается через специальные отверстия после завершения монтажа.
Углепластик имеет множество преимуществ: легкие оболочки могут монтироваться без применения тяжелой строительной техники, бетона при этом тратится гораздо меньше. Композитные оболочки можно изготавливать прямо на месте — сложное оборудование не требуется. Как следствие — значительное сокращение сроков строительства. Кроме того, стоимость обслуживания таких сооружений по сравнению со стандартными бетонными — в разы ниже. Применение углепластиковых технологий возможно для мостов малого размера — с длиной пролета до 15 метров.
Главные составляющие несущей конструкции моста — арочные элементы, выполненные из углепластика, с бетонным сердечником, который заливается через специальные отверстия после завершения монтажа.
Углепластик имеет множество преимуществ: легкие оболочки могут монтироваться без применения тяжелой строительной техники, бетона при этом тратится гораздо меньше. Композитные оболочки можно изготавливать прямо на месте — сложное оборудование не требуется. Как следствие — значительное сокращение сроков строительства. Кроме того, стоимость обслуживания таких сооружений по сравнению со стандартными бетонными — в разы ниже. Применение углепластиковых технологий возможно для мостов малого размера — с длиной пролета до 15 метров.
У графита и атомпрома связи очень прочные в прямом смысле слова: из графитов изготовлены детали «сердец» реакторных установок — главных циркуляционных насосов АЭС.
В НИИграфите изготавливают мелкозернистый силицированный графит крупного габарита. Это антифрикционный материал — он обладает низким коэффициентом трения, поэтому традиционно используется для изготовления деталей подшипников в насосах, работающих в агрессивных средах в условиях частых теплосмен, что особенно актуально, например, для атомной и нефтяной отраслей.
Силицированные графиты были разработаны в НИИграфите и внедрены в производство еще в прошлом веке. Однако в 1990-х годах в стране были утрачены компетенции в производстве основного сырья — нефтяного малосернистого изотропного кокса. Это едва не погубило направление изготовления силицированных графитов. Сырьевая база поменялась, и НИИграфиту пришлось срочно адаптировать производство изделий к новому сырью, иначе работоспособность главных циркуляционных насосов АЭС оказалась бы под угрозой.
В НИИграфите изготавливают мелкозернистый силицированный графит крупного габарита. Это антифрикционный материал — он обладает низким коэффициентом трения, поэтому традиционно используется для изготовления деталей подшипников в насосах, работающих в агрессивных средах в условиях частых теплосмен, что особенно актуально, например, для атомной и нефтяной отраслей.
Силицированные графиты были разработаны в НИИграфите и внедрены в производство еще в прошлом веке. Однако в 1990-х годах в стране были утрачены компетенции в производстве основного сырья — нефтяного малосернистого изотропного кокса. Это едва не погубило направление изготовления силицированных графитов. Сырьевая база поменялась, и НИИграфиту пришлось срочно адаптировать производство изделий к новому сырью, иначе работоспособность главных циркуляционных насосов АЭС оказалась бы под угрозой.
«Сегодня материалы и изделия на новом сырье имеют ресурс работы не менее 24 тыс. часов, и мы регулярно осуществляем поставки в АО „ЦКБМ“, — говорит Н. Бейлина. — Не уповая на стабильность сырьевой базы, мы постоянно работаем над совершенствованием сырьевого материала силицированных графитов, путь к которому, на наш взгляд, лежит в области перехода к мелкозернистому наполнителю — искусственному графиту».
Высокочистый искусственный графит получают методом спекания коксопековых композиций, прошедших многостадийную термическую обработку (до 1300 °C, затем до 2800 °C). Это позволяет получать стабильное по качеству сырье. Есть и другие плюсы: создание силицированного графита мелкозернистой структуры позволяет увеличить габарит изделий, расширить номенклатуру. Прочность изделий возрастет в 1,5−2 раза, а значит, увеличится и ресурс их использования. В НИИграфите надеются, что все это привлечет новых заказчиков вне отрасли.
Графит использовался и при создании реакторов РБМК. Сегодня графитовые реакторы этого типа уже не строятся, но задач у НИИграфита меньше не стало: институт совместно с НИЦ «Курчатовский институт» и АО «НИКИЭТ» сопровождал процесс эксплуатации графита таких реакторов, проводил мониторинг изменения свойств графитовой кладки. Также предприятие осуществляет авторский надзор над производством реакторного графита марки ВПГ, выпускаемого и сегодня по технологии НИИграфита для ремонта каналов реактора РБМК.
Появилась и новая актуальная тема — разработка методов утилизации графитовой кладки реакторов РБМК. Речь идет об утилизации самой кладки и графитовых сменных элементов (втулок, колец твердого контакта) реакторов, способах резки, компактизации и упаковки графита для его захоронения или частичного дальнейшего использования.
«В 2015—2016 годах при ремонтных работах на Ленинградской АЭС мы столкнулись с проблемой изменения свойств блоков реактора, необходимостью поиска материалов — аналогов облученного графита по прочности и твердости, — объясняет Н. Бейлина. — Мы провели соответствующие работы, выбрали и изготовили аналог, дали рекомендации ЛАЭС по инструменту и режимам резки облученного графита. Институт также обладает компетенциями очистки графита от примесей методом термохимической обработки. Запатентован способ, и внедрено в производство оборудование для его применения. Мы полагаем, что наши знания, технологии и оборудование могут пригодиться в перспективных работах по квалифицированной утилизации графитовых кладок».
Высокочистый искусственный графит получают методом спекания коксопековых композиций, прошедших многостадийную термическую обработку (до 1300 °C, затем до 2800 °C). Это позволяет получать стабильное по качеству сырье. Есть и другие плюсы: создание силицированного графита мелкозернистой структуры позволяет увеличить габарит изделий, расширить номенклатуру. Прочность изделий возрастет в 1,5−2 раза, а значит, увеличится и ресурс их использования. В НИИграфите надеются, что все это привлечет новых заказчиков вне отрасли.
Графит использовался и при создании реакторов РБМК. Сегодня графитовые реакторы этого типа уже не строятся, но задач у НИИграфита меньше не стало: институт совместно с НИЦ «Курчатовский институт» и АО «НИКИЭТ» сопровождал процесс эксплуатации графита таких реакторов, проводил мониторинг изменения свойств графитовой кладки. Также предприятие осуществляет авторский надзор над производством реакторного графита марки ВПГ, выпускаемого и сегодня по технологии НИИграфита для ремонта каналов реактора РБМК.
Появилась и новая актуальная тема — разработка методов утилизации графитовой кладки реакторов РБМК. Речь идет об утилизации самой кладки и графитовых сменных элементов (втулок, колец твердого контакта) реакторов, способах резки, компактизации и упаковки графита для его захоронения или частичного дальнейшего использования.
«В 2015—2016 годах при ремонтных работах на Ленинградской АЭС мы столкнулись с проблемой изменения свойств блоков реактора, необходимостью поиска материалов — аналогов облученного графита по прочности и твердости, — объясняет Н. Бейлина. — Мы провели соответствующие работы, выбрали и изготовили аналог, дали рекомендации ЛАЭС по инструменту и режимам резки облученного графита. Институт также обладает компетенциями очистки графита от примесей методом термохимической обработки. Запатентован способ, и внедрено в производство оборудование для его применения. Мы полагаем, что наши знания, технологии и оборудование могут пригодиться в перспективных работах по квалифицированной утилизации графитовых кладок».
И протезы, и «умные» гаджеты
Медицинским разработкам НИИграфита уже более полувека. В их основе — графитированная ткань ТГН‑2М. Из нее изготавливаются, например, атравматические салфетки «Капрема», хорошо впитывающие выделения и сокращающие время заживления ран и ожогов. Эти салфетки тестировались еще в 1980-х годах — например, во время военного конфликта в Афганистане. «Капрему» можно стерилизовать и использовать заново — срок годности салфеток не ограничен.
Сырье изменилось (и растительный материал, и вискоза из него), и Минздрав выдал разрешение применять эти салфетки на территории всей страны. Идет пусконаладка производственной линии, начато мелкосерийное изготовление ткани и салфеток в институте на пилотной линии.
Из этой же ткани можно делать простыни для лежачих больных, препятствующие возникновению пролежней. В НИИграфит уже обращались иностранные компании, заинтересованные в этом продукте.
Из углепластика можно изготовить протез практически любой кости или сустава. Огромное преимущество углеродных материалов — их полная биосовместимость. Окислительно-восстановительный потенциал углеродного материала совпадает с потенциалом химических реакций в человеческом организме. И если титановые протезы часто отторгаются, то углеродные человеческий организм не воспринимает как инородное тело. В отличие от титановых, изделия из углерода не токсичны, не канцерогенны и не подвержены коррозии. Более того, чем дольше углеродный протез находится в человеческом теле, тем основательнее он в него вживается. На границе протеза и кости со временем образуется функциональная соединительная ткань.
Особенно в НИИграфите гордятся дренажом для лечения глаукомы, который отводит лишнюю жидкость от глазного яблока, в результате чего нормализуется внутриглазное давление. Эта разработка прошла все испытания и уже используется в российских клиниках. В планах института — расширить производство дренажей и, возможно, начать экспортировать их.
Уже завершены испытания культи глаза из войлока, пропитанного углеродом. Благодаря такой основе искусственный глаз становится подвижным. Во-первых, это дает отличный косметический эффект; во‑вторых, не страдает мимика; в‑третьих, благодаря подвижности глазных мышц не атрофируется сетчатка на втором, здоровом глазе. Сейчас культи поставляются отечественным клиникам по запросу, НИИграфит готов выйти с этим продуктом на мировой рынок.
Создание технологии производства углеродной ткани на основе гидратцеллюлозного сырья — направление, перспективное не только для атравматических салфеток и эндопротезов, объясняет Н. Бейлина: «Такая ткань — основа для конструкционных материалов, в том числе углепластиков, углерод-углеродных и углерод-керамических материалов. Разработанные нами материалы почти не имеют близких аналогов за рубежом (за исключением белорусской ткани марки „Урал“)».
Однако сегодня в России практически отсутствует вискозное сырье для получения такой ткани, поэтому НИИграфит работает на импортном сырье. Вместе с коллегами из ИНХС РАН институт разрабатывает отечественную ткань из гидратцеллюлозы, в том числе лиоцельного волокна, которое изготавливается по более современной и безопасной технологии прямого растворения. «Первые наши совместные опытные работы демонстрируют, что новое лиоцельное волокно позволит получить углеродное волокно с прочностью не ниже углеродного волокна из вискозы», — комментирует Н. Бейлина.
Медицинским разработкам НИИграфита уже более полувека. В их основе — графитированная ткань ТГН‑2М. Из нее изготавливаются, например, атравматические салфетки «Капрема», хорошо впитывающие выделения и сокращающие время заживления ран и ожогов. Эти салфетки тестировались еще в 1980-х годах — например, во время военного конфликта в Афганистане. «Капрему» можно стерилизовать и использовать заново — срок годности салфеток не ограничен.
Сырье изменилось (и растительный материал, и вискоза из него), и Минздрав выдал разрешение применять эти салфетки на территории всей страны. Идет пусконаладка производственной линии, начато мелкосерийное изготовление ткани и салфеток в институте на пилотной линии.
Из этой же ткани можно делать простыни для лежачих больных, препятствующие возникновению пролежней. В НИИграфит уже обращались иностранные компании, заинтересованные в этом продукте.
Из углепластика можно изготовить протез практически любой кости или сустава. Огромное преимущество углеродных материалов — их полная биосовместимость. Окислительно-восстановительный потенциал углеродного материала совпадает с потенциалом химических реакций в человеческом организме. И если титановые протезы часто отторгаются, то углеродные человеческий организм не воспринимает как инородное тело. В отличие от титановых, изделия из углерода не токсичны, не канцерогенны и не подвержены коррозии. Более того, чем дольше углеродный протез находится в человеческом теле, тем основательнее он в него вживается. На границе протеза и кости со временем образуется функциональная соединительная ткань.
Особенно в НИИграфите гордятся дренажом для лечения глаукомы, который отводит лишнюю жидкость от глазного яблока, в результате чего нормализуется внутриглазное давление. Эта разработка прошла все испытания и уже используется в российских клиниках. В планах института — расширить производство дренажей и, возможно, начать экспортировать их.
Уже завершены испытания культи глаза из войлока, пропитанного углеродом. Благодаря такой основе искусственный глаз становится подвижным. Во-первых, это дает отличный косметический эффект; во‑вторых, не страдает мимика; в‑третьих, благодаря подвижности глазных мышц не атрофируется сетчатка на втором, здоровом глазе. Сейчас культи поставляются отечественным клиникам по запросу, НИИграфит готов выйти с этим продуктом на мировой рынок.
Создание технологии производства углеродной ткани на основе гидратцеллюлозного сырья — направление, перспективное не только для атравматических салфеток и эндопротезов, объясняет Н. Бейлина: «Такая ткань — основа для конструкционных материалов, в том числе углепластиков, углерод-углеродных и углерод-керамических материалов. Разработанные нами материалы почти не имеют близких аналогов за рубежом (за исключением белорусской ткани марки „Урал“)».
Однако сегодня в России практически отсутствует вискозное сырье для получения такой ткани, поэтому НИИграфит работает на импортном сырье. Вместе с коллегами из ИНХС РАН институт разрабатывает отечественную ткань из гидратцеллюлозы, в том числе лиоцельного волокна, которое изготавливается по более современной и безопасной технологии прямого растворения. «Первые наши совместные опытные работы демонстрируют, что новое лиоцельное волокно позволит получить углеродное волокно с прочностью не ниже углеродного волокна из вискозы», — комментирует Н. Бейлина.
Еще одно интереснейшее направление работы института — разработка материалов на основе тонкого электропроводящего слоя графена. Прозрачную проводящую графеновую суспензию наносят методом Ленгмюра-Блоджетт на пьезоподложку (предварительно подвергнутую химическому травлению), в качестве которой используют ниобат лития, PZT-керамику, кварц, пьезоэлектрический полимерный материал.
«Метод Ленгмюра-Блоджетт в последнее время вызывает все больший интерес, поскольку позволяет создавать слой материала в один атом, одну молекулу. Это структурированные слои, которые интересны для планарной электроники, например, и в целом для такого тренда, как минитюаризация техники, поскольку они позволяют создавать очень тонкие интегральные платы и электронные компоненты. Мы применили этот метод для графена, и в результате удалось получить очень тонкие, нанометровых толщин электропроводные пленки, которые в то же время прозрачны», — рассказал в интервью журналу «Вестник Атомпрома» заместитель начальника отдела по инновационному развитию НИИграфита Егор Данилов («Вестник Атомпрома», 2019, № 1). Технология изготовления запатентована учеными АО «НИИграфит».
«Метод Ленгмюра-Блоджетт в последнее время вызывает все больший интерес, поскольку позволяет создавать слой материала в один атом, одну молекулу. Это структурированные слои, которые интересны для планарной электроники, например, и в целом для такого тренда, как минитюаризация техники, поскольку они позволяют создавать очень тонкие интегральные платы и электронные компоненты. Мы применили этот метод для графена, и в результате удалось получить очень тонкие, нанометровых толщин электропроводные пленки, которые в то же время прозрачны», — рассказал в интервью журналу «Вестник Атомпрома» заместитель начальника отдела по инновационному развитию НИИграфита Егор Данилов («Вестник Атомпрома», 2019, № 1). Технология изготовления запатентована учеными АО «НИИграфит».
Справка
Графит — это одна из трех аллотропных форм, в которых может существовать углерод. А графен — один из слоев графита, который, тем не менее, существенно отличается от своего «большого брата» по свойствам. Графен был открыт в 2004 году в Манчестере российскими учеными, выпускниками МФТИ Андреем Геймом и Константином Новоселовым (за это открытие в 2010 году они получили Нобелевскую премию). Новоселов хотел получить максимально тонкий кусок графита — для этого он приложил к графиту скотч и оторвал. Под микроскопом на скотче и обнаружились чешуйки графена.
Сейчас для изготовления прозрачных электродов используют пленки на основе индия-олова (ITO), однако они проигрывают графеновым пленкам по нескольким параметрам. Во-первых, такие пленки требуют цветокоррекции — синий цвет заметен, например, на экранах некоторых мобильных телефонов. Графен же лишен такого недостатка, он корректно передает цветовую гамму. Во-вторых, ITO-материалы заметно более хрупкие, чем графен, и менее прозрачные. Проводимость этих двух материалов одинакова. Графеновые пленки пока значительно дороже аналогов, поскольку не налажено их массовое производство. Однако в материалах, которые используются сейчас, содержится индий — а его природные запасы исчерпаны уже на 70−80%.
Изначально графеновые пленки разрабатывались НИИграфитом для датчиков неинвазивной медицинской диагностики. Однако минитюаризация электроники — сегодняшний основной тренд. А значит, супертонкие графеновые пленки будут востребованы в самых разных областях: от автомобилестроения до бытовой электротехники. Кроме того, уникальное свойство графеновых пленок — их гибкость — может стать настоящей изюминкой для рынка потребительских гаджетов. Телефон-браслет, который надевается на руку и становится видимым, только когда загорается экран, вполне может стать реальностью. Гибкие смартфоны в теории более надежны: они меньше подвержены механическим повреждениям.
В НИИграфите подчеркивают, что институт не занимается прототипами подобных устройств, он работает непосредственно с материалами. Однако там признают, что запатентованная технология универсальна и может использоваться не только в гаджетах, но и, например, в солнечной энергетике и светодиодах. «Там востребован верхний прозрачный проводящий слой, который пропускает свет и проводит электричество, — объяснил в интервью журналу „Вестник Атомпрома“ Е. Данилов. — Если же активный слой — это не солнечная батарея, а, скажем, пьезоматериал, то можно создавать различные устройства: высокочувствительные сейсмографы, датчики движения для систем безопасности и „умного дома“, гидрофоны, приборы для исследования морей и океанов, эхолокации».
Разработка материалов на основе тонкого электропроводящего слоя графена включена НИИграфитом в тематический план. Впереди — исследования, испытания и сертификация продуктов на основе графеновых пленок. «Срок выхода разработки на готовые продукты (без учета разработок, требующих испытаний и заключений медицинских учреждений) — два года от момента организации производства», — говорит Н. Бейлина.
Изначально графеновые пленки разрабатывались НИИграфитом для датчиков неинвазивной медицинской диагностики. Однако минитюаризация электроники — сегодняшний основной тренд. А значит, супертонкие графеновые пленки будут востребованы в самых разных областях: от автомобилестроения до бытовой электротехники. Кроме того, уникальное свойство графеновых пленок — их гибкость — может стать настоящей изюминкой для рынка потребительских гаджетов. Телефон-браслет, который надевается на руку и становится видимым, только когда загорается экран, вполне может стать реальностью. Гибкие смартфоны в теории более надежны: они меньше подвержены механическим повреждениям.
В НИИграфите подчеркивают, что институт не занимается прототипами подобных устройств, он работает непосредственно с материалами. Однако там признают, что запатентованная технология универсальна и может использоваться не только в гаджетах, но и, например, в солнечной энергетике и светодиодах. «Там востребован верхний прозрачный проводящий слой, который пропускает свет и проводит электричество, — объяснил в интервью журналу „Вестник Атомпрома“ Е. Данилов. — Если же активный слой — это не солнечная батарея, а, скажем, пьезоматериал, то можно создавать различные устройства: высокочувствительные сейсмографы, датчики движения для систем безопасности и „умного дома“, гидрофоны, приборы для исследования морей и океанов, эхолокации».
Разработка материалов на основе тонкого электропроводящего слоя графена включена НИИграфитом в тематический план. Впереди — исследования, испытания и сертификация продуктов на основе графеновых пленок. «Срок выхода разработки на готовые продукты (без учета разработок, требующих испытаний и заключений медицинских учреждений) — два года от момента организации производства», — говорит Н. Бейлина.
Задел на будущее
В темплане НИИграфита на 2019 год — темы, связанные как с традиционными, так и с относительно новыми для института направлениями. Планируется совершенствовать перспективные радиационностойкие углеродные, углерод-углеродные и углерод-керамические материалы (в том числе жаростойкие и жаропрочные).
Разрабатываются технологии создания графитовых материалов нового поколения конструкционного и функционального значения. Они должны обладать повышенными плотностью и прочностью, в основе — тонкозернистый наполнитель изотропной структуры. В НИИграфите рассчитывают, что эти материалы найдут применение, помимо атомпрома, в оборонной, металлургической, авиационной и химической промышленности.
Для медицины институт разрабатывает биосовместимые углеродные материалы с регулярной пористой структурой — их можно будет использовать в качестве матриксов при замещении дефектов костной ткани.
Конечно, без внимания не остались и перспективные разработки для гибкой электроники — планируется создание новых углеродных материалов широкой номенклатуры, а также теплорассеивающих полимерных композиционных материалов для микроэлектроники, силовой электроники, лазерной техники.
Планируются разработка и производство интеллектуальных композиционных материалов с заданным комплексом свойств. На их основе будет выполнен дизайн высокотехнологичных изделий для робототехники, авиации и ракетно-космической техники.
«Параллельно с созданием опытных образцов продукции, их сертификацией, маркетингом и испытаниями мы планируем к 2022 году разработать технологические процессы и схемы производства, что позволит перевести многие проекты в стадию инвестпроектов», — заключает Н. Бейлина.
В темплане НИИграфита на 2019 год — темы, связанные как с традиционными, так и с относительно новыми для института направлениями. Планируется совершенствовать перспективные радиационностойкие углеродные, углерод-углеродные и углерод-керамические материалы (в том числе жаростойкие и жаропрочные).
Разрабатываются технологии создания графитовых материалов нового поколения конструкционного и функционального значения. Они должны обладать повышенными плотностью и прочностью, в основе — тонкозернистый наполнитель изотропной структуры. В НИИграфите рассчитывают, что эти материалы найдут применение, помимо атомпрома, в оборонной, металлургической, авиационной и химической промышленности.
Для медицины институт разрабатывает биосовместимые углеродные материалы с регулярной пористой структурой — их можно будет использовать в качестве матриксов при замещении дефектов костной ткани.
Конечно, без внимания не остались и перспективные разработки для гибкой электроники — планируется создание новых углеродных материалов широкой номенклатуры, а также теплорассеивающих полимерных композиционных материалов для микроэлектроники, силовой электроники, лазерной техники.
Планируются разработка и производство интеллектуальных композиционных материалов с заданным комплексом свойств. На их основе будет выполнен дизайн высокотехнологичных изделий для робототехники, авиации и ракетно-космической техники.
«Параллельно с созданием опытных образцов продукции, их сертификацией, маркетингом и испытаниями мы планируем к 2022 году разработать технологические процессы и схемы производства, что позволит перевести многие проекты в стадию инвестпроектов», — заключает Н. Бейлина.
ДРУГИЕ МАТЕРИАЛЫ #2–3_2019