Харківські вчені зробили відкриття світового рівня

Харківські вчені зробили відкриття світового рівня

Як повідомив один з найпрестижніших у світі журналів з фізики Physical Review Letters, харківські вчені Ніна Крайнюкова з Фізико-технічного інституту низьких температур НАН України і Євген Зубарєв з Фізико-технічного факультету ХПІ відкрили і протестували нову модифікацію вуглецевого волокна. Вони охрестили її "вуглецеві соти".

Мова йде про ще однією формою вуглецю, такий як графіт, алмаз, графен, пояснює завідувач лабораторії Інституту теоретичної фізики ім. Боголюбова Сергій Шарапов. "Здорово, що вчені донесли свої результати до всього світу. Далі тільки час може показати, чи піде технологія в індустрію", - припускає він.

Як скоро нова технологія піде у виробництво? "На даному етапі говорити про швидке комерційному застосуванні ще рано, ми зробили тільки перший крок", - повідомила ЛІГА.net Ніна Крайнюкова. Подальша робота над новою водневої формою буде проходити в кооперації з зарубіжними вченими. "Їх технічна база для досліджень набагато краще", - зазначає вона.

Як з'явилися "соти"?

Вуглецеві стільники здатні зберігати велику кількість газу і рідини у своїй тривимірній структурі. Їх можна використовувати як легке, енергоефективне паливне сховище, "паливний бак для водню", пояснюють в Physical Review Letters.

Євген Зубарєв з ХПІ розповів ЛІГА.net, що працював над електронним мікроскопом, який дозволив Крайнюковой вивчати структуру сполук вуглецю з дуже високим, практично атомарним роздільною здатністю. Колега залучила його до проекту десять років тому. Довгий час про технології ніхто не згадував.

"Крайнюкова спочатку працювала над властивостями абсорбції інертних газів (криптон, аргон) і побачила, що плівки волокна, які синтезуються, мають дуже високу ємність. Це було дивно", - згадує Зубарєв.

Його оцінка збігається з припущенням американського видання: ця технологія може стати рішенням для зберігання водню. Проблема, над якою у світі давно ламають голову. Зберігання водневого палива обходиться дорого, більш того, у ряді випадків це ще й небезпечно.

Водень замість бензину

Застосування української технології у сфері водневого транспорту може зацікавити іноземних інвесторів, вважає директор департаменту розвитку дорожнього ринку автоперевезень Мінінфраструктури Роман Хміль. "Електродвигуни уряд Сінгапуру нещодавно визнало екологічно шкідливими, плюс вони неэкономни. Еквівалент споживання - 10 л на 100 км, що гірше гібридів. А ось водневі двигуни дуже перспективні", - зазначає він.

"Ефективне зберігання і транспортування водневого газу залишаються ключовими перешкодами для його використання як поновлюваного джерела палива", - пишуть експерти Physical Review Letters. Міністерство енергетики США не перший рік намагається підштовхнути вчених до розробок, які дозволять знизити витрати на купівлю та експлуатацію автомобілів на базі водневого двигуна.

Американське міністерство навіть запустило окрему програму в рамках ініціативи U. S. DRIVE Partnership (співтовариство держструктур, галузевих організацій у сфері енергетики та автомобілебудування). Воно представляє інтереси таких гігантів, як Fiat Chrysler Automotive, Ford Motor, General Motors, Tesla Motors. Основне завдання - до 2020 року автомобілі, які використовують водневе паливо, повинні стати порівнянні з капітальних та операційних витрат з традиційними транспортними засобами. Намічений американцями орієнтир - 1 Кв/год роботи двигуна з використанням гідрогена (водню) як автомобільного палива повинен коштувати $10.

Один з перших в світі серійних автомобілів на водні наприкінці 2014 року випустила японська Toyota. Це був седан Mirai ("майбутнє"). Уряд Країни висхідного сонця до 2020 року збирається збільшити кількість таких автомобілів в 100 разів - до 40 000. Зараз їх кількість на дорогах вимірюється сотнями. Для їх обслуговування в Японії вже запустили близько 80 водневих заправок.

Ще одна компанія, яка вірить у водень, - корейська Hyndai. Її Tucson Fuel Cell почав продаватися в сша в 2014 році. Активних продажів виробник так і не дочекався. У США (переважно в Каліфорнії) усього близько 20 водневих заправок. А максимальна ємність балона дозволяє проїхати без дозаправки трохи більше 400 км. Якщо з'явиться можливість брати на борт більше водню, пробіг зросте, що зменшить кількість дозаправок.

Коли смартфон можна буде зігнути удвічі?

Існує ще одна широка сфера застосування для відкриття українських вчених. Це мікроелектроніка. "Якщо заповнити "соти" різними металами і неметалами, спектр електричних і магнітних властивостей буде дуже широким", - розповідає Ніна Крайнюкова.

На Всесвітньому мобільному конгресі-2016 в Барселоні під графенові технології відводився окремий павільйон. Виробники представили прототипи пристроїв на основі вуглецевих сполук. Зараз графен вже можна додавати в композитні матеріали (пластик, гуму) для посилення міцності виробів електроніки або ж для збільшення теплопровідності.

Але це тільки початок. Мрія виробників електроніки - отримання рівномірного стійкого шару графену та застосування його в комерційних масштабах. Графен нарешті дозволить змінити зовнішній вигляд сучасних смартфонів, планшетів, носимой електроніки. Вуглецевий акумулятор буде в сотні разів компактніше і тонше, екрани стануть гнучкими і міцними.

Над технологіями застосування графена в електроніці щосили працюють команди вчених по всьому світу. Україна - не виняток. Нещодавно стало відомо, що американська компанія American Graphite Technologies Inc. продовжила контракт з командою вчених Харківського фізико-технічного інституту ще мінімум на півроку. Ось уже кілька років працюють над технологією, яка дозволить робити 3D-друк деталей з використанням графена. Фінансують проект американці, результати досліджень не розкривають. У разі успіху розробників всі інтелектуальні права на інновацію залишаються за американською компанією.

"Сьогодні наше завдання - з точки зору науки знайти фізичні рішення, які дозволяють створити технологію графенової (або, ширше, нановуглеводної) 3D-друку. Бажано на наноуглеродном матеріалі, вже сьогодні виробленому і є у вільному продажу", - розповідає ЛІГА.net про основною ідеєю проекту його куратор - науковий співробітник інституту Дмитро Виноградов. Простіше кажучи, вчені хочуть, щоб вуглецевий 3D-принтер працював так само просто, як і пристрій, що використовує в якості матеріалу пластик. За словами Виноградова, така друк відкриває необмежені можливості для застосування - гаджети, мобільні телефони, побутова електроніка.

Безпритульники

Живуть в одному місті прогресивні вчені Ніна Крайнюкова і Дмитро Виноградов, які працюють над вуглецевими технологіями майбутнього, не знайомі один з одним. Інші українські фізики, судячи з активного обговорення публікації в мережі Facebook, дізналися про відкриття харків'ян з американського журналу. Роману Хмилю з Мінінфраструктури розповів про вуглецевих сотах журналіст ЛІГА.net.

Що це означає? В Україні фактично немає наукового співтовариства, в якому були різні представники держави. Уряд не розвиває науковий піар, наукові об'єднання. "Велика проблема нашої науки - вона тотально відірвана від реальності і бізнесу, - вважає керуючий партнер фонду Chernovetskyi Investment Group Андрій Криворчук. - Створити щось масове в подібному вакуумі фізично неможливо".