2019-07-05 11:26:00
Южноуральская панорама Онлайн / По прогнозам, углеродные структуры сделают водородный транспорт доступным и безопасным.
Ученые Международной лаборатории полициклических ароматических соединений и углеродных наноматериалов ЮУрГУ поставили перед собой сверхзадачу: создать материал, соединяющий в себе свойства алмаза и графита, и научить его работать, например, на экологически чистую водородную энергетику.
— Алмаз и графит из-за различий кристаллических решеток обладают совершенно разными свойствами и не могут заменить друг друга, — говорит старший научный сотрудник кафедры материаловедения и физикохимии материалов, инженер-исследователь НОЦ «Нанотехнологии» Дмитрий Жеребцов. — Мы же работаем над созданием предсказанного теоретически совершенно нового класса углеродных полициклических кристаллов, которые могут произвести революцию в самых разных отраслях. В 1996 году японский ученый Сумио Иидзима синтезировал углеродные нанотрубки, обладающие огромной проводимостью: по прогнозам, они заменят традиционные полупроводниковые материалы. Но у углеродных нанотрубок есть свои минусы: их бензольные кольца расположены в «плоской сетке», что ограничивает возможности применения. А в наших гибридных структурах они будут объемными, как бы в 3D-формате. По расчетам, это придаст им совершенно новые, уникальные свойства, о которых сегодня приходится только мечтать.
По словам ученого, одно из важнейших применений таких кристаллов — водородная энергетика. Новый материал будет пористым, как губка, и сможет поглощать и отдавать молекулы. Заправка жидким водородом, пожалуй, самая большая проблема для водородного транспорта, что во многом тормозит создание экологически чистых автомобилей, где водород выступает в качестве топлива, а на выходе будет обычная вода. По мнению Дмитрия Жеребцова, решить проблему поможет применение адсорбентов, способных накапливать в своих порах 5-10 % водорода под сравнительно невысоким давлением, что повышает безопасность его хранения. Подобным материалом будущего вполне может стать создаваемый учеными рыхлый углерод. А вместимость такой «наногубки» будет в разы выше, чем традиционных сорбентов.
Еще одно важное прогнозируемое свойство новых кристаллических материалов — высокая электропроводность. Оно, к примеру, позволит создавать сверхъемкие аккумуляторы для смартфонов, электротранспорта. Кроме того, химически стойкие углеродные материалы, обладающие ценным свойством электропроводности, могут найти применение при создании принципиально новых топливных элементов, например, водородных. Они превращают химическую энергию реакции водорода с кислородом в электрическую, минуя малоэффективные процессы горения, как это происходит в обычном бензиновом двигателе. Водородное электрохимическое устройство в результате высокоэффективного «холодного» горения топлива без излишних затрат сразу вырабатывает электроэнергию.
— Мы проводим фундаментальные исследования, результаты которых могут стать отправной точкой для прорывных практических применений, — резюмирует Дмитрий Жеребцов. — Так, синтез новых полициклических ароматических соединений открывает широкие возможности для так называемой органической электроники. Она может быть условно разделена на три направления: солнечная энергетика, полупроводники, необходимые, например, для гибких органических транзисторов, а также органическая светотехника. Последнее уже нашло применение: это органические светодиоды, важный элемент современных мониторов компьютеров, телевизоров. Наши материалы будут потенциально интересны во всех этих сферах.
- страна: Россия
- отрасль: Наука и образование