графеновые трубки что это
Что такое графен и как он изменит нашу жизнь?
Впервые о графене заговорили в 2004 году, когда Андрей Гейм и Константин Новоселов — британские ученые российского происхождения — опубликовали статью в журнале Science [1]. В ней говорилось о новом материале, который получили с помощью обычного карандаша и скотча. Ученые просто снимали клейкой лентой слой за слоем, пока не дошли до самого тонкого — в один атом. В 2010-м за это их наградили Нобелевской премией. С тех прошло уже десять лет.
Что такое графен и чем он так уникален?
Углерод — это материал, состоящий из кристаллической решетки, которую образуют шестиугольники атомов. Графен — это один слой решетки толщиной в 1 атом.
Отсюда — его первое уникальное свойство: самый тонкий.
Такую структуру графен приобретает за счет sp2-гибридизации. Дело в том, что на внешней оболочке атома углерода расположены четыре электрона. При sp2-гибридизации три из них вступают в связь с соседними атомами, а четвертый находится в состоянии, которое образовывает энергетические зоны. В результате графен еще и прекрасно проводит электрический ток.
Уникальность графена в том, что он обладает такой же структурой, как и полупроводники, при этом он сам проводит электричество — как проводники. А еще у него высокая подвижность носителей заряда внутри материала. Поэтому графен в фото- и видеотехнике обнаруживает сигналы намного быстрее, чем другие материалы.
Графен обладает хорошей теплопроводностью, гибкостью и упругостью, он на 97% прозрачный. При этом, графен — самый прочный из известных материалов: прочнее стали и алмаза.
Миф о токсичности графена
Однако сейчас в биоэлектронике используют другой способ получения графена — путем химического осаждения из газовой фазы. Частицы получаются достаточно крупными. Потом их закрепляют на подложке, и проникнуть сквозь клеточную мембрану они уже не могут.
Где уже используют графен?
Сейчас графен успешно применяют в электронике. Самый массовый продукт — это пауэрбанк [3]: производители обещают, что сам он заряжается за 20 минут, а топовый смартфон заряжает наполовину за полчаса.
Существуют также графеновые куртки и платья. Последние, в частности, оснащены светодиодами [4], которые реагируют на дыхание и температуру тела, меняя цвет.
Теннисные ракетки с графеном весят до 300 грамм меньше, чем обычные, при той же силе удара.
Наконец, машинное масло с графеном призвано снизить износ двигателя.
Где можно применять графен в будущем?
Есть и еще одно свойство графена: он биосовместим, то есть взаимодействует с живыми клетками. Ученые обещают, что материал поможет диагностировать и лечить рак [5]. Это делают с помощью чипа с графеном, который придает повышенную чувствительность. На поверхность чипа высаживают раковые клетки и тестируют на них различные лекарства.
Такие чипы можно использовать и для тестирования других лекарств, а также — определения биомаркеров: иммуноглобулина, ДНК, нейрональных биорецепторов.
Из графена также планируют делать дешевые солнечные батареи, опресняющие устройства для морской воды, гибкие дисплеи, сверхпрочные бронежилеты, сверхчувствительные микропроцессоры, элементы для беспилотников и космических ракет, телефоны с бесконечной зарядкой и умную одежду.
Для России самым перспективным применением графена могут стать нефте- и газодобыча. На основе графена делают жидкости, которые позволят управлять толщиной и свойствами фильтрационной корки буровых растворов. А еще можно делать полимерные трубы и покрытия для нефте- и газопроводов с применением графена.
Графеновый бум
За 7 лет после вручения премии вышло больше 130 тыс. научных работ, посвященных графену и его свойствам. Доля таких исследований среди всех остальных выросла с 0,2% в 2010 году до 1% в 2016-м.
В научном сообществе тестирование свойств графена стало почти мемом. Доходит до того, что в графен добавляют куриный помет, чтобы проверить, как это отразится на его качествах [6].
Всего в мире зарегистрировано более 50 тыс. патентных заявок с упоминанием графена. Больше половины из них принадлежит Китаю, следом идут Южная Корея, США, Япония и Тайвань.
В Китае исследованиями занимаются государственные вузы. В 2013 году здесь создали Инновационный альянс графеновой промышленности, который пророчит Китаю в этой сфере долю в 80% от общемировой.
В остальных странах в графен активно вкладываются коммерческие компании. В Евросоюзе за это отвечает проект Graphene Flagship с инвестициями в €1 млрд [7]. В США — Национальная графеновая ассоциация, в консультативный совет которой входят представители Apple, IBM и Cisco.
В графене заинтересованы гиганты аэрокосмической отрасли: Boeing, Lockheed Martin, Airbus и Thales. Они рассчитывают, что новые материалы позволят им в разы снизить расход топлива — как композиты, которые экономят до 30% горючего в Boeing 787. Электронные корпорации включились в графеновую гонку в надежде, что это принесет им лидерство на рынке смартфонов и аксессуаров к ним.
Среди них — Samsung [8]: компания уже скупила десятки патентов, которых хватит на целую линейку продуктов с графеном. В частности, она представила новый тип аккумуляторов, которые можно будет заряжать за рекордные 12 минут. Такие появятся в новых смартфонах бренда не позднее 2021-го года. Их главный конкурент — Apple — запатентовала акустические диафрагмы с графеном для использования в устройствах следующих поколений. И это, судя по всему — только начало.
В России тоже занимаются изучением графена и даже патентуют электронные устройства на его основе — на базе в Центра фотоники и двумерных материалов МФТИ. Двое ученых-выпускников этого вуза — гендиректор ведущего производителя Graphene 3D Lab Inc. Елена Полякова и профессор Свободного университета Берлина Кирилл Болотин — входят в ту самую американскую ассоциацию.
Почему же графен до сих пор не изменил нашу жизнь?
Во-первых, он все еще очень дорогой. При этом пока нельзя однозначно посчитать, сколько его нужно и для каких целей. Для этого материала нет единой шкалы измерения, так как он может иметь разную структуру — в зависимости от способа получения.
Во-вторых, массовое производство графена пока не налажено, потому что нет технологий, которые бы позволили бы это: например, сложные электронные устройства с графеном делают вручную. Для графена нужна какая-то подложка — например, кварцевая — которая и определяет свойства конечного продукта. При этом пока еще не совсем понятно, какие именно это должны быть свойства.
Что такое графеновые нанотрубки и где их применяют?
Взяв в руки карандаш, только подумай: ты держишь один из самых удивительных материалов на Земле. Графен представляет из себя слой из кристаллической решетки толщиной всего в один атом углерода. Если посмотреть на него сверху, можно увидеть, что его структура напоминает пчелиные соты, а атомы находятся в вершинах шестигранников. Графен практически полностью прозрачен, гибок, отлично проводит тепло и электричество, а также невероятно прочен. Именно этот материал послужил основой инновационного изобретения. О том, что же такое графеновые нанотрубки, область применения ноу-хау, мы расскажем прямо сейчас.
Открытию предшествовали десятки лет работы. Было опубликовано более 800 тыс. научных статей и получено 50 тыс. патентов. Официально совершил открытие японский ученый, Моринобу Эндо в 70-х годах XX века. Впервые промышленное производство трубок в России началось в 2014 году компанией OCSiAl. Изобретение стало выходить на рынок под брендом «TUBALL».
Что это такое
Это устройство еще называют одностенной углеродной нанотрубкой. Внешне она похожа на свернутую в трубку графеновую плоскость. Благодаря необычным физическим качествам изобретение становится универсальным аддитивом. Оно дает возможность повысить удельные характеристики 70% базовых материалов.
Алгоритм работы простой. Если внести в матрицу материала графеновую нанотрубку, которая хорошо диспергирована, то образуется трехмерная армирующая и электропроводящая сеть. Она открывает ряд новых параметров и практически не влияет на изначальный цвет и другие характеристики конечного продукта.
Есть два вида изобретения:
Они имеют разные свойства и по-разному воздействуют на материалы. Более подробно об этом в таблице:
Свойства, о которых мы не знали
Устройство обладает целым рядом необычных полезных качеств:
Где применяется технология
У одностенных нанотрубок несколько сфер использования. Они широко применяются при производстве литий-ионных аккумуляторов, углепластиковых материалов, а также в автомобильной промышленности.
Так, если добавить нанотрубки в кислотно-свинцовый аккумулятор, то заметно вырастет количество циклов перезарядки.
На данный момент один километр трассы «Дон» покрыли асфальтом, в составе которого есть рассматриваемая технология. В ходе испытаний раскрылось несколько интересных фактов:
Нельзя не отметить и сферу производства шин. На данный момент в шинах много углерода (поэтому, кстати, они черного цвета). Это делается для того, чтобы в них не скапливалось статистическое электричество. Когда мы заменим углерод незначительным количеством нанотрубок, износостойкость шин станет выше, а электропроводность останется на прежнем уровне. Кроме этого, на дорогах мы сможем увидеть шины самых разных цветов.
Добавлять изобретение можно в материал покрытия для пола и подошву обуви. Тем самым мы избежим «чирканья» по полу. Что интересно, если покрыть стеклянную бутылку или банку нанотрубками, то емкости станут в разы прочнее.
Как главная составляющая сверхточных и миниатюрных детекторов графен может совершить революцию в медицине. Также материал используется для создания гибких и прочных тачскринов нового поколения.
Почему не использовали раньше
Технологию уже называют «материалом будущего» и связывают с ней новую технологическую революцию. Но сейчас ты удивишься – уникальное изобретение – не дело рук человека. Это природная особенность. Нанотрубки были рядом с нами всегда. Они появляются в естественной среде при неполном сгорании углерода. Таким образом, если ты окажешься на выжженном поле после лесного пожара, вокруг будут тысячи тонн нанотрубок. Также следы материала нашли в дамасской стали и в древней китайской туши.
Обширность сферы применения графеновых нанотрубок впечатляет. Если их сравнивать с обычными электропроводящими добавками, например многостенными углеродными нанотрубками, углеродные волокна и практически все виды технического углерода, TUBALL гарантирует весомое повышение качеств материалов при добавлении всего 0,01–0,1%.
Нанотрубки будущего: на чем зарабатывает первый русский «единорог»
Рынок одностенных углеродных (или графеновых) нанотрубок значительно консолидирован, констатировала в 2019 году Transparency Market Research, причем более 90% на нем приходится на продукцию OCSiAl.
Сейчас основанная в 2010 году компания работает на рынках 40 стран, в ее штате — более 400 человек. Штаб-квартира OCSiAl находится в Люксембурге, ключевые офисы — в России, Китае, Европе и Америке. Основная часть продукции уходит на экспорт, из которого 85% приходится на азиатские страны, в первую очередь — на Китай, Японию и Корею.
Графеновые (одностенные) нанотрубки — это свернутый в трубку слой графена толщиной в один атом углерода. Такие нанотрубки, обладающие повышенной электропроводностью и прочностью (выше стали), а также выдерживающие высокие температуры, добавляют в другие материалы, чтобы придать им новые свойства. Например, использование графеновых нанотрубок в литий-ионных батареях увеличивает срок службы аккумулятора в четыре раза. Добавление их в стекло, алюминий и ряд пластиков усиливает прочность изделий из них. Применение технологии при производстве текстиля для спецодежды придает материалам антистатические свойства, в силиконе с нанотрубками появляется проводимость и сохраняется цвет, в шинах улучшаются сцепление и износостойкость.
Азиатско-Тихоокеанский регион, по данным на 2018 год, занимал почти половину мирового рынка одностенных углеродных нанотрубок. Еще 40% приходилось на Европу. Среди крупных игроков, помимо OCSiAl — японские компании Meijo Nano Carbon, Zeon Nano Technology и британская Thomas Swan & Company.
По мнению руководителя группы «Квантовая спинтроника и низкоразмерные материалы» Российского квантового центра Александра Чернова, помимо применения одностенных углеродных нанотрубок в качестве элементов электронных устройств, перспективным может быть их использование в оптических элементах для лазеров. В этой сфере рынок может быть меньше по объемам, но преимущества таких нанотрубок здесь более заметны, говорит он. В менее наукоемких направлениях, например применении в качестве добавок для упрочнения, создания проводящих или гидрофобных (не вступающих во взаимодействие с водой) покрытий, у нанотрубок есть конкуренты, говорит Чернов.
Однако международное научное сообщество раскритиковало внесение углеродных нанотрубок в этот список, так как их возможный запрет был бы необоснован с точки зрения науки и нанес бы ущерб развитию инноваций. Соответствующая статья за авторством 39 ученых опубликована в научном журнале Nature.
Открытие из Академгородка
Открытие, благодаря которому можно в промышленных масштабах производить и использовать графеновые нанотрубки, сделал академик РАН Михаил Предтеченский. На основе его исследований компания может «выращивать» нанотрубки не в плоскости, а в объеме. Президент OCSiAl Юрий Коропачинский подчеркивает, что без этого открытия не было бы компании OCSiAl.
Основателями и ключевыми акционерами OCSiAl являются академик Михаил Предтеченский и бизнесмены Юрий Коропачинский, Олег Кириллов и Юрий Зельвенский. Как пояснил Юрий Коропачинский, одним из первых крупных частных инвесторов проекта стал основной акционер Экспобанка Игорь Ким. В сумме все пятеро владеют более 50% акций OCSiAl.
Достижение компании OCSiAl в том, что она в 2014 году внедрила первую промышленную технологию синтеза графеновых нанотрубок — производство их в больших масштабах. Это сделало их использование экономические выгодным для различных производств.
В 2013 году компания запустила первую промышленную установку синтеза нанотрубок в Академгородке Новосибирска. В 2014 году продукция компании под брендом TUBALL вышла на рынок. Главное производство и научно-исследовательская база компании, а также центр прототипирования материалов и технологий на базе графеновых нанотрубок находятся в Новосибирске. В 2019 году второй такой центр запущен в Шанхае. Третий открыт в Люксембурге в 2020 году.
Как говорит Александр Чернов, OCSiAl действительно смогла заявить о себе: «В научных кругах было выполнено большое число работ на основе материала их производства, охват аудитории высокий, это известный производитель. Однако многие зарубежные работы (судя по научным статьям) по-прежнему выполняются на материалах других производителей».
Совокупные производственные мощности OCSiAl на данный момент приближаются к 100 тоннам. Их хватит, чтобы изменить свойства более 100 тыс. тонн материалов для улучшения их качеств с учетом ультранизкой концентрации нанотрубок в основном составе, говорит Коропачинский.
Сейчас в мире более распространено производство многостенных углеродных нанотрубок, говорит руководитель группы оценки рисков устойчивого развития АКРА Максим Худалов. «Они нацелены примерно на тот же сегмент, что и одностенные, но весят намного больше и их электропроводимые свойства гораздо хуже. Одностенные нанотрубки в этом смысле гораздо серьезнее меняют свойства материалов», — объясняет аналитик. Так как крупных производителей одностенных нанотрубок сейчас практически нет и в большей степени ими занимаются университеты и исследовательские институты, то компания OCSiAl является в этом сегменте почти монополистом, отмечает он. Сложности для одностенных углеродных нанотрубок заключаются в том, что их массовое внедрение может затянуться — на это нужно не менее пяти лет, считает эксперт.
«Да, эта продукция обещает сумасшедшие достижения с точки зрения материаловедения. Но нужно понимать, что быстро такие вещи не случаются. Любое улучшение конструкции, материаловедческое внедрение требуют множества тестов. Никакой инженер не разрешит использование инновационного бетона с такими добавками на сложном сооружении, потому что, если оно рухнет, ему придется за это отвечать. До того как появится сертификация от госорганов как в России, так и за рубежом, ожидать, что рынок углеродных нанотрубок резко рванет вверх, наверное, не стоит», — рассуждает Худалов.
Однако, как и в случае других инноваций, сложнее всего отделить ранний рынок от основного. На раннем рынке темпы прироста были высокими — 25% в год. Но каков его реальный потенциал? Основные будущие потребители — это производители электромобилей. Однако эта часть рынка плохо предсказуема, считает аналитик ГК «Финам» Леонид Делицын.
Главным рынком для роста в компании называют электротранспорт, и в частности, производство литий-ионных батарей. Как раннее говорил Коропачинский, из 160 мировых производителей литий-ионных батарей компания работает со 140. Большинство контрактов защищены соглашениями о неразглашении.
Больше новостей об инвестициях вы найдете в нашем аккаунте в Instagram
Русская технология: графеновые нанотрубки
Каждый год в Академгородок стекались сотни победителей школьных олимпиад. Идея создателя новосибирского Академгородка, легендарного академика Лаврентьева, была проста в теории и невероятно сложна в реализации — собрать в одном месте множество академических институтов, мощный университет и школу, талантливых ученых, современные производства и за счет кумулятивной энергии совершить прорыв в сфере высоких технологий. Лаврентьеву удалось почти все, за исключением одного — высокотехнологичных производств в Академгородке так и не появилось.
Я прилетел в Академгородок на саммит по наномодифицированным материалам по приглашению Юрия Коропачинского, моего университетского приятеля, а ныне президента компании с труднопроизносимым названием OCSiAl. Откровенно говоря, разнообразных конференций по нанотехнологиям я навидался, про нанокирпичи и наноноски уже писал, поэтому полетел в Сибирь с одной целью — встретиться с Юрием, которого не видел лет двадцать. Но проведенные в Академгородке два дня сильно изменили мое представление о мире, в котором мы живем, а еще больше — о мире, в котором нам предстоит жить.
Пляж в Сиднее
Наша история началась лет десять назад, когда Юрий Коропачинский, выпив ранним утром бокал просекко в своем доме в Сиднее, собирался пойти на пляж. Предыдущие 15 лет он довольно успешно занимался бизнесом, и к сорока годам у него с приятелями уже были лесопромышленный бизнес, крупный холдинг сельхозтехники и акции большого банка. Работа была нервная, и они решили продать все свои активы. И вместо 35 000 сотрудников и постоянного финансового дефицита у них стало в тысячу раз больше денег и в тысячу раз меньше сотрудников. Что еще нужно человеку, чтобы спокойно встретить старость? И вот примерно с такой мыслью в голове Юрий бросил взгляд на своего пятилетнего сына и вдруг подумал: «Кем вырастет мой сын, если папу он будет видеть утром уже с бокалом просекко, а в обед идущим с доской для серфинга на пляж? Это стало для меня поворотным моментом, — рассказывает Юрий, сын знаменитого ученого-дендролога Игоря Коропачинского. — Я помню, в мои пять лет, как только снег таял, мой папа садился в экспедиционную машину и уезжал. А когда снег выпадал, экспедиционная машина возвращалась, и оттуда выходил папа с бородой по грудь. Это было самым главным, что он сделал для моего воспитания». Поэтому Юрий решил вернуться в бизнес. Прежде он был сильно вовлечен в менеджмент и управление полудюжиной заводов с несколькими десятками тысяч людей в трех странах, а теперь решил заняться чем-то, не связанным с промышленными активами. Вспомнив свою научную молодость в Академгородке, он принял решение инвестировать в высокотехнологичный бизнес и купил билет до Новосибирска.
Я подумал: кем вырастет мой сын, если папу он будет видеть утром уже с бокалом просекко, а в обед идущим на пляж? Это стало для меня поворотным моментом
Телефон радости
Идеи и людей Коропачинский с партнерами искали в институтах Сибирского отделения Российской академии наук. 23 академика на президиуме Сибирского отделения за легендарным лаврентьевским круглым столом устроили Юрию допрос с пристрастием. «Я сказал, что меня не интересуют деньги Сибирского отделения, меня не интересует недвижимость Сибирского отделения, меня не интересуют патенты Сибирского отделения, — вспоминает Коропачинский. — Кто-то из сидящих в президиуме академиков ехидно сказал: «А земля?» «И земля не интересует». Услышал коллективный вздох облегчения, и кто-то произнес: «А у нас больше ничего и нет». Я сказал: «Меня интересуют идеи». Реакция была фантастическая: «А, идеи! Их у нас полно. Забирай!»». Юрий получил лицензию, и его команда с 2006 по 2009 год перелопатила 23 института в новосибирском Академгородке, Томске, Красноярске и Иркутске. Посмотрели более 1500 идей за три года. Юрия и его команду интересовала область, в которой они считали себя компетентными: физика, химия, биология. Поскольку в компании не было программистов и математиков, IT-сектор отмели сразу.
Схема работы была выстроена следующим образом: ребята приходили к директору института и говорили: «Покажите нам, пожалуйста, своих самых выдающихся ученых». Приглашали от двух до пяти человек и задавали им всего один вопрос: «Скажите, пожалуйста, что вы умеете делать одни в мире? Или лучше всех в мире? Хоть что-то». Если ответ казался хоть как-то приложим к реальной жизни, задавали следующие вопросы. В итоге собрали 1500 идей. Из них выделили 364 проекта, в которые инвестировали небольшие деньги, чтобы исследовать каждый из них на техническую осуществимость, необходимые инвестиции, потенциальный рынок. Были довольно забавные проекты. Один ученый заявил, что может сделать телефон радости. А после этого достал бумагу с печатью Министерства связи РФ — на ней Министерство подтверждало, что этот человек умеет делать телефоны радости. «А как это работает?» — «Ну, представляете, так же, как и все сотовые телефоны, только когда по ним начинают говорить, все счастливы».
Без выхода
Просто гений
Почему они познакомились так поздно, остается загадкой — Предтеченского знает весь Академгородок. Один из самых молодых завлабов, любимый ученик академика Накорякова, который на момент встречи почти 20 лет занимался высокотехнологичным бизнесом, разрабатывая технологии для HP, Air Products (ведущий мировой производитель промышленных газов), Samsung. На Западе Михаила называют просто: «русский гений». И когда Коропачинский задал ему все тот же вопрос: «А что вы умеете делать лучше всех в мире?», Предтеченский кратко ответил: «Всё». Говорить с Предтеченским — редкое, но необычайное интеллектуальное удовольствие. Он не просто думает значительно быстрее вас, он думает красиво и парадоксально. И уже через несколько минут беседы с Коропачинским Михаил предложил ему зайти с другой стороны, дедуктивной: «Давайте сделаем наоборот. Я понимаю свою область компетенции. Назовите продукт, который вы хотите получить, а я создам прорывную технологию, если она вообще осуществима. Если вы спросите, могу ли я реализовать термоядерный синтез, я сразу скажу «нет». На все остальное я, скорее всего, отвечу «да»».
Юрий с партнерами увидели свет в конце тоннеля и с энтузиазмом стали придумывать такие продукты. Довольно быстро сошлись на том, что надо сфокусироваться на материалах, энергии и их преобразовании — ничего более фундаментального просто нет. В итоге сформулировали шесть идей. На самом деле все технологические идеи формулировал Предтеченский, остальные анализировали их на предмет реализации и перспектив как бизнеса.
Очень маленькие трубки
«А еще я знаю, как синтезировать нанотрубки», — произнес во время мозгового штурма Предтеченский. «Что такое нанотрубки?» — удивился Коропачинский. Михаил рассказал, что полвека в мире не появлялось новых материалов. И что современные суперматериалы слабо отличаются от простых. Коэффициент прочности титана против стали — в районе тройки. Коэффициента 10 просто не существует. Углепластик с высокомодульным волокном имеет коэффициент прочности в районе 1,5−1,7 ГПа, а одностенная углеродная нанотрубка — 50. И это еще не всё. Она в пять раз легче стали. Поэтому коэффициент — 250! Равнопрочная стальной деталь, созданная из одностенных углеродных нанотрубок, если их идеально соединить, будет легче в 250 раз. Автомобиль легче в 250 раз, представляете? Его ветром сдует. Четырехкилограммовый автомобиль.
Плазменный реактор
Через месяц Предтеченский в эксперименте получил первые нанотрубки. Их было ничтожное количество, несколько черных точек на белоснежном фильтре. Но электронный микроскоп показывал, что это те самые одностенные углеродные нанотрубки. И получил их Михаил Предтеченский на своем плазменном генераторе, еще одном из его фундаментальных изобретений. Дело в том, что плазменные генераторы — плазмотроны — используются во многих областях. Предтеченский столкнулся с ними, когда работал над проектом с Air Products. Мощные плазмотроны не могли долго работать даже в инертном газе — сгорали электроды. Десятилетиями ученые и технологи пытались создать материал электродов, который бы «стоял», но ничего не получалось — время работы измерялось секундами. Когда Михаил рассказывает, все кажется простым: «Я подумал, а почему электроды должны быть твердыми? Сделаю я их жидкими. Две ванны с расплавом, а между ними пустим дугу. Дуга загорается, плавит изначально твердый металл, и получаются две металлические лужицы, на которые и замыкается дуга. Жидкость же эрозии не подвержена. Я сделал такую машину, которая может работать вечно, в любой среде, с любой мощностью».
Обычные плазмотроны работают на инертном газе, потому что эрозия электродов пропорциональна химической активности и температуре. Например, на водяном паре они разрушаются мгновенно. А в плазмотрон Предтеченского можно хоть хлор вводить — по сути это плазмохимический реактор. Многие металлургические и химические процессы можно изменить принципиально. Михаил долго пытался пристроить свое изобретение, встречался с олигархами, даже пытался сделать на нем реактор для уничтожения супертоксичных отходов. «Ключевым моментом была наша встреча с Юрием, — вспоминает он. — Он оказался тем самым человеком. С одной стороны, представитель крупного бизнеса с деньгами, с другой — сын академика, с нашим классическим образованием. С ним быстро нашли общий язык. Как раз перед нашей встречей я был на выставке «Роснано» и внимательно посмотрел, что можно делать с нанотрубками. Я с момента их открытия следил за ними, но не знал, зачем они. А когда увидел, как они пошли в материалах, понял, что за ними фантастическое будущее».
Десятилетиями учёные и технологи пытались создать материал электродов, который бы «стоял», но ничего не получалось — время работы измерялось секундами. «Я подумал, а почему электроды должны быть твёрдыми»
Графеновые нанотрубки
Если поискать в интернете, то выяснится, что углеродные нанотрубки в промышленном масштабе производят не только в Новосибирске. Разница в маленькой детали — в Академгородке делают одностенные нанотрубки, а во всем остальном мире — многостенные. И разница эта принципиальна. «Многостенная трубка — это трубка, «свернутая» из графита, — популярно объясняет Юрий Коропачинский, — а одностенная — из графена. Если бы графен был открыт раньше, чем нанотрубки, они бы назывались графеновыми. Это разные материалы с совершенно разными свойствами. Между ними такая же разница, как между алмазом и каменным углем, хотя и то и другое состоит из углерода. Многостенная нанотрубка — это маркетинговый обман. Вроде у нас очень похожий продукт, но чуть толще стенки. Корректно говорить — графеновые и графитовые. Мы делаем трубчатую модификацию графена, из одного атомного слоя. А они не делают. Мало того, в некоторых режимах наш реактор синтезирует графен, но мы пока не видим рыночных ниш, в которых графен превосходит нанотрубки. Как только увидим, первыми в мире выпустим промышленную партию».
Graphеtron 1.0
На деньги «Роснано» и был построен первый промышленно-исследовательский реактор Graphetron 1.0 в новосибирском Академпарке — более удачном аналоге «Сколково». В прошлом году реактор синтезировал 1250 кг одностенных углеродных нанотрубок (SWCNT) под торговым наименованием TuballTM. В 2016 году было четыре тонны, в этом году он должен произвести от семи до десяти тонн. А через стенку полным ходом ведется строительство уже промышленного Graphetron 50, который рассчитан, как видно из названия, на 50 т в год. Много это или мало?
Еще несколько лет назад мировой рынок одностенных нанотрубок потенциально оценивался в 10 т в год, но с каждым годом оценка существенно возрастает. Если еще два года назад OCSiAl оценивала его в 145 000 т, то сейчас — более чем в 500 000. «Я вижу потенциал роста компании за десять лет в тысячу раз, — говоря эту фразу, Юрий делается серьезным. — На сегодняшний момент мы единственные производители в мире».
Ещё несколько лет назад мировой рынок одностенных нанотрубок потенциально оценивался в 10 тонн в год, но с каждым годом это число возрастает на порядки. Если два года назад по данным OCSIAL это было 145 000 тонн, то сейчас — более чем 500 000. «Я вижу потенциал роста компании за десять лет в тысячу раз».
В этом году OCSiAl провела переговоры с 2500 потенциальными клиентами — по 10 встреч в день. Сейчас офисы компании работают в Люксембурге, Тель-Авиве, Сеуле, Мумбае, Гонконге, Шэньчжэне, Огайо, есть представители в Малайзии, Германии, Великобритании, Австралии и Японии. В ближайшие годы компания собирается строить свои реакторы на всех континентах и во всех развитых странах. Мало того, они имели эту возможность с самого начала. Тогда почему современное производство находится в Академгородке? «Потому что тут Предтеченский, — улыбается Коропачинский, — и потому, что пока у нас работает исследовательский реактор. На «Графeтроне» мы проводим фундаментальные физические исследования, и у нас работают академик, профессора, доктора и кандидаты наук. Академгородок — идеальное место для таких исследований. Почему мы синтезировали в этом году 4 т трубок, а не 7? Потому что половину времени реактор работал в исследовательском режиме. Это мощная научная установка. Ну и как побочный эффект, она синтезирует 98% трубок в мире».
Секретные материалы
В помещении, где стоит Graphetron 1.0, строжайше запрещено фотографировать. «Даже у меня нет селфи рядом с реактором, — смеется Коропачинский. — Мало того, на Graphetron нельзя даже посмотреть — когда я захожу в помещение, он занавешен черной материей, как камень в Каабе. Исключение не делается даже для университетского друга. Такой секретности я не видел даже на военных заводах». Поэтому логичен вопрос, как OCSiAl собирается защищать свои технологии. «У OCSiAl зонтичный патент», — говорит Юрий. Когда у изобретения нет принципиальной особенности, то пытаются выдумать странную конструкцию, запатентовав, например, режим синтеза или катализатор. Любой такой патент обязательно будет обойден — невозможно по ста параметрам все закрыть. Классический пример: в СССР были изобретены суда на воздушной подушке, и в патенте были указаны углы атаки. Тут же вышел английский патент, в котором были запатентованы все остальные углы атаки. «Знаете, как звучит патент швейной машинки «Зингер», который никогда не был обойден? — смеется Коропачинский. — «Иголка с ушком спереди». Все. Нельзя сделать швейную машинку без такой иголки. Вот у нас такой патент. Если грубо, то он звучит так: «Любым мыслимым и немыслимым способом создаешь истинную наночастицу, которая летит в потоке любого углеводородного газа в любых режимах и на ней растет одностенная трубка». Если да, то наш патент, если нет, то нет. Это значит, что мы можем не раскрывать ничего: ни катализаторы, ни способ изготовления, ни режимы». «А кто придумал патент?» — спрашиваю я. «Конечно, Предтеченский, — я заражаюсь смехом Коропачинского, — а кто еще на планете мог придумать такой патент?!».