Российские ученые улучшают свойства бетонов с помощью импортозамещающих МУНТ

Нанотрубки в составе бетонов помогают затормозить образование трещин. Институт катализа СО РАН Москва, 8 апр - ИА Neftegaz.RU. Ученые ФИЦ Институт катализа СО РАН при поддержке Российского научного фонда и правительства Новосибирской области разрабатывают научные основы для технологии получения бетонов, характеристики которых улучшены за счет добавления углеродных нанотрубок (УНТ).
Об этом сообщила пресс-служба ФИЦ Институт катализа СО РАН.

Для любознательных напомним, что нанотрубка - это топологическая форма наночастиц в виде полого стержня наноразмера.
УНТ - это обширный класс разнообразных цилиндрических наночастиц, которые образованы упорядоченно расположенными атомами углерода и вдоль оси имеют внутреннюю полость.
Атомы углерода образуют в стенках нанотрубок сетки из шестиугольников.
В углеродных нанотрубках сетки свернуты в цилиндры, рулоны или конусы.

Проект по импортозамещению самих наноматериалов разработается совместно с Новосибирским государственным университетом (НГУ).
В планах производить в объеме десятков т/год с использованием технологии ИК СО РАН.

Специалисты Института совместно с НГУ в рамках работ по дорожной карте развития высокотехнологичного направления Технологии новых материалов и веществ разрабатывают способ промышленного производства МУНТ, на основе которого планируется создать малотоннажную установку.

Причем тут бетон?

Бетон по структуре - композитный материал, который состоит из щебня, песка, цемента и воды.
Многостенные УНТ создают в его структуре дополнительные центры кристаллизации гидросиликатов кальция.
Это происходит за счет чего уменьшаются размеры кристаллитов и пор в структуре бетона и увеличивается его механическая прочность.
Микрокристаллическая структура тормозит образование трещин.
Области применения такого бетона - гидротехнические сооружения, дорожное строительство, облицовочные покрытия и др.

Суть технологии

Специалисты Института катализа СО РАН решили использовать для улучшения бетонов многостенные углеродные нанотрубки (МУНТ), которые производятся по технологии, ориентированной на промышленный уровень.
Многостенные углеродные нанотрубки состоят из нескольких графеновых слоев, обернутых друг вокруг друга.
В случае одностенных УНТ на каждом из атомов углерода находится пара электронов, не участвующих в образовании связи и формирующих сопряжённое электронное облако по всей длине УНТ.

Этапы работы:

• синтезировать углеродные наноматериалы;
• подготовить их суспензии;
• исследовать влияющие на прочность характеристики:
• отношение длины к диаметру и функциональный состав поверхности МУНТ,
• концентрацию и ее влияние на стабильность суспензий
• далее проведут скрининг и протестируют суспензии на разных марках бетонов.
  

После отбора наиболее эффективные составы передадут промышленным партнерам для определения, чтобы те определили возможность их масштабирования.

Важный аспект проекта - импортозамещение самих нанотрубок.

Тезисы руководителя исследования, старшего научного сотрудника отдела материаловедения и функциональных материалов ИК СО РАН к.х.н. С. Мосеенкова:

• на данный момент необходимо замещать их импорт, т.к. поставки нанотрубок из-за рубежа в промышленных масштабах невозможны из-за введенной санкционной политики;
• отличие нашего проекта, поддержанного РНФ, в том, что для модификации бетонов мы предлагаем использовать нанотрубки, синтезированные по приближенной к промышленному уровню технологии;
• сейчас многие коллективы исследуют МУНТ;
• однако для работ берут материалы, синтезированные либо в лабораториях в очень малых количествах, либо зарубежные, которые достать сейчас практически невозможно;
• мы применяем нанотрубки, производимые нами в килограммовых объемах, и к 20262027 гг. совместно с НГУ планируем разработать промышленную технологию и создать установку, позволяющую синтезировать десятки т/год нанотрубок;
• это позволит реально применять результаты исследований на практике.

Проект опытной технологической линии для производства катализаторов и многостенных углеродных нанотрубок реализуется в рамках дорожной карты развития высокотехнологичного направления Технологии новых материалов и веществ по соглашению между правительством РФ, Московским государственным техническим университетом им. Н.Э. Баумана и Новосибирским государственным университетом.

Институт катализа СО РАН:

• разрабатывает технологию каталитического получения нанотрубок путем пиролиза этилена на катализаторах с наноразмерными металлическими частицами - это позволит получать материалы высокой чистоты;
• проработает техническое задание на проектирование производства МУНТ с производительностью до 50-75 т/год.

НГУ для формирования рынка потребления МУНТ в РФ разработает линейку содержащих нанотрубки продуктов, которые можно будет использовать в функциональных и конструкционных композитных материалах.

Ранее специалисты ФИЦ Институт катализа СО РАН разработали способ получения водорода из муравьиной кислоты с помощью модифицированных азотом углеродных наноматериалов.
Новый способ позволит:

• рекордно повысить скорость реакции в 5 раз;
• добиться практически полной селективности по водороду - 99.4%.