Золотая Формула в Красноярске

Что такое УСВР?

Как известно, углерод является самым распространённым элементом на Земле. Различия между углем, УСВР и алмазом (всё это - один и тот же химический элемент - углерод) определяются их принципиально различной внутренней структурой. Перестраивая внутреннюю структуру, из одной модификации углерода можно получить другую. Если мы к частице графита применим давление в 80 тысяч атмосфер и нагреем её до температуры в 1600 °С, то атомы углерода перестроятся из графитовой гексагональной плоскостной структуры в кубическую алмазную, т.е. мы получим настоящий алмаз. И наоборот, если мы нагреем в вакууме алмаз до температуры 1600 °С, то он превратится в кусочек обыкновенного графита.
УСВР по своим свойствам так же резко отличается от графита, как графит - от алмаза. Суть открытия академика РАЕН В.И.Петрика - получение углерода с принципиально новой внутренней структурой. Международной ассоциацией авторов научных открытий на основании результатов научной экспертизы заявки на открытие № А-191 от 3 января 2001 года подтверждено установление научного открытия "Явление образования наноструктурных углеродных комплексов".
Метод получения УСВР из слоистых углеродных соединений
Приставка "нано…" обозначает размер порядка 10-9 метра. Углеродный нанослой - это слой, толщина которого составляет около 10-9 метра. Такой атомарный углеродный слой называют графеном.
Строение графита очень похоже на хорошо известный нам предмет, а именно - на обыкновенную настольную книгу, только страницами в случае графита являются графены. Атомы углерода в графенах расположены в виде шестиугольников (гексагоналов), поэтому и говорят, что графены имеют гексагональную структуру. Связи между графенами - слабые (когда мы пишем карандашом, то разрываем эти связи), их называют ван-дер-ваальсовыми связями. Связи между атомами в гексагоналах - сильные. Физики долгое время не верили, что В.И.Петрику удалось разорвать межатомарные (или, как их называют, ковалентные) связи, т.к. считалось, что они реально могут быть разорваны только в эпицентре ядерного взрыва. В.И.Петриком было синтезировано химическое соединение, способное к взрывообразному разложению. Это соединение способно проникать путем обычного смачивания в межслоевые пространства графита (СУС) и находиться в таком состоянии сколь угодно долго, никак себя не проявляя. Однако, достаточно взорвать некоторое критическое количество молекул этого соединения, и начнется настоящая цепная реакция. Запустить такую реакцию автокаталитического распада соединения можно, например, механическим воздействием, т.е. простым ударом, химическим воздействием, нагреванием до 150-200 °С, даже направленным мощным звуком. И при каждом взрыве заложенной молекулы от общей массы графита (СУС) отделяется один атомарный углеродный слой - графен.
Выглядит фантастически, когда в результате неуправляемой (!) холодной (!) цепной реакции происходит радикальная деструкция СУС, и объем СУС (графита) увеличивается в 500 раз.
Кусок графита превращается в легчайший черный пух, содержащий до 20% наноструктур. Наноструктуры, содержащиеся в УСВР - это не только графены, но и нанотрубки, ветвящиеся нанотрубки, нанокольца, нанофракталы. Представим себе, что мы оторвали от книги страницу и оставили ее в сухом месте. Спустя некоторое время высыхающая страница свернется в наиболее энергетически удобную для нее форму - форму трубки. Точно то же самое происходит и с графеном, отделенным от общей графитовой структуры - он сворачивается в нанотрубку. Взрывы молекул химического соединения разрывают не только ван-дер-вальсовы связи между графенами (в результате чего графит "распушается", увеличиваясь в 500 раз в объеме), но они также частично разрывают ковалентные связи между атомами углерода в самих графенах, в результате чего в массе УСВР образуется огромное количество свободных радикалов - ненасыщенных атомарных связей.
Фуллерены и наноструктуры УСВР
В 1985 году американские ученые под руководством Р.Смолли в спектрах паров углерода обнаружили четкие пики, соответствующие кластерам, состоящим из 60 атомов углерода. Дальнейшие исследования показали, что эти кластеры в действительности являются индивидуальными молекулами. Эти молекулы были названы фуллеренами в честь американского архитектора Ричарда Фуллера, впервые построившего геодезический купол, состоящий из шести- и пятиугольников. Открытие новой формы углерода было удостоено Нобелевской премии, а удивительные химические и физические свойства фуллеренов вызвали не стихающий и по сегодняшний день "фуллереновый бум".
Похоже на мистику, но факт: великий Леонардо да Винчи нарисовал для книги Луки Пачоли "О совершенстве мира", изданной в начале XVI века, совершенную молекулу, состоящую из 60 атомов и представляющую собой усеченный икосаэдр. Именно такой мы видим сегодня молекулу фуллерена - один к одному, имеет место полное соответствие (метрический инвариант) точек двух множеств. Предвидение длиной в 500 лет!
Углеродные наноструктуры были открыты в процессе изучения свойств фуллеренов. Спустя шесть лет после открытия фуллеренов японский ученый Иджима, исследуя осадки, образующиеся на катоде при испарении углерода в электрической дуге, обнаружил новые углеродные каркасные формы - нанотрубки. Открытие было настолько значимым, что Иджима до сих пор остается одним из наиболее цитируемых специалистов в области физики материалов.
Фактически следует считать, что именно это открытие является началом открытия наномира, предсказанного великим американским ученым Ричардом Фейнманом. 30 лет назад в своей речи Р.Фейнман предсказал существование наномира, в котором многие физические и химические процессы протекают не по тем законам, которые нам так хорошо известны. Свою речь он закончил изящным призывом к изучению этого мира: "Господа, там внизу очень много места!". До сих пор нанотрубки получали так же, как их получил Иджима: конденсация паров углерода при дуговом или лазерном испарении в присутствии катализатора приводит к образованию каркасных углеродных структур, свернутых в один или несколько углеродных слоев.
В зависимости от чистоты, нанотрубки, полученные этим или другими известными методами, стоят от $300 до $1000 за грамм.
Обладая уникальными электрическими, химическими и механическими свойствами, нанотрубки создали целые направления в материаловедении, наноэлектронике, прикладной химии. В научной литературе приводятся наглядные примеры некоторых экзотических свойств нанотрубок. Например, нанотрубка в 50-100 тысяч раз тоньше человеческого волоса, и при этом, как показывают расчеты, канат из нанотрубок, протянутый от Земли до Луны, мог бы обеспечить прочностные характеристики для того, чтобы его использовать в качестве кабеля пассажирского лифта. А кабель от Земли до Луны из одиночной нанотрубки можно намотать на маковое зернышко! Однако при вышеуказанной стоимости нанотрубок, возможность, скажем, производства бронежилетов весом в десяток грамм, кажется бесперспективной. Именно поэтому такое значение имеет описанный выше принципиальной новый способ производства наноуглеродных структур.
Основные физико-химические свойства УСВР
УСВР химически инертен, электропроводен, гидрофобен (краевой угол смачивания более 90 градусов), устойчив к агрессивным средам, экологически чист.
Содержание углерода не менее 99,4%, насыпная плотность - 0,01-0,001 г/куб.см (в зависимости от способа изготовления).
Удельная поверхность - 2000 кв.м на 1 г.
Диапазон рабочих температур: от -60 °С до +3000 °С.
Возврат присоединенного вещества - до 98%.