09.05.2022

Уфимские ученые разрабатывают уникальные наноматериалы на основе графена

Proural продолжает серию материалов о молодежных лабораториях Уфы. В октябре 2021 года на базе Института проблем сверхпластичности металлов РАН была создана лаборатория физики и механики углеродных наноматериалов. Ею руководит доктор физико-математических наук, самый молодой профессор РАН Юлия Баимова.

— Наша лаборатория занимается моделированием, поэтому главным инструментом для нас является компьютер. В последние 10 лет многие исследователи по всему миру — и экспериментаторы, и теоретик — стали пробовать добавлять в металлический материал укрепляющие графеновые структуры. И оказалось, что прочность материала может вырасти в несколько раз. Мы же зашли с другой стороны. Мы решили взять углеродный материал и заполнить его атомами металла. При этом последние поменяют тепло- и электропроводность, то есть мы сможем получить материал с абсолютно новыми свойствами, — рассказала заведующая лабораторией.

Такие композиты будут очень прочными и пластичными, их можно будет использовать для обшивки, оболочек, создания покрытий или каких-либо деталей. Количество металлов можно менять, в зависимости от этого можно будет получить более или менее прочный материал, нужно лишь найти баланс. Сейчас молодые ученые используют медь и никель, в будущем планируют добавлять алюминий и титан.

— Второе направление — водородная энергетика, это когда водород используется в качестве топлива. Но здесь есть много проблем. Топливо взрывоопасно, и, более того, практически нет таких емкостей, в которые можно было бы водород положить, перенести его и потом использовать. Либо они дорогостоящие, либо опасные, либо их трудно производить. Мы считаем, что «мешком» для хранения водорода может стать углеродная структура, потому что углерод с водородом очень хорошо взаимодействуют, это невзрывоопасно. Вопрос только в том, как это сделать, — отметила Юлия Баимова.

После того как в 2004 году был открыт графен — супертонкий, суперлегкий материал, состоящий из одного слоя атомов водорода, — уфимские исследователи стали заниматься и им. Это очень прочный проводящий материал, который может применяться в водородной энергетике.

— Графен — это углерод, он хорошо взаимодействует с водородом. Мы подумали, что можно взять лист графена, провести его наводороживание и таким образом транспортировать водород. Но оказалось, что водорода на нем помещается очень мало: каждый атом углерода может прицепить только один атом водорода. И мы придумали другой материал: скомканный графен. У него много пор, в которые водород можно «положить», а потом графеновыми кусочками закрыть все выходы. То есть сделать графеновый «мешочек», туда закачать водород, и это будет безопасно, — сказала исследователь.

В настоящее время молодые ученые думают над тем, как поместить водород внутрь этой структуры. Как только они поймут, как это сделать, они обратятся к экспериментаторам, чтобы проверить свои расчеты.

Юлия Баимова рассказала и о сотрудниках лаборатории, половина которых — магистранты. Несмотря на юный возраст, у них немало наград. Например, Полина Полякова в этом году выиграла стипендию фонда Владимира Потанина. Лилия Сафина в прошлом году стала обладательницей золотой медали РАН. Кроме того, все студенты являются стипендиатами главы РБ или президента РФ.

— В нашей лаборатории 13 человек, и в основном это женская команда. Я очень люблю в работе аккуратность, тщательность, поэтому и специалистов себе подбираю таких. Среди моих коллег всего двое мужчин, и один из них — программист, отвечающий за суперкомпьютер и программное обеспечение, — добавила Юлия.

Наш корреспондент пообщался и с другими исследователями. Так, младший научный сотрудник Нелли Юсупова занимается инварами. Со своей работой она участвовала в битве ученых Sciense Slam.

— Я занимаюсь железоникелевым сплавом, который обладает низким значением теплового коэффициента линейного расширения, то есть в диапазоне температуры от 0 °C до 100 °C не меняет своих размеров. Он применяется в приборостроении, лазерных установках, микроэлектронике. В лаборатории мы занимаемся наноструктурированием этого сплава и наблюдаем за его поведением, — рассказала девушка.

Научный сотрудник Лейсан Галиахметова занимается алмазоподобными фазами, которые похожи на алмаз, но с другой структурой и другими свойствами.

Стажер-исследователь Нэркэс Апкадирова, как и заведующая лабораторией, изучает наводороживание графена.

— Скомканный графен может быть полезен в водородной энергетике. Мы смотрим, при какой температуре, давлении и плотности мы сможем хранить в нем водород, — сказала она.

— Мы стараемся быть в ключе нашего Института, потому что он занимается сверхпластичностью металлов и разрабатывает деформационные методы обработки изменения свойств, и мы стараемся опираться на эти методы. Если говорить об академии наук, то она занимается механикой, то есть мы должны работать и в этой области. Только мы применяем методы ученых к другим структурам, — добавила Юлия Баимова.

Ранее Proural публиковал материал о лаборатории новых материалов для электрохимической энергетики.