Казанские ученые разработали новый материал для разделения нанотрубок

Адресная доставка лекарств, автомобилестроение и даже создание тонких, но надежных электрических проводов – все это отрасли, где использование углеродных нанотрубок открывает новые возможности. Однако до недавнего времени существовала большая проблема – высокая коммерческая стоимость продукта. О том, как ученые из КФУ смогли снизить этот показатель – наш сюжет.

Прочность, изгиб, легкость, электропроводимость – все это про углеродные нанотрубки, которые по праву можно назвать материалом будущего. Всего 0,1 % нанотрубок , добавленных в другой материал, позволяет существенно изменить свойства последнего.

Впервые эта новая аллотропная форма углеродных соединений была открыта в 1991-м году. Глобально принято делить все нанотрубки на одностенные и многостенные. По своей структуре одностенные напоминают лист бумаги, свернутый в трубочку, а многостенные похожи на несколько таких листов, вложенных друг в друга. При этом между собой стенки химически не связаны. Наибольший интерес для исследования представляют собой одностенные углеродные трубки.

Айрат ДИМИЕВКандидат химических наук, руководитель лаборатории «Перспективные углеродные наноматериалы» Химического института имени Бутлерова КФУ :

-  Область нашей работы касается одностенных трубок. И вот среди одностенных, трубок тоже великое множество. И поскольку атомы соединены у них под разными углами сворачивания графеновой плосткости, они обладают разной структурой, и, как следствие, совершенно разными физическими свойствами. В частности они обладают разной электрической проводимостью, разными оптическими свойствами. То есть, они могут поглощать видимый свет при разной длине волны и обладают различной фотолюминесценцией. То есть они могут испускать свет при разной длине волны.

Именно электрические свойства одностенных углеродных нанотрубок позволяют дальше делить их на металлические и полупроводниковые.

- Металлический тип точно такой же, как например, в металлических проводах. По ним электроны текут совершенно свободно, не встречая никакого сопротивления. А полупроводники, на которых основаны все транзисторы, обладают так называемой запрещенной зоной. Так вот эти нанотрубки, которые полупроводниковые, обладают этой запрещенной зоной. Она у всех разная, соответственно, они обладают разной проводимостью, но мы их все можем отнести к полупроводниковому типу.

Соответственно оба этих типа могут быть использованы в современных технологических решениях. Правда, в абсолютно разных областях. Если металлический тип в ближайшем будущем может заменить собой алюминий и медь в обычных проводах, то полупроводниковый поможет в медицине. Например, способность к фотолюминесценции позволит применять их для тераностики – ранней диагностики заболеваний и адресной доставке лекарств.

Так почему же такой универсальный материал как углеродные нанотрубки пока не сыскал достаточной популярности, ведь его по праву можно назвать «философским камнем» 21 века? Все дело в банальной экономике – до недавнего времени стоимость производства углеродных нанотрубок была слишком высокой.

- Вплоть до недавнего времени нанотрубки даже неразделенные производились в очень небольших количествах и их стоимость не позволяла их использовать в промышленности.

Однако ученые из Новосибирска смогли решить эту проблему и поставить производство на поток, но даже с большим объемом производства не уходит следующая проблема. В процессе производства вместе получаются как полупроводниковые, так и металлические нанотрубки, которые необходимо сепарировать.

- Поскольку этот вопрос разделения нанотрубок важный, то этим начали заниматься чуть ли не с самого первого дня с момента их открытия. То есть в 1991-м их открыли, а буквально через несколько лет начали появляться первые статьи о том, как эти нанотрубки можно поделить.

 

Долгое время для разделения нанотрубок применялся гель полисахаридов, который до этого успешно применялся для разделения белков. Однако ввиду высокой стоимости, этот метод тоже нельзя было назвать слишком успешным для промышленного производства. Ученые Казанского университета смогли разработать новый сорбирующий материал, который позволит уже в ближайщем будущем заменить дорогостоящий гель и существенно снизать коммерческую стоимость разделенных углеродных нанотрубок.

- Мы разработали совершенно новый материал, который можно использовать в колоночной хроматографии для того, чтобы эффективно разделять углеродные нанотрубки без использования гелеобразных полисахаридов. И стоимость нашего материала будет, как минимум в 10 раз, а может и в 50 более низкой, чем использование полисахаридов.

Получится ли новому веществу выйти за пределы лаборатории и активно применятся для разделения нанотрубок покажет время.