Фуллерены еще называют букиболами. В обоих случаях это отсылка к имени американского инженера, архитектора и философа Бакминстера Фуллера, строившего сложные геодезические сооружения, напоминающие по своей структуре составные части молекулы данного вещества.
Это одна из модификаций углерода, молекула которого, как известно, может принимать несколько различных форм – от совершенно плоского графена, из которого делают нанотрубки, до драгоценного алмаза, составные элементы которого имеют кубическую структуру.
Фуллереновые смеси, если их рассматривать как отдельный продукт, представляют собой черный кристаллический порошок
Кристаллическая решетка фуллерена делает это изобилие еще более разнообразным – она представляет собой выпуклый замкнутый многогранник, напоминающий футбольный мяч. В природе данная форма образуется только при воздействии на углерод высоких энергий, что происходит довольно редко (например, при ударах молний и падении метеоритов). Поэтому ученые предпочитают синтезировать их в лабораторных условиях.
За открытие фуллеренов ученые из США и Великобритании Роберт Керл, Харольд Крото и Ричард Смолли получили в 1996 году Нобелевскую премию по химии. Долгое время практического применения этим веществам не было, однако в последние годы такие решения стали появляться. Вариантов много – от медицины до производства искусственных алмазов.
Каждый раз решаются свои задачи, но в целом можно говорить об общем подходе: благодаря фуллеренам существенно улучшаются свойства веществ, в которые их добавляют (прочность, устойчивость к внешним воздействиям, например ультрафиолету и т.д.). Первой отечественной организацией, наладившей промышленный выпуск фуллереновых смесей для их последующего включения в конечную продукцию, стала «дочка» госкорпорации «Росатом» – компания «С-Плюс».
«Наша история началась с создания в Москве большой лаборатории, нацеленной на обеспечение фуллеренового производства. Уже в процессе работы мы поняли, что фуллерены сами по себе не пользуются значительным спросом, что сподвигло нас к разработке собственных технологий по их введению в состав полимеров и горюче-смазочных материалов. Для этого нам потребовалось создать новую лабораторию полимеров, которая затем трансформировалась в полноценное производство. Я хотел бы отметить, что при создании базовой технологии мы рассчитывали исключительно на свои силы, опираясь на собственную инфраструктуру и помощь входящего в «Росатом» «НИИграфит», – говорит Александр Петухов, директор по производству «С-Плюс».
Фуллереновые смеси, если их рассматривать как отдельный продукт, представляют собой черный кристаллический порошок, содержащий в себе индивидуальные и высшие фуллерены, получаемые методом хроматографического разделения с использованием специальных сорбентов. Именно данный метод позволяет специалистам эффективно отделить различные молекулы фуллеренов друг от друга. Чистота смесей, которые получаются подобным способом, может варьироваться и на практике зависит от требований конкретного заказчика. Затем смеси для их последующего введения в материалы проходят функционализацию при помощи специальных маслогрупп и растворителей, после чего готовый продукт уже можно добавлять в состав полимерной матрицы на стадии синтеза конечного материала.
У «С-Плюс» есть завод в Пензе, который с использованием фуллереновых смесей производит различные эластомерные продукты улучшенных свойств – их срок службы на 30–40 больше, чем у обыкновенных аналогов. Например, это изделия для футеровки (защиты промышленного оборудования), сита для грохотов горно-обогатительных комбинатов, транспортерные ролики для конвейеров и подшипники, которые востребованы почти повсеместно.
Своим названием фуллерены обязаны сложным сооружениям архитектора Бакминстера Фуллера
Но возможностей у фуллереновых смесей намного больше, считают в компании. Они могут, например, значительно улучшить качество моторных масел, производители которых в первую очередь стремятся замедлить окисление смазки и внутренних поверхностей двигателя. Это не означает, что автолюбитель сможет в разы удлинить промежуток времени между заменой масла.
Полезный эффект будет заключаться в снижении деструкции смазки, которая неизбежно усиливается по мере ее использования, путем передачи ей антиокислительных свойств фуллеренов. Таким образом, углерод блокирует вредное воздействие картерных газов, что позволяет жидкости сохранять свои свойства на всем сроке эксплуатации. Таким образом, благодаря применению модифицированных фуллеренами моторных масел можно значительно увеличить общий срок эксплуатации двигателей.
А еще фуллерены помогут экономить топливо. «Качество наших перспективных составов для улучшения моторных масел я уже успел проверить, что называется, на себе, залив специализированную фуллереновую смесь в свой автомобиль Infiniti M37. За короткое время расход топлива при той же интенсивности езды у меня упал с 19 до 16 л, а двигатель стал работать тише и теперь легче заводится при низких температурах», – отметил Александр Петухов.
Работа над продуктом продолжается, но компания рассчитывает вскоре вывести его на рынок. Опробовать достижения большой науки на себе любой автолюбитель сможет сам – добавить фуллереновую смесь в масло можно будет, не прибегая к услугам автосервисов. Эффект от использования добавки станет заметен уже через 500 км пробега.
Завод в городе Заречном Пензенской области, где делают фуллереновые смеси
Наконец, фуллерены планируется широко применять в строительной сфере, где они могут выполнять функции модификаторов эпоксидных смол, входящих в состав композитной арматуры, что повышает ее прочность на 15–20. Эти результаты были получены в ходе прошлогодних испытаний, что стало еще одним доказательством универсальности применения «волшебных мячей».
В компании «С-Плюс» верят в будущее фуллеренов, которые способны изменить к лучшему сразу несколько сфер жизни, облегчая работу на производстве, разгружая моторы наших машин и укрепляя дома, в которых мы живем. Но какие еще возможности таят в себе эти новые вещества, которые мы пока только учимся использовать себе на пользу? Об этом – в будущих номерах «Нефтехимии РФ».
Существует два наиболее распространенных вида фуллеренов: молекула первого из них состоит из 60 атомов углерода и похожа на мяч для европейского футбола. Второй, менее распространенный вариант под обозначением С70 обладает дополнительным поясом из 10 атомов углерода, что удлиняет его структуру, – в результате также получается что-то вроде мяча, но уже для футбола американского.
Александр Буланов
