Горячее Солнца, дешевле обогревателя: пермский «попкорн» из графита покоряет индустрию

Российские ученые совершили прорыв в области создания терморасширенного графита — уникального материала, который используется для уплотнителей труб, огнезащитных покрытий и сбора нефти. Как сообщает Наука Mail, сотрудники Пермского национального исследовательского политехнического университета разработали технологию, позволяющую получать «вспененный» графит с эффективностью 95% и минимальными энергозатратами. Секрет — в плазменном «стволе» с температурой 10 тысяч градусов, который нагревает частицы равномерно, не сжигая их.

Принцип получения терморасширенного графита напоминает приготовление попкорна. При резком нагреве частицы графита раздуваются, многократно увеличиваясь в объеме, и приобретают пористую структуру. Такой материал весит в разы меньше обычного, но при этом отлично изолирует тепло и впитывает жидкости.

До недавнего времени существовало два основных способа производства. Первый — печной нагрев, при котором внешние слои сырья сгорали, а внутренние оставались недообработанными. Второй — обработка в плазменной струе, где 98% энергии уходило впустую, а частицы не успевали полностью расшириться. Оба метода страдали низкой эффективностью и большими потерями.

Ученые Пермского Политеха предложили принципиально иной подход. Вместо обработки в плазменном «факеле» они создали установку, которая прогоняет графитовые частицы сквозь плазменный «ствол». Температура внутри достигает 10 тысяч градусов Цельсия — это вдвое горячее поверхности Солнца.

Возникает закономерный вопрос: почему графит не сгорает при такой чудовищной температуре? Разгадка кроется в скорости и равномерности нагрева. Частицы пролетают через разогретый поток плазмы очень быстро — успевая расшириться, но не успевая разрушиться. Дополнительную защиту обеспечивает аргон. Этот инертный газ не вступает в реакции и предотвращает выгорание материала.

Равномерность нагрева стала главным достижением разработки. В старых методах частицы грелись неравномерно, из-за чего брак достигал критических значений. Новая установка прогревает каждую частицу одинаково, что позволило добиться выхода готового продукта на уровне 95%.

В ходе эксперимента через плазменную горелку подали ток силой 200 ампер и начали подавать графит со скоростью 11 километров в час. Результат превзошел ожидания: полученный материал весил всего 1–1,8 грамма — в 2,5–10 раз легче, чем при обработке в обычной плазменной струе.

Но главное достижение — энергоэффективность. Новая технология потребляет всего 1,6 киловатт-часа на килограмм продукта. Это сравнимо с работой обычного бытового обогревателя в течение часа. При этом качество материала остается стабильно высоким.

Чем же терморасширенный графит лучше других углеродных материалов, включая знаменитый графен? Как поясняют разработчики, ТРГ уникален сочетанием свойств. Он термостоек, химически устойчив к агрессивным средам и при этом эластичен при сжатии. Это позволяет использовать его там, где другие материалы разрушаются. Кроме того, сырье для производства доступно, а сам материал обходится значительно дешевле синтетических наноматериалов.

Авторы метода уже запатентовали свою разработку. Сейчас ученые прорабатывают возможности промышленного внедрения технологии совместно с пермской компанией «Силур», которая специализируется на производстве уплотнений из терморасширенного графита. В планах — создание серийного образца установки, которая сможет обеспечивать промышленные объемы производства.

Для промышленности это означает появление надежного и недорогого способа получения материала, критически важного для нефтегазового сектора, энергетики и многих других отраслей. Там, где нужна защита от высоких температур, агрессивных сред и утечек, терморасширенный графит становится незаменимым. А благодаря пермским ученым его производство перестает быть энергозатратной авантюрой.

Ранее сообщалось, что ученые из Подмосковья нашли жука, который спасет мир от пластика.