Новый способ создания водной дисперсии углеродных нанотрубок, позволяющий повысить их концентрацию и при этом избежать вязкости полученной суспензии, изобрели и запатентовали ученые Центра НТИ по новым функциональным материалам (ЦНФМ) Новосибирского государственного университета. Водные дисперсии с содержанием нанотрубок применяют в производстве литиевых батареек и аккумуляторов, а также антистатических и антикоррозионных покрытий. Возможность повысить концентрацию нанотрубок в их составе увеличит их эффективность и будет логистически выгодна для производителей.

— Углеродные нанотрубки (УНТ) имеют уникальное аспектное отношение диаметра к длине, которое достигает от 3 до 6 порядков. Именно этот эффект позволяет им образовывать непрерывную сеть при введении в конечные матрицы даже в очень низких концентрациях. Эта сеть может придавать материалам электропроводящие и упрочняющие свойства, поскольку нанотрубки являются электрическими проводниками, и при этом обладают очень высокой прочностью – они прочнее стали. Когда мы расщепляем агломераты нанотрубок, растет поверхность раздела фаз и повышается вязкость суспензии. И получается, чем лучше мы расщепили их, тем больше увеличилась вязкость. Необходимо максимально расщепить агломераты нанотрубок, но в этом нас ограничивает резко растущая вязкость получаемой суспензии, которая порой даже переходит в состояние геля. Высокая вязкость в свою очередь мешает эффективному диспергированию УНТ и технологичному вводу в конечные материалы. Но нам удалось найти способ снизить вязкость дисперсии углеродных нанотрубок, увеличив при этом их концентрацию, — объяснил старший научный сотрудник Центра НТИ по новым функциональным материалам (ЦНФМ) НГУ Сергей Чупин.

Традиционно нанотрубки разделяют с помощью ультразвука. Но ультразвук плохо работает в густых средах. Новое изобретение НГУ снимает это ограничение: теперь ультразвук может эффективно работать даже с высококонцентрированными смесями. Это также решает проблему логистики: перевозить концентрированную жидкую добавку гораздо дешевле и безопаснее, чем возить большие объемы разбавленных или легковоспламеняющихся жидкостей.

— Мы нашли идеальный «рецепт»: использовали сочетание хорошо известных и подробно описанных в литературе дисперсантов для расщепления агломератов углеродных нанотрубок — например, полимерные, блоксополимерные и анионные. Новизна нашего способа заключается не в использовании этих компонентов, а синергичном сочетании химических агентов, позволяющих эффективно разделять нанотрубки без значительного повышения вязкости получаемой суспензии, а в некоторых случаях даже со снижением этого показателя. С применением нашего способа появляется возможность загружать гораздо большие концентрации нанотрубок в суспензию, а соответственно, и в готовый состав, что положительно влияет на логистику готовой продукции. Наше изобретение позволяет достигать больших концентраций, сохраняя при этом низкую вязкость, — пояснил ученый.

Работа над изобретением осуществлялась при финансовой поддержке Фонда НТИ. Как отмечают сами разработчики, технология готова к внедрению. Она предложена в первую очередь российским производителям аккумуляторов и функциональных покрытий, которые хотят не просто догнать мировых лидеров, а выйти вперед, создавая более качественные материалы при меньших затратах.