Перейти на стартовую страницу
2019-05-20 10:03:00 /РИА "Сибирь" /Красноярск
Красноярские, московские и петербургские ученые создали "умные" керамические фильтры



Учёные Сибирского федерального университета в составе российского научного коллектива создали нанокомпозитный материал, который улучшит свойства мембран из электропроводной керамики и электрохимических датчиков. Такие мембраны смогут выборочно выделять и пропускать одни ионы и "отвергать" другие, сообщается на сайте СФУ.

Электропроводящая керамика широко используется для создания мембран, незаменимых в пищевой и химической промышленности, в полиграфии и при производстве текстиля, энергетике и многих других отраслях, где есть необходимость очистки, разделения жидкостей и водоподготовки. Такие мембраны рассчитаны на контакт с различными химическими веществами и могут использоваться при повышенных температурах и высоком давлении, а также для сохранения высокой чистоты процесса.

"Коллективом московских, петербургских и красноярских ученых предложен новый тип керамических мембран с ионной селективностью на основе нафена, покрытых слоем углерода. Регулируя время осаждения, мы научились управлять пористостью мембран, то есть формировать поры нужного размера для выделения нужных ионов... Кроме того, мы показали, что в порах керамических мембран на поверхности углерода есть функциональные группы, которые и определяют механизм ионоселективности мембраны", - сообщил доцент кафедры композиционных материалов и физикохимии металлургических процессов СФУ Михаил Симунин.

В своей разработке учёные применили технологию покрытия фильтрующих мембран, изготовленных из нановолокон оксида алюминия, покрытых углеродом. "В этом композите нановолокна оксида алюминия задают текстуру, морфологию и каркас для мембраны, а углерод даёт проводимость этой пористой структуре. Мы разработали технологию, при которой углерод оседает не в поры мембраны, заглушая её, а на её поверхность", - пояснил Михаил Симунин.

Особенности новой технологи. В качестве основы мембраны исследователи взяли нафен, который был впервые получен компанией ANF Technologies (Эстония). Он представляет собой пучок, состоящий из множества нановолокон оксида алюминия. Отдельное волокно имеет диаметр 10-15 нанометров, а его длина может составлять до нескольких сантиметров.

Для изготовления мембраны нановолокна отделяют друг от друга, помещают в воду, осуществляют перемешивание с использованием магнитной мешалки и ультразвукового воздействия. Затем полученную субстанцию фильтруют через подложку с крупными порами, добиваясь хаотичного укладывания волокон нафена, полученная структура подвергается тепловому воздействию для придания механической прочности.

Следующим важным шагом для придания мембране проводящих свойств является нанесение углеродного слоя. В специальной печи производится химическое осаждение из газовой фазы при помощи паров спирта и инертного газа. После ряда химических реакций образуется углерод, который «садится» на поверхность мембраны. Результатом этих манипуляций становится способность мембраны проводить электрический ток.

Учёный отметил, что на поверхность нановолокон углерод оседает в виде графита, а далее уже на графит наносится слабоупорядоченный углерод в соответствии с температурой осаждения.

"Тонкие слои углерода на оксиде алюминия формируются с более совершенной структурой, чем толстые слои. Этот вывод открывает новые перспективы не только в композитных материалах, но и в наноэлектронике графеновых структур", - сказал Михаил Симунин.

Помимо учёных СФУ в работе приняли участие исследователи Санкт-Петербургского государственного университета, Национального исследовательского университета "Московский институт электронной техники", Института вычислительного моделирования Красноярского научного центра СО РАН, а также Института химии и химической технологии СО РАН. Результаты исследования опубликованы в журнале Thermochimica Acta.