Автор фото: Мария Ромакина
На фотографии – гендиректор компании «Русграфен» Максим Рыбин рядом с установкой Graphene Submarine, которая позволяет в автоматическом режиме синтезировать CVD-графен. Это высококачественная графеновая пленка толщиной в один атом углерода, получаемая методом химического газофазного осаждения (от англ. CVD - chemical vapor deposition). Именно такой чистый монослойный графен применяют для создания нового поколения электронных и биомедицинских устройств: гибких и прозрачных электродов, мембран и сенсоров, логических элементов и ячеек памяти, оптоэлектронных устройств и нелинейных оптических элементов для лазеров.
Эта фотография – одна из иллюстраций статьи «Продавцы графена», опубликованной в онлайн-журнале об инновациях «Стимул». В ней Максим Рыбин рассказывает о гонке графеновых технологий в странах Востока и Запада и состоянии дел в России, о возникновении, развитии и траекториях компании «Русграфен».
Статья начинается так:
— Если смотреть на цикл зрелости технологий, хайп-цикл Гартнера, то в передовых странах Востока и Запада графеновые технологии уже преодолели «дно разочарований» и постепенно поднимаются по «склону просвещения». В России мы едва ли почувствуем «пик завышенных ожиданий» и в идеале можем сразу выйти на «плато продуктивности», — говорит гендиректор компании «Русграфен», старший научный сотрудник Института общей физики РАН Максим Рыбин.
С 2013 года в Европе действует инновационная программа Graphene Flagship с десятилетним бюджетом в миллиард евро. Под эгидой Graphene Flagship 142 организации из 23 стран занимаются исследованием и внедрением графена в различные сферы медицины, энергетики, электроники и материаловедения. Компании из США — Angstron Materials, XG Sciens, AzTrong и др. — синтезируют сотни тонн графеновых материалов в год, в основном для производителей аккумуляторов и композитных материалов. Графеновой тематикой заняты R&D-центры IBM, SanDisk, Ford и Boeing. Активно финансируют графеновые разработки исследовательские центры военно-воздушных и военно-морских сил США. В стране создана Национальная графеновая ассоциация (National Graphene Association), которая включается в себя 20 корпоративных партнеров и более двух тысяч международных членов.
На Востоке графеновые технологии развиваются еще стремительнее. Пятерку основных мировых патентообладателей в сфере графена формируют компании из Китая, Японии и Южной Кореи. В их числе Samsung, инженеры которого модернизировали графеном литий-ионные батареи, повысив емкость на 45% и увеличив скорость зарядки в пять раз. Смартфон с графеновым аккумулятором ожидается на рынке в 2021 году.
Больше всех верят в графен в Китае. В 2013 году создан Инновационный альянс графеновой промышленности Китая (China Innovation Alliance of the Graphene Industry). Сегодня это разветвленная сеть индустриальных парков, крупнейший из которых — Changzhou Graphene Science and Technology Industrial Park — расположен в провинции Цзянсу на базе Jiangnan Graphene Research Institute (JGRI). На площади шесть квадратных километров в парке работают 70 компаний производственной и прикладной направленности. Например, Sixth Element синтезирует 100 тонн графеновых материалов в год для создания композитов, коррозионностойких покрытий и сенсорных панелей. В планах 13-й китайской пятилетки — до конца 2020 запустить порядка десяти графеновых индустриальных парков. Huawei, Xiaomi и другие корпорации активно внедряют графен в свои продукты. Как результат, Китай лидирует по количеству патентов и объемам синтеза: здесь сосредоточено 66% мирового выпуска графенов (следом идут США — 25%). Учитывая, что 80% мировых запасов кристаллического графита, основного сырья для производства графена, находятся в КНР, большие китайские надежды на грядущую «графеновую революцию» вполне объяснимы.
— В России нет государственной программы развития графеновых технологий, а основных производителей графена можно пересчитать по пальцам: «Графенокс» из Черноголовки, «Нанотехцентр» из Тамбова, «Актив-нано» и ПКФ «Альянс» из Питера, «АкКО Лаб», «Граф-СК», «Графсенсорс» и «Русграфен» из Москвы. Мы работаем на базе НИИ и университетов, не конкурируем, а скорее сотрудничаем друг с другом, — говорит Максим Рыбин.
Медная подложка для синтеза CVD-графена перед загрузкой в установку Graphene Submarine. (с) Мария Ромакина
Прочитав статью, вы узнаете:
1. О свойствах графена и методах его получения: «скотч-методе» и CVD-методе.
2. Об истории компании «Русграфен», ее партнерах, продукции и онлайн-магазине наноматериалов «Русграфен.Маркете».
3. О продвижении совместно с компанией «Графенокс» порошков и паст из графеновых частиц, которые используют для упрочнения бетонов, модернизации литий-ионных батарей и создания электропроводящих чернил. Этому посвящена финальная часть статьи:
— Если верить исследованиям маркетологов, в ближайшие двадцать лет мировой рынок гибкой электроники превысит 300 миллиардов долларов, — рассказывает гендиректор компании «Графенокс», старший научный сотрудник Института проблем химической физики РАН Сергей Баскаков. — В миниатюрных и гибких девайсах металлические провода исключены. Их место займут напечатанные на тонких полимерных подложках проводящие чернила. В современных чернилах для создания электропроводимости используют металлические микро- или наночастицы (серебро, медь, никель и другие). Мы заменили их частицами графена, которые имеют ряд преимуществ: они легче и дешевле, обладают гибкостью и эластичностью, не окисляются со временем. Графеновые чернила применимы для печати NFC и RFID-меток, гибких шлейфов и электрических плат. На их основе можно создавать антистатические, экранирующие и нагревательные покрытия практически на любом материале: полимерах, бумаге, тканях.
Графеновые частицы получают из природного графита, который расщепляется физико-химическими методами вплоть до одинарных слоев. Различные методы дают на выходе разный материал: частицы могут отличаться поперечными размерами (от сотен нанометров до десятков микрометров), толщиной (от одного до нескольких графеновых слоев), степенью окисления, наличию дефектов, примесей и т. д. По словам ученых, для каждого приложения нужно проводить специальную НИОКР и синтезировать графеновые частицы целевой модификации. Например, для модернизации электродов литий-ионных батарей в первую очередь нужны тонкие, хорошо проводящие частицы с большой удельной площадью поверхности. Для армирования бетонов толщина и электропроводность графеновых частиц играет меньшую роль, однако они должны быть модифицированы для лучшего сцепления внутри бетонной смеси.
— Сейчас мы сотрудничаем с несколькими технологическими стартапами, — рассказывает Максим Рыбин. — Компания «Фэском», резидент «Сколково», производит системы накопления электроэнергии на базе литий-ионных ячеек с добавками микрочастиц графена для увеличения их удельной емкости, количества циклов заряда/разряда и глубины разряда. Команда разработчиков из Электрогорска трудится над созданием смазочных материалов для велосипедов с применением присадок из графеновых частиц, которые уменьшают трение и, как следствие, увеличивают срок службы деталей и период между техосмотрами, что важно для шоссейных велогонок. Графеновые смазки успешно прошли испытание этим летом с участием ведущих российских спортсменов: команда SlowFlowTeam подтвердила эффективность применения графеновой смазки на велотреке, а Петр Винокуров, многократный призер всероссийских соревнований по скоростному спуску, одобрил использование смазки в экстремальных условиях. Вывод на рынок графеновых велосмазок запланирован на следующий год под брендом Bike Therapy.
Характеристики микрочастиц графена, которые можно приобрести в "Русграфен.Маркете" . (с) Русграфен
Использование графенов в качестве армирующих добавок в бетонные и асфальтобетонные смеси — еще одно перспективное направление развития, считает Максим Рыбин. Внедрение графена в бетон приводит к увеличению его прочности на 30%. На столько же возрастает и скорость набора прочности бетона, что позволяет сократить сроки строительства. Интерес к графеновым материалам проявляют производители тепло- и электропроводящих пластиков для энергетических и климатических систем, а также компании, выпускающие антикоррозийные покрытия, добавление графенов в которые улучшает эксплуатационные характеристики на 25–30%.
— Совместно с компанией «Графенокс» мы планируем запустить производство мощностью 500 килограммов графеновых частиц в месяц к середине 2021 года, — говорит Максим Рыбин. — Уже сейчас понятно, что основными нашими клиентами будут инновационные предприятия, которым важно получить конкурентное преимущество на старте. Но для серьезного развития графеновых технологий необходимо участие крупного бизнеса. Российским графеновым компаниям и лабораториям есть чем его заинтересовать. Совместные усилия помогут сгладить кривую хайп-цикла и ускорить выход российской графеновой промышленности на «плато продуктивности.
