Нафен нужен: в Сибири создадут кластер нанокомпозитов

В России планируют запустить первое в мире промышленное производство нановолокон на основе оксида алюминия

В Красноярском крае планируют создать кластер композитных материалов. Ядром объединения станет первое в мире промышленное производство нановолокон на основе оксида алюминия (нафен), с помощью которого можно улучшить свойства некоторых материалов. В планах ученых — втрое повысить прочность металлических деталей, создаваемых с помощью 3D-печати, увеличить срок использования автопокрышек, сделать на 60% прочнее строительный бетон.

Нановолокна vs нанотрубки

Новый материал нафен состоит из нановолокон оксида алюминия, сопоставимых по размеру с углеродными нанотрубками. Их диаметр 10 нанометров, что в 5 тыс. раз тоньше человеческого волоса. При этом нафен превосходит нанотрубки по однородности распределения в других веществах после их смешивания.

— В процессе производства нанотрубок они притягиваются друг к другу и спутываются, образуя узлы, которые пока не удается растащить на отдельные частицы, — рассказал «Известиям» старший научный сотрудник Красноярского научного центра СО РАН Станислав Хартов. — При их добавлении в материал получившийся композит становится неоднородным, а его прочностные характеристики трудно предсказать. В отличие от нанотрубок нафен, состоящий из нановолокон, образует стабильные дисперсии.

Кроме того, нафен превосходит углеродные аналоги по стоимости — ожидается, что при его промышленном производстве цена за 1 кг составит около €60, что в 100 раз дешевле нанотрубок.

Кластерный цветок

Концепцию нового кластера композитных материалов разработали Красноярский нанотехнологический центр, Красноярский научный центр СО РАН и эстонская компания. Также в проекте участвует Красноярский бизнес-инкубатор (КРИТБИ), предоставивший часть оборудования.

Предполагается, что в дальнейшем к производству алюминиевых нановолокон (ядру проекта) будут «прирастать лепестки», представленные площадками по изготовлению материалов с улучшенными свойствами — в их состав включат нафен.

На выходе организаторы обещают целый список инновационных продуктов. В их числе — сверхвысокомолекулярный полиэтилен, который будет прочнее металла; модифицированный бетон, способный выдерживать на 60% больший вес при лучшей устойчивости к перепадам температур; долговечные автомобильные покрышки; порошок для 3D-печати композитных деталей, которые будут в три раза прочнее изделий, созданных с помощью стандартных материалов.

В дальнейшем нафен может быть использован в производстве армированных биологических материалов для протезирования, диэлектрической керамики, огнеупорной спецодежды, износостойких красок — в частности, для дорожной разметки.

Однако эксперты высказывают и сомнения относительно перспектив материала.

— Среди недостатков оксида алюминия можно назвать низкую адгезию (способность к сцеплению. — «Известия») с полимерами, что мешает им успешно передавать свои механические свойства при встраивании в данные материалы, — отметил научный сотрудник Центра композиционных материалов НИТУ «МИСиС» Федор Сенатов. — Поэтому для создания полимерных композитов, помимо простого добавления нафена в материал, будут необходимы дополнительные воздействия, например ориентация нановолокон или модификация пластика. Использование нафена действительно может показать хороший результат, однако заявления об увеличении прочности в несколько раз выглядит как проявление завышенных ожиданий. Скорее всего, на практике речь пойдет о десятках процентов.

Утром проекты, вечером инвестиции

По словам разработчиков, все компании-участницы будут делиться с кластером долей в своем бизнесе. При этом им будет предоставлен доступ к оборудованию для работы с нановолокнами и необходимая технологическая информация.

Кластер может стать частью более крупного проекта.

— Сегодня у нас есть планы по присоединению к инвестиционной программе «Енисейская Сибирь», через которую можно будет получить необходимое финансирование, — пояснил Станислав Хартов.

После поступления средств организаторы планируют приступить к созданию индустриальной площадки, местонахождение которой пока определяется.

Главные кандидаты на размещение — территория опережающего развития в Железногорске (этот вариант будет означать дополнительные налоговые преференции для резидентов) и площадка компании «Русал» в Красноярске, использование которой значительно упростит логистику.

В «Русале» подтвердили возможность размещения кластера композитов на своей площадке. Однако окончательное решение о сотрудничестве может быть принято только после успешных испытаний модифицированного материала для 3D-печати (порошка AlSi10Mg), подчеркнули в компании.

— Сейчас в России существует 45 промышленных кластеров, которые, согласно постановлению правительства, получают поддержку со стороны государства, — отметил руководитель Ассоциации кластеров и технопарков России Андрей Шпиленко. — Однако заявленный проект пока не подпадает под его требования. В частности, для этого в кластере должно быть не менее 10 предприятий с определенным уровнем взаимной кооперации. В настоящее время возможность поддержания этих условий для проекта неочевидна, что может означать дополнительные риски при реализации предложенной инновационной идеи, которая представляется мне интересной и перспективной. ​

По словам представителей Красноярского нанотехнологического центра, с его стороны уже осуществляется финансирование трех проектов по созданию продукции с использованием нановолокон оксида алюминия. Среди них — разработка материалов для дорожной разметки (Н-Краски), создание порошков для 3D-печати металлом (Н-Алюминий) и огнеупорной керамики (Н-Огнеупор).

— Все эти материалы уже находятся в стадии промышленных испытаний. Кроме того, к кластеру вскоре может присоединиться Красноярский завод цветных металлов, специалисты которого сейчас занимаются модификацией серебра и платины, — отметили в центре. — Всё это необходимо, чтобы сформировать потребительский спрос на нафен, который позволит запустить предприятие по его изготовлению в промышленных масштабах.

Организацию производства нафена мощностью 5 т в месяц и параллельный с этим запуск первых производств модифицированной продукции можно ожидать уже через девять месяцев после получения необходимых инвестиций. Стоимость проекта оценивается в 100 млн рублей, добавил Станислав Хартов.

Справка «Известий»

Материал нафен (Nafen — производное от словосочетания Nano Alumina Fiber — нановолокна оксида алюминия) получен в 2010 году, когда на одном из металлургических предприятий Эстонии произошел разлив жидкого алюминия.

Во время аварии в расплав попало тугоплавкое вещество, которое при охлаждении застыло раньше крылатого металла, образовав на его поверхности микросетку с отверстиями наноразмера. Затем через этот шаблон (как мясо через мясорубку) выдавилась часть алюминия, образовав тончайшие нановолокна.

Феномен был изучен эстонскими учеными. В результате исследования у них получилось открыть механизм образования нановолокон и запатентовать технологию их изготовления, что позволило создать опытное производство материала, который получил название нафен.

Впоследствии к эстонским ученым присоединились специалисты из Красноярска, которые начали работать над применением нанооксида алюминия в качестве армирующего элемента для различных материалов.

"Известия"