УСВР — углеродная смесь высокой реакционной способности

Что такое УСВР?

Процесс получения УСВР из СУС путём неуправляемой холодной цепной реакции.Как известно, углерод является самым распространённым элементом на Земле. Различия между углем, УСВР и алмазом (всё это — один и тот же химический элемент — углерод) определяются их принципиально различной внутренней структурой. Перестраивая внутреннюю структуру, из одной модификации углерода можно получить другую. Если мы к частице графита применим давление в 80 тысяч атмосфер и нагреем её до температуры в 1600 °С, то атомы углерода перестроятся из графитовой гексагональной плоскостной структуры в кубическую алмазную, т.е. мы получим настоящий алмаз. И наоборот, если мы нагреем в вакууме алмаз до температуры 1600 °С, то он превратится в кусочек обыкновенного графита.

УСВР по своим свойствам так же резко отличается от графита, как графит — от алмаза. Суть открытия академика РАЕН В.И.Петрика — получение углерода с принципиально новой внутренней структурой. Международной ассоциацией авторов научных открытий на основании результатов научной экспертизы заявки на открытие № А-191 от 3 января 2001 года подтверждено установление научного открытия «Явление образования наноструктурных углеродных комплексов».

Метод получения УСВР из слоистых углеродных соединений

Структура графита.Приставка «нано…» обозначает размер порядка 10-9 метра. Углеродный нанослой — это слой, толщина которого составляет около 10-9 метра. Такой атомарный углеродный слой называют графеном.

Строение графита очень похоже на хорошо известный нам предмет, а именно — на обыкновенную настольную книгу, только страницами в случае графита являются графены. Атомы углерода в графенах расположены в виде шестиугольников (гексагоналов), поэтому и говорят, что графены имеют гексагональную структуру. Связи между графенами — слабые (когда мы пишем карандашом, то разрываем эти связи), их называют ван-дер-ваальсовыми связями. Связи между атомами в гексагоналах — сильные. Физики долгое время не верили, что В.И.Петрику удалось разорвать межатомарные (или, как их называют, ковалентные) связи, т.к. считалось, что они реально могут быть разорваны только в эпицентре ядерного взрыва. В.И.Петриком было синтезировано химическое соединение, способное к взрывообразному разложению. Это соединение способно проникать путем обычного смачивания в межслоевые пространства графита (СУС) и находиться в таком состоянии сколь угодно долго, никак себя не проявляя. Однако, достаточно взорвать некоторое критическое количество молекул этого соединения, и начнется настоящая цепная реакция. Запустить такую реакцию автокаталитического распада соединения можно, например, механическим воздействием, т.е. простым ударом, химическим воздействием, нагреванием до 150–200 °С, даже направленным мощным звуком. И при каждом взрыве заложенной молекулы от общей массы графита (СУС) отделяется один атомарный углеродный слой — графен.

Выглядит фантастически, когда в результате неуправляемой (!) холодной (!)

цепной реакции происходит радикальная деструкция СУС, и объем СУС (графита) увеличивается в 500 раз.

Кусок графита превращается в легчайший черный пух, содержащий до 20% наноструктур. Наноструктуры, содержащиеся в УСВР — это не только графены, но и нанотрубки, ветвящиеся нанотрубки, нанокольца, нанофракталы. Представим себе, что мы оторвали от книги страницу и оставили ее в сухом месте. Спустя некоторое время высыхающая страница свернется в наиболее энергетически удобную для нее форму — форму трубки. Точно то же самое происходит и с графеном, отделенным от общей графитовой структуры — он сворачивается в нанотрубку. Взрывы молекул химического соединения разрывают не только ван-дер-вальсовы связи между графенами (в результате чего графит «распушается», увеличиваясь в 500 раз в объеме), но они также частично разрывают ковалентные связи между атомами углерода в самих графенах, в результате чего в массе УСВР образуется огромное количество свободных радикалов — ненасыщенных атомарных связей.

Фуллерены и наноструктуры УСВР

В 1985 году американские ученые под руководством Р.Смолли в спектрах паров углерода обнаружили четкие пики, соответствующие кластерам, состоящим из 60 атомов углерода. Дальнейшие исследования показали, что эти кластеры в действительности являются индивидуальными молекулами. Эти молекулы были названы фуллеренами в честь американского архитектора Ричарда Фуллера, впервые построившего геодезический купол, состоящий из шести- и пятиугольников. Открытие новой формы углерода было удостоено Нобелевской премии, а удивительные химические и физические свойства фуллеренов вызвали не стихающий и по сегодняшний день «фуллереновый бум».

Совершенная молекула Леонардо да Винчи.Похоже на мистику, но факт: великий Леонардо да Винчи нарисовал для книги Луки Пачоли «О совершенстве мира», изданной в начале XVI века, совершенную молекулу, состоящую из 60 атомов и представляющую собой усеченный икосаэдр. Именно такой мы видим сегодня молекулу фуллерена — один к одному, имеет место полное соответствие (метрический инвариант) точек двух множеств. Предвидение длиной в 500 лет!

Углеродные наноструктуры были открыты в процессе изучения свойств фуллеренов. Спустя шесть лет после открытия фуллеренов японский ученый Иджима, исследуя осадки, образующиеся на катоде при испарении углерода в электрической дуге, обнаружил новые углеродные каркасные формы — нанотрубки. Открытие было настолько значимым, что Иджима до сих пор остается одним из наиболее цитируемых специалистов в области физики материалов.

Фактически следует считать, что именно это открытие является началом открытия наномира, предсказанного великим американским ученым Ричардом Фейнманом. 30 лет назад в своей речи Р.Фейнман предсказал существование наномира, в котором многие физические и химические процессы протекают не по тем законам, которые нам так хорошо известны. Свою речь он закончил изящным призывом к изучению этого мира: «Господа, там внизу очень много места!». До сих пор нанотрубки получали так же, как их получил Иджима: конденсация паров углерода при дуговом или лазерном испарении в присутствии катализатора приводит к образованию каркасных углеродных структур, свернутых в один или несколько углеродных слоев.

В зависимости от чистоты, нанотрубки, полученные этим
или другими известными методами, стоят от $300 до $1000 за грамм.

Обладая уникальными электрическими, химическими и механическими свойствами, нанотрубки создали целые направления в материаловедении, наноэлектронике, прикладной химии. В научной литературе приводятся наглядные примеры некоторых экзотических свойств нанотрубок. Например, нанотрубка в 50-100 тысяч раз тоньше человеческого волоса, и при этом, как показывают расчеты, канат из нанотрубок, протянутый от Земли до Луны, мог бы обеспечить прочностные характеристики для того, чтобы его использовать в качестве кабеля пассажирского лифта. А кабель от Земли до Луны из одиночной нанотрубки можно намотать на маковое зернышко! Однако при вышеуказанной стоимости нанотрубок, возможность, скажем, призводства бронежилетов весом в десяток грамм, кажется бесперспективной. Именно поэтому такое значение имеет описанный выше принципиальной новый способ производства наноуглеродных структур.

Основные физико-химические свойства УСВР

УСВР химически инертен, электропроводен, гидрофобен (краевой угол
смачивания более 90 градусов), устойчив к агрессивным средам, экологически чист.
Содержание углерода не менее 99,4%, насыпная плотность — 0,01—0,001 г/куб.см (в зависимости от способа изготовления).

Удельная поверхность — 2000 кв.м на 1 г.

Диапазон рабочих температур: от -60 °С до +3000 °С.

Возврат присоединённого вещества — до 98%.