4. об инновационных открытиях в области фуллеренов, современных технологий получения наноматериалов и альтернативной энергетики

В.И. Петрик доложил о своих инновационных открытиях в различных областях.

 

Программа «Радиационная безопасность городам мира».


     Разработана электрохимическая сорбционная технология, обеспечивающая решение важнейшей проблемы атомной энергетики — проблему утилизации жидких радиоактивных отходов. Технология основана на научных разработках в области физической химии растворов, обеспечивает высокоселективное извлечение из растворов радиоактивных элементов и их надежную фиксацию в твердых кристаллических матрицах. Технология успешно прошла проверку на ведущем российском радиохимическом предприятии – комбинате «Маяк» в 2007 году.
     Отдельной проблемой в области развития ядерной и термоядерной энергетики является глобальное загрязнение окружающей среды тритием. В частности, накопление радиоактивного трития в тяжеловодном замедлителе является основной сдерживающей причиной широкомасштабного применения ядерных реакторов типа CANDU, работающих на природном уране, что принципиально исключает возможность развития неконтролируемой цепной реакции.
     На основе прошедшей успешное испытание разработки в области изотопного обмена, основанной на магнитном изотопном эффекте, совместно с ведущими российскими специалистами РХТУ им. Менделеева и НИКИЭТ им. Н.А. Доллежаля принято решение о создании опытной установки по детритизации тяжелой воды.

 

Программа «Чистый воздух городам мира».


     Автомобильный транспорт дает почти половину всех вредных выбросов в атмосферу, а в крупных городах – до 90%. Путь решения проблемы – повышения чистоты и качества бензинов. В настоящее время общая тенденция производителей бензинов заключается в постоянном росте применения присадок, как в объемном выражении, так и по номенклатуре.
     В соответствии с поставленной партией «Единая Россия» задачей, разработана присадка к моторным топливам на основе ароматических углеводородов и кислородсодержащих соединений, синтез которой осуществляется на наноразмерных катализаторах.
     Новая присадка обеспечивает получение бензинов марок АИ-95, АИ-98 и АИ-100, снижает на порядок экологическую нагрузку по выхлопным газам и позволяет выйти российским производителям бензина на международный рынок.

 

Программа защиты лекарственных препаратов.


     Защита от подделки лекарственных препаратов, а также других объектов, имеющих особо важное значение и находящихся в широком обороте, например, медицинских рецептов, является одной из главных проблем обеспечения здоровья нации, а проблемы несанкционированного производства, подделки, имитации, реэкспорта, продаж просроченной продукции обоснованно относятся к проблемам национальной безопасности.
     В России, в силу значительной протяженности таможенных коридоров, отсутствие экспресс — методов определения подлинности товаров на таможенных постах, и ряда других причин, проблема ввоза, а также производства на территории России поддельных медицинских препаратов приобрела масштабы национального бедствия. Особо следует иметь в виду то, что лекарственные препараты в руках террористов – это легко доступное средство бактериального или вирусологического массового поражения.
     По оценкам специалистов, доля фальшивых лекарственных препаратов на российском рынке в настоящее время достигает до 40% .
     Предлагаемая  программа защиты лекарственных препаратов отличается тем, что защиту осуществляет производитель продукции, а идентификацию осуществляет непосредственно сам потребитель. Для реализации программы разработаны специальные антистоксовые соединения. Отличительной особенностью разработанной защитной технологии является то, что она имеет два уровня защитных признаков:
-органолептические, позволяющие идентифицировать подлинность защиты в полевых условиях непосредственно потребителем;
-машиночитаемые признаки, предназначенные для инспектирующих органов.


Многофункциональная оптическая броневая керамика.

     В настоящее время существует выраженная потребность в оптических материалах, способных работать в экстремальных условиях. Из известных трех, обладающих необходимыми механическими, термическими и прочностными свойствами   оптических материалов, таких как шпинель, сапфир и ALON, только шпинель соответствует всем необходимым требованиям, предъявляемым к системам, подвергающимся высокому агрессивному воздействию окружающей среды. Несмотря на то, что сапфир уже используется в различных устройствах, он является наиболее дорогим материалом и в зависимости от конкретных применений имеет вследствие свойственного ему двулучепреломлению ряд ограничений.
     Прозрачная шпинель, превосходит сапфир не только по некоторым механическим свойствам, например, по такому параметру как трещиноватость, но и обладает лучшими характеристиками в ультрафиолетовой и ближней инфракрасной областях спектра. Потенциальные возможности поликристаллической шпинели обусловили проведение исследований в целом ряде организаций и стран в 60х и 70х годах 20 века.   
    
     Разработана технология производства оптической броневой керамики, предназначенной для работы в условиях воздействия высоких механических нагрузок и высоких температур и прозрачной в УФ, видимом, и ИК диапазонах. Синтез керамики осуществляется горячим прессованием полученных золь-гель методом нанокристаллических порошков проявляющих высокую активность к прессованию.  

Технология выделения и разделения металлов платиновой группы.

     Разработана новая, комплексная система выделения и разделения металлов платиновой группы. Технологическая схема основывается на способности металлов платиновой группы в определенных условиях образовывать с трифторфосфином летучие соединения с сильными различиями их физико – химических свойств, что позволяет выделять платиновые металлы из шихты сложного состава с последующим их разделением по температурному градиенту и получением в виде металлов с чистотой более 99,99%.   Данная технология применима для переработки концентратов платиновых металлов, вторичного и техногенного сырья.
     Проведенные демонстрационные испытания на предоставленном ОАО «ГМК «Норильский никель» концентрате КП — 2 показали возможность практически полного выделения платиновых металлов из шихты сложного состава с последующим их разделением и получением в виде металлов или наноразмерных порошков чистотой более 99,99%.
      Области применения технологии необозримы.

Солнечная энергетика — газофазная фторсилановая технология производства кремния.

     Солнечная энергетика — одна из наиболее динамично развивающихся областей промышленности. В будущем солнечное электричество станет доминирующим источником энергии во всем мире. Ставка на солнечную фотоэнергетику, как на абсолютно безопасный и неиссякаемый источник энергии — Солнце, должна рассматриваться как беспроигрышный и безальтернативный выбор человечества.
     Существующие в настоящее время технологии производства полупроводникового кремния были разработаны в 50−ых годах специалистами фирмы Сименс (Сименс-процесс). В производстве поликристаллического кремния по данной технологии используются высокотоксичные и взрывоопасные вещества: хлор, водород, хлористый водород, трихлорсилан. Кроме того, получение кремния по этой технологии связано с высокими энергозатратами : 360 — 400 кВт·час/кг, что и определяет стоимость конечного продукта. Перечисленные факторы являются причиной существования «кремниевой проблемы».
      
     В течение ряда последних лет нами разработана новая газофазная фторсилановая технология получения полупроводникового кремния, в том числе и для солнечной энергетики. Технология основана на использовании дешевого доступного сырья – специфических промышленных отходов. Эти отходы содержат в своем составе кремний в виде фтористых соединений — фторсиликатов. Перевод гелиоэнергетики на нанокристаллический и монокристаллический кремний, получаемый через моносилан по разработанной технологии, обеспечивает снижение стоимости до 40 дол./кв.м., при этом стоимость вырабатываемой энергии может снизиться вплоть до 10 цент/кВт.час. Особо важным достоинством технологического процесса является, также, замкнутость технологического цикла (отсутствие продуктов подлежащих утилизации и отсутствие вредных выбросов).  


Солнечные батареи на основе фотохимических систем с нанооксидными полупроводниковыми материалами.

 

     В настоящее время в опытно – лабораторных условиях проводится отработка основных технологических стадий производства, изготовление и испытания опытных образцов элементов, рабочий принцип которых основан на   окислительно – восстановительных процессах.
     Основой фоточувствительного слоя таких элементов являются   наночастицы широкозонного оксидного полупроводникового материала типа оксида титана или циркония, осажденных газофазным методом и модифицированных органическим красителем типа бипиридильного комплекса рутения. Формирование фоточувствительной основы и активного   каталитического слоя платины на противоэлектроде с помощью разработанного газофазного метода значительно снижает себестоимость    фотоэлемента и обеспечивает получение электроэнергии со стоимостью менее 0,1 $/кВт.час.

 

Промышленная технология производства наноуглеродных материалов, в частности, графенов и технологии на их основе.


     Сегодня будущее нанотехнологий во многом связывают с графенами – следующей после фуллерена и нанотрубок экспериментально открытой аллотропной формой углерода. Графены – двумерные углеродные кристаллы   проявляет   рекордные характеристики по таким показателям как теплопроводность, удельное сопротивление, подвижность электронов и пр.
      
     Разработана промышленная технология производства графенов способом холодной деструкции. Техническое решение способа заключается в том, что в межслоевые пространства графитовых структур заселяются высоко реакционные химические соединения способные под внешним воздействием (фотохимическим, механическим, химическим    и др.) к экзотермическому взрывообразному разложению с последующим инициированием автокаталитического процесса распада соединения. Образующиеся в межслоевых пространствах газообразные продукты распада химического соединения разрушают углеродную матрицу с образованием отдельных двумерных углеродных кластеров, т.е. графенов.

 


Промышленное производство наноразмерных металлических порошков.


     Создано действующее промышленное производство наноразмерных порошков различных металлов электровзрывным, газофазным, плазменным, золь-гель методам. В настоящее время производятся нанопорошки следующих металлов: платина, палладий, рутений, родий, рений, никель, железо, вольфрам, молибден. 

 


Программа «Альфа-излучающие препараты для ядерной медицины».


     Одним из радикальных методов в лечении злокачественных образований является терапия с использованием радионуклидов.
     Однако в настоящее время используемые в ядерной медицине β-излучающие нуклиды имеют низкую радиотерапевтическую эффективность и побочное разрушающее воздействие на организм больного. Радикально изменить возможности радиотерапии в области лечения онкологических заболеваний открывает использование α -излучающих радионуклидов.
      В настоящее время на имеющихся в распоряжении радиологов минимальных количествах реакторного Ra-223 показана исключительно высокая терапевтическая эффективность его применения в терапии наиболее распространенных форм рака: простаты, груди, костных метастазов -  противоопухолевое воздействие на клетки патологических очагов, облегчение болевого синдрома при паллиативной терапии костных метастазов, увеличение продолжительности жизни, снижение риска смертельного исхода при минимальной общей токсичности и минимальном поражении костного мозга (в отличие от радионуклидов b-излучателей Sr-89, Sm-153, Re-186, Sn-117, использующихся в том же назначении).
      Международное сообщество в лице ЕАЯМ по совокупности ядерно-физических характеристик и терапевтических свойств, предложило согласованный теоретический список, состоящий из шести наиболее эффективных радионуклидов α – излучателей: At-211, Tb-149, Bi-212, Bi-213, Ac-225, Ra-223, четыре последние из которых могут быть получены при облучении природного 226Ra в ядерном реакторе.

      Однако в настоящее время перспективу промышленного производства имеет лишь один 223Ra, выделяемый из 227Ас — продукта облучения 226Ra. При этом исторически сложилось так, что практически весь мировой запас (около 1.5 кг) находится и принадлежит России. Из них 74 грамма 226Ra в 60х годах прошлого века были облучены в реакторе.
     Россия также располагает необходимыми производственными и технологическими возможностями (реакторами, технологической инфраструктурой атомных и научных центров).
     Имеются разработки предполагающие возможность адресной доставки препарата непосредственно в область злокачественного образования.

 


Низкотемпературный преобразователь тепловой энергии в электрическую.


     Продемонстрировано устройство, предназначенное для непосредственного преобразования тепловой энергии в электрическую. Преобразователь производит ЭДС от теплового   возбуждения в диапазоне температур 5С – 50С. Эмиттером в таком элементе является пластина,   спрессованная из графенов, имеющих аномально низкую работу выхода. В качестве электролита с низким потенциальным барьером применены ионные жидкости, а в качестве основы противоэлектрода используется металл из группы: алюминий, титан, гафний, цирконий, ниобий, тантал или молибден, покрытые металлом из группы платиноидов. Демонстрировалось многократное увеличение ЭДС   при обогреве элемента бытовым термовентилятором.