Графенові нанотрубки | Журнал Популярна Механіка

1. Пляж в Сіднеї
2. Телефон радості
3. без виходу
4. просто геній
5. Дуже маленькі трубки
6. плазмовий реактор
7. графенові нанотрубки
8. Graphеtron 1.0
9. Секретні матеріали

Листопадовий новосибірський Академмістечко зустрічав мене найчистішим сосновим повітрям, пухнастим снігом і температурою мінус 26 градусів. Відразу згадалося, як майже 35 років тому я прилетів сюди з фанерних валізкою в знаменитий фізико-математичний інтернат.

Щороку в Академмістечко стікалися сотні переможців шкільних олімпіад. Ідея творця новосибірського Академмістечка, легендарного академіка Лаврентьєва, була проста в теорії і неймовірно складна в реалізації - зібрати в одному місці безліч академічних інститутів, потужний університет і школу, талановитих вчених, сучасні виробництва і за рахунок кумулятивної енергії зробити прорив у сфері високих технологій. Лаврентьєву вдалося майже все, за винятком одного - високотехнологічних виробництв в Академмістечку так і не з'явилося.

Я прилетів в Академмістечко на саміт по наномодіфіцірованним матеріалами на запрошення Юрія Коропачінского, мого університетського приятеля, а нині президента компанії зі складною назвою OCSiAl. Відверто кажучи, різноманітних конференцій з нанотехнологій я набачився, про нанокірпічі і наноноскі вже писав, тому полетів до Сибіру з однією метою - зустрітися з Юрієм, якого не бачив років двадцять. Але проведені в Академмістечку два дні сильно змінили моє уявлення про світ, в якому ми живемо, а ще більше - про світ, в якому ми маємо жити.

Пляж в Сіднеї

Наша історія почалася років десять тому, коли Юрій Коропачінскій, випивши рано вранці келих просекко в своєму будинку в Сіднеї, збирався піти на пляж. Попередні 15 років він досить успішно займався бізнесом, і до сорока років у нього з приятелями вже були лісопромисловий бізнес, великий холдинг сільгосптехніки і акції великого банку. Робота була нервова, і вони вирішили продати всі свої активи. І замість 35 000 співробітників і постійного фінансового дефіциту у них стало в тисячу разів більше грошей і в тисячу разів менше співробітників. Що ще потрібно людині, щоб спокійно зустріти старість? І ось приблизно з такою думкою в голові Юрій кинув погляд на свого п'ятирічного сина і раптом подумав: «Ким виросте мій син, якщо тата він буде бачити вранці вже з келихом просекко, а в обід йде з дошкою для серфінгу на пляж? Це стало для мене поворотним моментом, - розповідає Юрій, син знаменитого вченого-дендролога Ігоря Коропачінского. - Я пам'ятаю, в мої п'ять років, як тільки сніг танув, мій тато сідав в експедиційну машину і їхав. А коли сніг випадав, експедиційна машина поверталася, і звідти виходив тато з бородою по груди. Це було найголовнішим, що він зробив для мого виховання ». Тому Юрій вирішив повернутися в бізнес. Раніше він був сильно залучений в менеджмент і управління півдюжиною заводів з кількома десятками тисяч людей в трьох країнах, а тепер вирішив зайнятися чимось, не пов'язаним з промисловими активами. Згадавши свою наукову молодість в Академмістечку, він прийняв рішення інвестувати в високотехнологічний бізнес і купив квиток до Новосибірська.

Я подумав: ким виросте мій син, якщо тата він буде бачити вранці вже з келихом просекко, а в обід йде на пляж? Це стало для мене поворотним моментом

Телефон радості

Ідеї ​​і людей Коропачінскій з партнерами шукали в інститутах Сибірського відділення Російської академії наук. 23 академіки на президії Сибірського відділення за легендарним Лаврентіївському круглим столом влаштували Юрію допит з пристрастю. «Я сказав, що мене не цікавлять гроші Сибірського відділення, мене не цікавить нерухомість Сибірського відділення, мене не цікавлять патенти Сибірського відділення, - згадує Коропачінскій. - Хтось із тих, хто сидить в президії академіків єхидно сказав: «А земля?» «І земля не цікавить». Почув колективний зітхання полегшення, і хтось сказав: «А у нас більше нічого і немає». Я сказав: «Мене цікавлять ідеї». Реакція була фантастична: «А, ідеї! Їх у нас повно. Забирай! »». Юрій отримав ліцензію, і його команда з 2006 по 2009 рік перелопатила 23 інституту в новосибірському Академмістечку, Томську, Красноярську і Іркутську. Подивилися більше 1500 ідей за три роки. Юрія і його команду цікавила область, в якій вони вважали себе компетентними: фізика, хімія, біологія. Оскільки в компанії не було програмістів і математиків, IT-сектор мілини одразу.

Схема роботи була вибудувана таким чином: хлопці приходили до директора інституту і говорили: «Покажіть нам, будь ласка, своїх найвидатніших учених». Запрошували від двох до п'яти осіб і задавали їм лише одне питання: «Скажіть, будь ласка, що ви вмієте робити одні в світі? Або краще за всіх у світі? Хоч щось". Якщо відповідь здавався хоч якось докладемо до реального життя, задавали наступні питання. У підсумку зібрали 1500 ідей. З них виділили 364 проекту, в які інвестували невеликі гроші, щоб досліджувати кожен з них на технічну здійсненність, необхідні інвестиції, потенційний ринок. Були досить кумедні проекти. Один вчений заявив, що може зробити телефон радості. А після цього дістав папір з печаткою Міністерства зв'язку РФ - на ній Міністерство підтверджувало, що ця людина вміє робити телефони радості. «А як це працює?» - «Ну, уявляєте, так само, як і всі мобільні телефони, тільки коли по ним починають говорити, всі щасливі».

без виходу

Так минуло три роки. Юрій з партнерами витратили на попередню роботу понад $ 2 млн, і з 364 проектів виділили 12, які перетворили в компанії і профінансували. До цього часу прийшло розуміння, що просто так вийти з венчурних інвестицій не вдасться. 99% успішних виходів з таких інвестицій фондів, наприклад, Кремнієвої долини - це перепродаж технології, команди і компанії інвесторам наступного рівня. У Росії для цього ти повинен не просто зібрати команду і підняти її до певного рівня, а довести її до повноцінного статусу, до продажу продукту на ринку і отримання прибутку. Майже ніяким іншим способом з інвестицій вийти неможливо. Але це завдання принципово іншого масштабу. Створити, підняти команду і продати, наприклад, через три роки або ж 15 років рулить, створювати менеджмент, виробництво - це різні завдання. І тому посіяти, створити 50 команд в 50 галузях і довести їх до дорослих компаній - це нереалістично. Юрій стали шукати альтернативні ходи. До того ж з відібраних 12 проектів не було жодного, здатного реально змінити наше майбутнє. Як говорить Коропачінскій, «порвати реальність». І тут його познайомили з Михайлом Предтеченський, реальним генієм, до того ж живуть в Академмістечку.

просто геній

Чому вони познайомилися так пізно, залишається загадкою - Предтеченского знає весь Академмістечко. Один з наймолодших завлаб, улюблений учень академіка Накорякова, який на момент зустрічі майже 20 років займався високотехнологічним бізнесом, розробляючи технології для HP, Air Products (провідний світовий виробник промислових газів), Samsung. На Заході Михайла називають просто: «російський геній». І коли Коропачінскій задав йому все те ж питання: «А що ви вмієте робити краще за всіх у світі?», Предтеченський коротко відповів: «Все». Говорити з Предтеченський - рідкісне, але надзвичайне інтелектуальне задоволення. Він не просто думає значно швидше вас, він думає красиво і парадоксально. І вже через кілька хвилин бесіди з Коропачінскім Михайло запропонував йому зайти з іншого боку, дедуктивної: «Давайте зробимо навпаки. Я розумію свою сферу компетенції. Назвіть продукт, який ви хочете отримати, а я створю проривних технологію, якщо вона взагалі здійсненна. Якщо ви запитаєте, чи можу я реалізувати термоядерний синтез, я відразу скажу «ні». На все інше я, швидше за все, відповім «так» ».

Юрій з партнерами побачили світло в кінці тунелю і з ентузіазмом стали вигадувати такі продукти. Досить швидко зійшлися на тому, що треба сфокусуватися на матеріалах, енергії і їх перетворенні - нічого більш фундаментального просто немає. В результаті сформулювали шість ідей. Насправді все технологічні ідеї формулював Предтеченський, інші аналізували їх на предмет реалізації та перспектив як бізнесу.

Дуже маленькі трубки

«А ще я знаю, як синтезувати нанотрубки», - сказав під час мозкового штурму Предтеченський. «Що таке нанотрубки?» - здивувався Коропачінскій. Михайло розповів, що півстоліття в світі не з'являлося нових матеріалів. І що сучасні суперматеріали слабо відрізняються від простих. Коефіцієнт міцності титану проти стали - в районі трійки. Коефіцієнта 10 просто не існує. Вуглепластик з високомодульного волокном має коефіцієнт міцності в районі 1,5-1,7 ГПа, а одностінна вуглецева нанотрубка - 50. І це ще не все. Вона в п'ять разів легше стали. Тому коефіцієнт - 250! Равнопрочность сталевий деталь, створена з одностінних вуглецевих нанотрубок, якщо їх ідеально поєднати, буде легше в 250 разів. Автомобіль легше в 250 раз, уявляєте? Його вітром здує. Чотирикілограмовий автомобіль.

До того ж в світі не існує виробництва таких трубок, їх отримують лабораторним шляхом, і ціна зашкалює за $ 150 000 за кілограм. Ця розмова відбулася в 2009 році, а в лютому 2010-го Юрій Коропачінскій разом з Олегом Кириловим, Юрієм Зельвенська і Михайлом Предтеченський створили компанію OCSiAl. Всі інші проекти в сфері високих технологій було вирішено закрити.

плазмовий реактор

Через місяць Предтеченський в експерименті отримав перші нанотрубки. Їх було зовсім незначну кількість, кілька чорних крапок на білосніжному фільтрі. Але електронний мікроскоп показував, що це ті самі одностінні вуглецеві нанотрубки. І отримав їх Михайло Предтеченський на своєму плазмовому генераторі, ще одному з його фундаментальних винаходів. Справа в тому, що плазмові генератори - плазмотрони - використовуються в багатьох областях. Предтеченський зіткнувся з ними, коли працював над проектом з Air Products. Потужні плазмотрони не могли довго працювати навіть в інертному газі - згорали електроди. Десятиліттями вчені та технологи намагалися створити матеріал електродів, який би «стояв», але нічого не виходило - час роботи вимірювалося секундами. Коли Михайло розповідає, все здається простим: «Я подумав, а чому електроди повинні бути твердими? Зроблю я їх рідкими. Дві ванни з розплавом, а між ними пустимо дугу. Дуга запалюється, плавить спочатку твердий метал, і виходять дві металеві калюжки, на які і замикається дуга. Рідина ж ерозії не схильна до. Я зробив таку машину, яка може працювати вічно, в будь-якому середовищі, з будь-якою потужністю ».

Звичайні плазмотрони працюють на інертному газі, тому що ерозія електродів пропорційна хімічної активності і температурі. Наприклад, на водяній парі вони руйнуються миттєво. А в плазмотрон Предтеченского можна хоч хлор вводити - по суті це плазмохімічний реактор. Багато металургійних і хімічних процеси можна змінити принципово. Михайло довго намагався прилаштувати свій винахід, зустрічався з олігархами, навіть намагався зробити на ньому реактор для знищення супертоксічних відходів. «Ключовим моментом була наша зустріч з Юрієм, - згадує він. - Він виявився тим самим людиною. З одного боку, представник великого бізнесу з грошима, з іншого - син академіка, з нашим класичною освітою. З ним швидко знайшли спільну мову. Якраз перед нашою зустріччю я був на виставці «Роснано» і уважно подивився, що можна робити з нанотрубками. Я з моменту їх відкриття стежив за ними, але не знав, навіщо вони. А коли побачив, як вони пішли в матеріалах, зрозумів, що за ними фантастичне майбутнє ».

Десятиліттями вчені та технологи намагалися створити матеріал електродів, який би «стояв», але нічого не виходило - час роботи вимірювалося секундами. «Я подумав, а чому електроди повинні бути твердими»

графенові нанотрубки

Якщо пошукати в інтернеті, то з'ясується, що вуглецеві нанотрубки в промисловому масштабі виробляють не тільки в Новосибірську. Різниця в маленькій деталі - в Академмістечку роблять одностінні нанотрубки, а в усьому іншому світі - багатостінні. І різниця ця принципова. «Багатостінна трубка - це трубка,« згорнута »з графіту, - популярно пояснює Юрій Коропачінскій, - а одностінна - з графена. Якби графен був відкритий раніше, ніж нанотрубки, вони б називалися графенових. Це різні матеріали з абсолютно різними властивостями. Між ними така ж різниця, як між алмазом і кам'яним вугіллям, хоча і те й інше складається з вуглецю. Багатостінна нанотрубка - це маркетинговий обман. Начебто у нас дуже схожий продукт, але трохи товщі стінки. Коректно говорити - графенові і графітові. Ми робимо трубчасту модифікацію графену, з одного атомного шару. А вони не роблять. Мало того, в деяких режимах наш реактор синтезує графен, але ми поки не бачимо ринкових ніш, в яких графен перевершує нанотрубки. Як тільки побачимо, першими в світі випустимо промислову партію ».

Однак промислова партія графенових нанотрубок в OCSiAl вийшла нескоро. З 2009 по 2012 рік у проект закачали $ 20 млн, побудувавши 11 прототипів. І після цього Коропачінскій взяв фільтри з чорними точками нанотрубок і полетів до глави «Роснано» Анатолію Чубайсу. Анатолій Борисович уважно подивився на них і сказав одне слово: «Вражає». Помовчавши, додав: «Хочете побудувати реактор? Скільки будете виробляти? Тонну в рік? А ви знаєте, що Bayer минулого місяця запустив реактор потужністю 500 т багатостінних трубок на рік? ». Коропачінскій відповів: «Знаю, і що? Закриється через три роки ». Розповідаючи цю історію, тут Юрій починає сміятися: «І знаєш, місяць в місяць через три роки Bayer закрив свій реактор. Тому що багатостінні трубки нафіг нікому не потрібні ».

Чубайс повірив нахабним підприємцям з Сибіру, ​​і «Роснано» вклав в проект $ 20 млн, став першим зовнішнім акціонером компанії. Кажуть, це найкраща з інвестицій держкомпанії. На питання, навіщо OCSiAl знадобилося «Роснано», якщо у інвесторів були власні гроші (на сьогоднішній момент в OCSiAl інвестували понад $ 150 млн), Коропачінскій пояснює: масштаб проекту такий, що на певному етапі все одно будуть потрібні інвестори. Коли ти будуєш компанію на свої гроші, отримуєш сімейну компанію. У сімейну компанію не приходять інвестори, в сімейної компанії по-іншому влаштовані управління, система прийняття рішень, вимоги до менеджменту. Щоб компанія стала публічною - а світ захоплюють тільки публічні компанії, - її треба будувати з самого початку по-іншому. І з самого початку навчитися зважати на думку зовнішнього інвестора. «Роснано» в цьому плані - ідеальний варіант.

Graphеtron 1.0

На гроші «Роснано» і був побудований перший промислово-дослідний реактор Graphetron 1.0 в новосибірському Академпарке - більш вдалому аналогу «Сколково». У минулому році реактор синтезував 1250 кг одностінних вуглецевих нанотрубок (SWCNT) під торговим найменуванням TuballTM. У 2016 році було чотири тонни, в цьому році він повинен зробити від семи до десяти тонн. А через стінку повним ходом ведеться будівництво вже промислового Graphetron 50, який розрахований, як видно з назви, на 50 т на рік. Багато це чи мало?

До запуску Graphetron 1.0 світова ціна SWCNT була $ 150. 000 за кілограм. «Нічого собі, тонну купують за $ 150 млн! А ми можемо продавати в сто разів дешевше. Це ж яка черга вишикується біля входу! - потирає руки Коропачінскій. - Але я думаю, що все агентства помилялися і помиляються. Я думаю, що комерційних продажів до нашої появи не було ніде і ніколи. Йшли невеликі партії для дослідницьких цілей. Купували, як кокаїн, грамами ». Наприклад, NASA намагалася застосувати цей матеріал для супутників, але не змогла запустити проект, тому що не знайшла постачальника на 100 кг в рік. Його просто не було в природі.

Ще кілька років тому світовий ринок одностінних нанотрубок потенційно оцінювався в 10 т в рік, але з кожним роком оцінка істотно зростає. Якщо ще два роки тому OCSiAl оцінювала його в 145 000 т, то зараз - більше ніж в 500 000. «Я бачу потенціал зростання компанії за десять років в тисячу разів, - кажучи цю фразу, Юрій робиться серйозним. - На сьогоднішній момент ми єдині виробники в світі ».

У міру виробництва СтрімКо розширюють и СФЕРИ! Застосування графенових нанотрубок. На самому качана OCSiAl розраховував на ринок літій-іонніх батарей, углепластіковіє композити та шінну промисловість - логічно йти в ті області, де Ранее застосовуваліся інші форми вуглецю. Ті, что можна сделать з аморфного вуглецю, з нанотрубок Вийди в сотні разів краще. Например, Додавання в електроди літієвіх акумуляторів около 0,01% одностінніх нанотрубок збільшує їх Ємність на 20%. Альо Нові області! Застосування з'являються прямо на очах. Зовсім недавно професор Орбах з ізраїльського університету Бар-Ілана врятував почти цілу галузь - ринок кислотно-свинцево акумуляторів ОБСЯГИ понад $ 38 млрд на рік. Справа в тому, що найближчим часом всі виробники автомобілів будуть змушені встановлювати в машини системи «старт-стоп», які в рази підвищують вимоги до кількості циклів заряду-розряду - від нинішніх 300 у існуючих акумуляторів до 800. Зараз це можливо тільки за допомогою літієвої технології. Так ось, Орбах розробив технологію додавання одностінних нанотрубок, яка збільшує кількість цих циклів у свинцевих акумуляторів від 600 до 900. І подібних прикладів сотні.

Ще кілька років тому світовий ринок одностінних нанотрубок потенційно оцінювався в 10 тонн на рік, але з кожним роком це число зростає на порядки. Якщо два роки тому за даними OCSIAL це було 145 000 тон, то зараз - більше ніж 500 000. «Я бачу потенціал зростання компанії за десять років в тисячу разів».

Цього року OCSiAl провела переговори з 2500 потенційними клієнтами - по 10 зустрічей в день. Зараз офіси компанії працюють в Люксембурзі, Тель-Авіві, Сеулі, Мумбаї, Гонконгу, Шеньчжені, Огайо, є представники в Малайзії, Німеччини, Великобританії, Австралії та Японії. У найближчі роки компанія збирається будувати свої реактори на всіх континентах і в усіх розвинених країнах. Мало того, вони мали цю можливість з самого початку. Тоді чому сучасне виробництво знаходиться в Академмістечку? «Тому що тут Предтеченський, - посміхається Коропачінскій, - і тому, що поки у нас працює дослідницький реактор. На «Графeтроне» ми проводимо фундаментальні фізичні дослідження, і у нас працюють академік, професора, доктора і кандидати наук. Академмістечко - ідеальне місце для таких досліджень. Чому ми синтезували в цьому році 4 т трубок, а не 7? Тому що половину часу реактор працював в дослідному режимі. Це потужна наукова установка. Ну і як побічний ефект, вона синтезує 98% трубок в світі ».

Секретні матеріали

У приміщенні, де стоїть Graphetron 1.0, суворо заборонено фотографувати. «Навіть у мене немає Селфі поруч з реактором, - сміється Коропачінскій. - Мало того, на Graphetron не можна навіть подивитися - коли я заходжу в приміщення, він завішений чорною матерією, як камінь в Каабі. Виключення не робиться навіть для університетського друга. Такий секретності я не бачив навіть на військових заводах ». Тому логічним є запитання, як OCSiAl збирається захищати свої технології. «У OCSiAl зонтичний патент», - каже Юрій. Коли у винаходи немає принципової особливості, то намагаються вигадати дивну конструкцію, запатентувавши, наприклад, режим синтезу або каталізатор. Будь-який такий патент обов'язково буде обійдений - неможливо по ста параметрам все закрити. Класичний приклад: в СРСР були винайдені судна на повітряній подушці, і в патенті були вказані кути атаки. Тут же вийшов англійський патент, в якому були запатентовані всі інші кути атаки. «Знаєте, як звучить патент швейної машинки« Зінгер », який ніколи не був обділений? - сміється Коропачінскій. - «Голка з вушком спереду». Усе. Не можна зробити швейну машинку без такої голки. Ось у нас такий патент. Якщо грубо, то він звучить так: «Будь-яким мислимим і немислимим способом створюєш справжню наночастинку, яка летить в потоці будь-якого вуглеводневого газу в будь-яких режимах і на ній росте одностінна трубка». Якщо так, то наш патент, якщо немає, то немає. Це означає, що ми можемо не розкривати нічого: ні каталізатори, ні спосіб виготовлення, ні режими ». «А хто придумав патент?» - питаю я. «Звичайно, Предтеченський, - я заражати сміхом Коропачінского, - а хто ще на планеті міг придумати такий патент ?!».

Стаття «Вогонь, вода і нанотрубки» опублікована в журналі «Популярна механіка» ( №1, Январь 2017 ).