«Зеленый» графен

Начало полномасштабной нанотехнологической революции сдерживает только рентабельный способ производства наноматериалов. Отчасти именно низкое качество и высокая стоимость графена на международном рынке наноматериалов побудили инженеров и ученых Научно-производственного объединения ТЕСЛАР 11 лет назад самостоятельно заняться разработкой методов атомно-молекулярного проектирования и производства графена. Сегодня мы, как группа исследователей и разработчиков конвергентных наук и нанотехнологий убеждены, что у нас есть решение этой задачи.

В последние годы устойчивый и экологически чистый синтез высококачественного графена является одной из самых популярных тем в области науки и техники. Для синтеза графена применяются различные методы, такие как химическое осаждение из паровой фазы / плазменное химическое осаждение из паровой фазы (CVD / PECVD), эпитаксиальный рост, электродуговый разряд, механическое или ультразвуковое расслоение, химическая интеркаляция графита и сольвотермическое или химическое восстановление оксида графена для различных областей применения. Однако для этой цели в основном используются токсичные или взрывоопасные химические вещества, включая борогидрид натрия, гидразингидрат и диметилгидразин, вызывая серьезные проблемы для окружающей среды и здоровья людей. Более того, использование избыточных количеств восстановителей приводит к наличию нежелательного токсичного загрязнения в материалах, что должно ограничивать его применение, особенно в биологических областях.

В связи с уникальными качествами и важностью для экологии и развития цивилизации, экологичные методы синтеза графена чрезвычайно важны. Следовательно, существует потребность в экологически чистых и устойчивых альтернативных методах синтеза графена без использования опасных реагентов или дорогостоящих инструментов. Это побудило исследователей во всем мире разрабатывать новые экологически чистые методы для массового производства материалов на основе графена. Кто-то стал это делать путем изменения реагентов, используемых в существующих синтетических подходах, уменьшения количества необходимых дорогостоящих или вредных для окружающей среды компонентов, а кто-то новые источники углерода, а кто-то искал инновационные способы. Поскольку графен можно получить из любого источника углерода, исследовались разнообразные экологически чистые восстановители, включая биологические материалы и неопасные химические вещества. В то время как стремление к масштабируемому производству этого чрезвычайно прочного и проводящего материала продолжается , также продолжается поиск метода производства, который также был бы устойчивым.

Несколько альтернативных экологически чистых способов синтеза графена были усовершенствованы НПО ТЕСЛАР, и мы сосредоточились на поиске возможностей воплотить задумку таких ученых как Ричард Бакминстер Фуллер и Жорес Алферов. Эти двое великих ученых указывали на единственное рациональное решение: использование ресурсов, "которые мы разбрасываем как отходы" для их трансформации в более совершенные материалы с заранее программируемыми свойствами. НПО ТЕСЛАР активно исследует возможности и методы применения экологичных наноматериалов для улучшения качества жизни всех людей, сохранения здоровья человека и очищения окружающей среды. С 2008 года графен применяется в собственном производстве систем жизнеобеспечения.
С 2010 года НПО Теслар в производстве инженерно-технических комплексов, приборов, устройств и изделий, созданных для удовлетворения витальных потребностей человека, применяет графен собственного производства. А технологии его изготовления постоянно совершенствуются.

Непрекращающиеся научные исследования с наноматериалами и поиск решений в области обращения с отходами позволили к 2018 году появиться на свет экологичной нанотехнологии, открывающей самые широкие возможности в управлении ресурсами. "Зеленый" графен из отходов - это комплексная природоподобная технология переработки отходов (ресурсов) всех типов (включая токсичные) в экологичные наноматериалы с заданными свойствами (графен и наноматериалы на его основе). Для синтеза чистого графена используется все углеродосодержащие материалы, а все остальные материалы сортируются, очищаются и используются для создания различных новых материалов. Технологические процессы самые различные, но в большинстве случаев добавление 0,5% графена в материал достаточно, чтобы в десятки раз улучшить его свойства или создать новые уникальные.

Сюда вошел целый комплекс технологий таких как: технологии автоматической сортировки отходов, технологии трансформации элементов и производства наноматериалов с запрограммированными основными качествами методами и способами атомно-молекулярного проектирования. Возможность применения всех типов отходов приобрела большое значение, поскольку она обеспечивает поле для производства графена по низкой цене в больших количествах. Учитывая изобилие разбросанных отходов на планете и уже даже на орбите, это изменит правила игры в мире графена и ускорит наступление нанотехнологической революции. Это станет катализатором эколого-технологической модернизации деятельности человека и введет в оборот новые классы материалов, изделий и устройств.

Мы, как группа исследователей и разработчиков нанотехнологий убеждены, что круговорот возобновляемого сырья это новый виток в развитии ресурсо-ориентированной экономики. Природоподобные технологии и наноматериалы демонстрируют на практике какую степень автономности и какие перспективы нам открывают их возможности. Применение нанотехнологий позволило реализовать самую рациональную стратегию обращения с отходами - трансформацию и синтез элементов. Для современного человека нигде в природе не существует отходов и нет дефицита в ресурсах.


Природоподобность означает не только трансформацию элементов, но подразумевает полную, настоящую экологичность производства и полное отсутствие выбросов в окружающую среду. Это касается и энергопотребления: разработка включает решения в области энергетических технологий, с применением «зеленого» графена. Таким образом, инновационное производство наноматериалов из отходов не требует внешнего подключения и использует энергию, получаемую природоподобным способом без сжигания углеводородов.


Таким образом, в обращения с ресурсами достигнут технологический уровень, который имеет огромное значение для развития цивилизации и ее распостранения за пределы галактики. Эта технология будет применяться для трансформации и синтеза элементов где угодно, даже за пределами солнечной системы. Таким образом, нет необходимости рыть на этой или других планетах шахты и добывать ископаемые ресурсы. Мы можем теперь где угодно трансформировать элементы и производить необходимые нам материалы с заранее заданными основными свойствами.


Согласно исследованию, при испытании «зеленый» графен соответствовал качественным и эксплуатационным характеристикам графена, производимого традиционным способом, без использования токсичных реагентов. Высокое качество получемого графена (чистота не мене 95%, толщниа не более 5 атомов) позволяет применять конечный результат в широком диапазоне приложений, например, суперконденсаторов, биосенсоров, наноэлектроники, ультрасенсоров, композитов, топливных элементов, в строительной и текстильной промышленности и т.д. Параллельно было запущено несколько исследовательских программ и производств с применением полученных наноматериалов.


С 2010 года эти наноматериалы применяются НПО Теслар для изготовления инженерно-технических комплексов, приборов, изделий и систем жизнеобеспечения. С этих пор наши исследователи работают над точной настройкой своей технологии, чтобы сделать ее более экологичной и эффективной. Не оставляя работы над практическими приложениями. Создаваемые атом за атомом наноматериалы с программируемыми свойствами приобретают фантастические для классической физики качества и эти уникальные материалы заменяют устаревшие материалы и применяются в виде теплоотводных подложек и кампаундов, паст, клея, и т. д.

Наша задача как исследователей заключалась в том, чтобы продемонстрировать с помощью природоподобных технологий 6-технологического уклада, что все потребности человека могут быть удовлетворены без какой-либо необходимости в сокращении населения и без какого-либо ущерба планете и другим ее обитателям. Разработка технологии «зеленый» графен и отработка способов применений этих наноматериалов в системах и приборах велась на протяжении 11 лет с авторитетными международными научными учреждениями. Образцы изделий для исследования предоставлялись в агрофизические, сельскохозяйственные и медико-биологические НИИ России и Европы.


В 2018 году успешно завершены 8-летние исследования и разработка нанотехнологии управления спектром. На основе этих разработок были усовершенствованы системы освещения: разработаны и внедряются полимерные покрытия для светодиодов, позволяющие получить настоящий полный солнечный спектр, что крайне важно для качественного развития и жизнедеятельности человека. Это придало графенсодержащим светотехническим решениям дополнительную потребительскую ценность. Так, максимально эффективные, долговечные и экологичные светотехнические решения в отрасли дополнились линейкой светильников с биологически адекватным солнечным спектром – это первые в истории развития искусственного освещения фотобиологически безопасные светотехнические решения.


Инженеры теперь управляют спектром и создают необходимый по назначению. Это позволило создать биологически адекватное искусственное освещение без токсичных для организма человека эффектов: по рекомендации специалистов устранены УФ и ИК излучения, пульсация, "пики" и "провалы" спектра. Приближенный к солнечному спектру, он позволяет избежать нарушений работы нервной, эндокринной и иммунной системы человека. Особенно это критично для здоровья детей до 14 лет, во избежание патологий развития. Пандемия миопии: от 40% (Россия) до 90% (Южная Корея, Япония, США) процентов детей предвыпусконого возраста с нарушениями работы органов зрения и «школьными» патологиями. Подробнее об исследованиях влияния света на жизнь.


Новация получила высокую оценку авторитетными исследовательскими медико-биологическими и сельскохозяйственными институтами России и Европы. На основе этих разработок в управлении спектром ведутся различные совершенствования технологий производства пищи и медицинских растений, квантовой и наномедицины и различных приложений. Доказано улучшение показателей здоровья у живых организмов. Можно сказать определенно, что это вклад в развитие наномедицины и здоровьесберегающих нанотехнологий. По результатам исследования характеристик графенсодержащих светильников в испытательной лаборатории выдано заключение о том, что они «характеризуются непрерывным спектром» и другими параметрами, обуславливающими «существенное преимущество по сравнению с LED светильниками, представленными на рынке в настоящее время».

Технология освещения с настоящим солнечным спектром улучшила качество жизни людей и нашла применение в освещении административно-офисных зданий и помещений, учреждений культурно-бытового и социального назначений, улиц, парков, промышленных зон, заводов и специальных мест с требованиями по влаго- и взрывозащищенности. К сегодняшнему дню муниципалитеты различных стран и более тысячи компаний и частных хозяйств на различных континентах переоснастили свое световое хозяйство на графенсодержащие светильники в рамках программ энергосбережения, снижения уровня выбросов в атмосферу, исключения непроизводственных расходов, улучшения санитарно-гигиенических условий труда и отдыха своих семей, сотрудников и граждан.

Внедрение природоподобных технологий и нанотехнологий во все сферы деятельности человека продолжается, в рамках программ энергосбережения, обсепечения безопасной среды и гигиены освещения, обеспечения эпидимиологического благополучия и эколого-технологической модернизации. Расширяются исследовательские программы, разрабатываются новые классы материалов и сферы применений «зеленого» графена и наноматериалов. Помимо биологически адекватного света для человека и животных, инженеры и ученые поставили перед собой задачу разработки экологичной технологии производства пищи и медицинских растений для населения планеты более 50 млрд. человек.

В 2019 году НПО Теслар применением наноматериалов на основе «зеленого» графена удалось внести существенный вклад в развитие аграрных технологий (ситифермерства), продовольственной безопасности и эпидимиологического благополучия населения. На этот раз продемонстрированы результаты новейших разработок в высокоточных агротехнологиях, на стыке нано- и биотехнологий. Полезный урожай теперь можно выращивать круглый год где угодно и без доступа к солнцу. При полном отсутствии негативного влияния на окружающую среду. Ученые провели десятки тысяч экспериментов по созданию графенсодержащего светотехнического оборудования для сверхэффективного фотосинтеза растений. Опубликованы результаты 8-летних исследований и испытаний с Агрофизическим НИИ РАСН, (г.Санкт-Петербург) технологий круглогодичного интенсивного ресурсосберегающего производства высококачественной растительной продукции.

Изделия из «зеленого» графена и наноматериалов на его основе в составе инеженерно-технического комплекса по производству растительной пищи и медицинских растений были продемонстрированы на Международной выставке в Санкт-Петербурге в 2019 году. Согласно заключению выданному по результатам испытаний графенсодержащих светильников для роста растений были отмечены: «высокая эффективность положительного влияния на рост, развитие и формирование продуктивности растений, и обеспечение получения высоких урожаев качественной растительной продукции, соответствующей строгим санитарно-эпидемиологическим требованиям».

Так, для того, чтобы обеспечить своевременный урожай в современных теплицах используется научные обоснованные агротехнологии культивирования растений, качественный семенной материал адаптированных сортов, и нанотехнологии получения растительной продукции с заданными качественными характеристиками. Применяются системы и устройства, произведенные с применением все тех же наноматериалов с заранее заданными свойствами:
- Интеллектуальное автоматическое управление освещением (режим, спектр, интенсивность).
- Интеллектуальное управление всеми рабочими процессами (Интеллектуальная система)
- Инженернотехнические сооружения с регулируемым микроклиматом
- Независимое интеллектуальное управление микроклиматом
- Мониторинг экологический обстановки (Графенсодержащие датчики и сенсоры)
- Система энергообеспечения. (Энергоблоки генерирующие электроэнергию для работы фабрики)
- Система водообеспечения. (Атмосферные генераторы или опреснители воды)
- Инновационное осветительное и вегетационное оборудование (Графенсодержащие фитоэффективные светильники)

Фабрика растений как инновационный инженерно-технический комплекс разработана быть экологичной и автономной, то есть самостоятельно производить для своих нужд воду и энергию, очищать воздух и контролировать экологическую обстановку. При полном отсутствии выбросов в окружающую среду. Это демонстрирует какую степень экологичности, автономности и свободы нам предоставляют нанотехнологии. Нономатериалы, созданные по технологии «зеленый» графен были успешно применены для удовлетворения всех витальных потребностей человека: создание безопасной среды, производства питьевой воды, выращивания пищи, лекарственных растений и создания современных материалов, необходимых во всех сферах деятельности человека.

Какой бы подход ни был выбран, будь то новые процессы, новые реагенты или новые подходы к старым методам, ясно, что следующая волна инноваций в области графена будет иметь зеленый оттенок. По мнению некоторых специалистов эта технология может сыграть очень важную роль в глобальном внедрении ресурсо-ориентированной экономики и очистке окружающей среды. Об этом следует рассказать отдельно.

Резюмируя, можно сказать что применение технологии «зеленый» графен является многообещающим решением вопроса экологичного обращения с ресурсами (в том числе с теми, которые мы привыкли называть отходами) для недорогого масштабируемого производства наноматериалов для различных приложений. Исследователи убеждены, что новация сегодня, предсказанная великими учеными, открывает огромные возможности и имеет громадное значение для развития цивилизации. Технологии, предоставляющие альтернативные источники получения материалов и энергии, показывают широкий спектр возможностей с использованием неиспользуемых или недостаточно используемых ресурсов для новых интересных целей.

НПО ТЕСЛАР - один из мировых разработчиков технологии «зеленый» графен выдвинуло глобальную общественную технологическую инициативу применения комплекса природоподобных технологий для решения задач экологии и перехода к ресурсо-ориентированной экономике. Со слов разработчика и производителя не требуются никаких дополнительных исследований и дальнейших оптимизаций процесса, для использования технологии в масштабе. Программа действий «Квантовый переход к ресурсо-ориентированной экономике» включает комплекс природоподобных технологий 6-го технологического уклада и новой области научных знаний - конвергентной науки. Среди них, технологии круговорота эффективно возобновляемого сырья - здесь называемая как «зеленый» графен.