Графеновые нанопластины (ГНП) — одна из товарных форм графеновых материалов. Это плоские микрочастицы толщиной от нескольких единиц до десятков слоев атомов углерода. Их электрические, термические и механические характеристики незначительно уступают выдающимся физиким свойствам однослойного графена, а по химической стойкости (инертности) не уступают вовсе.
Крупнейшие производители графеновых нанопластин — компании из США и КНР. Лидеры рынка, китайская Ningbo Morsh Technology и американская XG Sciences, ежегодно производят сотни тонн графеновых нанопластин в виде черно-серых порошков и суспензий. Их основные сферы применения: электроды для литий-ионных батарей и суперконденсаторов, электропроводящие чернила, смазочные материала, защитные и экранирующие покрытия, упрочненные пластмассы, резины и бетоны, тепло- и токопроводящие пасты и полимеры.
Если в Китае и США графеновые компании исчисляются десятками, то в России их можно пересчитать по пальцам. Среди первопроходцев — компания из Тамбова «НаноТехЦентр», на сайте которой указано, что технология получения графеновых нанопластин «отработана в масштабе 100 грамм графенового материала за один цикл, ведутся работы по созданию опытно-промышленной технологической линии с производительностью 1-5 кг в смену». В мае 2021 года представитель московского предприятия «Институт графена» рассказал о создании «первой в России установки полупромышленного типа для производства чистого (99,6-99,8%) графена», производительностью «несколько килограммов графена в месяц». Больше новостей о проекте не поступало.
Для пермской компании «Силур» производство графеновых материалов — новое направление развития. Основная специализация «Силур» — выпуск уплотнительных материалов и уплотнений из терморасширенного графита для экстремальных условий эксплуатации: высоких давлений, температур и агрессивных сред. Среди клиентов компании предприятия нефтеперерабатывающей, нефтехимической и энергетической отраслей.
«Работая с терморасширенным графитом, мы, конечно, рассматривали перспективы производства и использования других углеродосодержащих материалов, в первую очередь графенов, — говорит генеральный директор ООО “Силур” Исаев Олег Юрьевич — Графен и его разновидности имеют широкий спектр практических применений и, если верить прогнозам, способны совершить революцию во множестве отраслей промышленности. Но без научного задела наладить их промышленный выпуск невозможно. Этот путь мы прошли вместе с компанией “Русграфен”, имеющей серьезный опыт реализации графеновых НИОКР».
Основанная сотрудниками Института общей физики (ИОФ) РАН компания «Русграфен» первая в России наладила выпуск однослойного монокристаллического графена в виде пленки на различных подложках: медных, никелевых и кремниевых. Этот «чистый» графен используется в научных исследованиях и высокотехнологических секторах промышленности, например, в электронике для производства сверхчувствительных датчиков и гибких сенсорных панелей. Разработка оборудования для синтеза графеновых нанопластин — следующий этап развития компании «Русграфен».
«Нам повезло с промышленным партнером: современная технологическая база “Силура” позволила быстро организовать опытно-промышленный цех по производству графеновых нанопластин, — рассказывает генеральный директор компании “Русграфен”, старший научный сотрудник ИОФ РАН Максим Рыбин. — Проектная мощность нашей установки — 5 кг ГНП за смену или более 100 кг в месяц. Производство легко масштабируется. В основе уникального метода получения графеновых нанопластин лежит сочетание технологий терморасширения графита и ультразвуковой кавитации высокой мощности. Параметры синтеза настраиваются под конкретную индустриальную задачу. Например, для создания электродов аккумуляторных батарей нужны тонкие, хорошо проводящие гарфеновые нанопластины с большой удельной площадью поверхности. Для армирования пластиков и резин толщина и электропроводность нанопластин не так важна, однако они должны быть модифицированы для лучшего сцепления внутри материалов».
По словам представителей компаний «Силур» и «Русгарфен», первые партии графеновых нанопластин планируется использовать для модернизации литий-ионных батарей, создания электропроводящих красок и чернил для гибкой печатной электроники и экранирующих покрытий, производства тепло- и токопроводящих паст и полимеров. Российские разработчики из данных сфер проявляют наибольший интерес к графеновым материалам. Следующим шагом станет выпуск графенов для улучшения свойств смазочных материалов и антикоррозийных покрытий, в качестве армирующий добавки в пластики, резины и бетоны.
Последние десятилетие графеновая промышленность активно развиваются во всем мире. С 2013 года в Европе действует инновационная программа Graphene Flagship бюджетом в 1 млрд. евро. В США работает National Graphene Association, графеновой тематикой заняты R&D центры IBM, SanDisk, Ford, Boeing и других крупных компаний. В Китае, с его 80% мировыми запасами кристаллического графита, основного сырья для производства графена, создан Инновационный альянс графеновой промышленности (China Innovation Alliance of the Graphene Industry). Сегодня это 29 графеновых промышленных парков, 54 графеновых института и 8 графеновых инновационных центров. Суммарные мощности китайских производств — более пяти тысяч тонн графеновых порошков в год.
В России развитие графеновых технологий курирует Минпромторг. Весной 2019 году создан научно-координационный совет по графену, осенью началась разработка плана мероприятий «Развитие производства графена и продукции на его основе в Российской Федерации», с контрольным сроком выполнения программы до 2024 года. Одна из задач инициативы — сооружение опытно-промышленных установок производства графеновых материалов мощностью 10 т в год. О ходе реализации программы в открытых источниках с тех пор не сообщалось.
