3. Терморасширенный графит

Терморасширенный графит (ТРГ), выпускаемый в промышленных масштабах, не принадлежит к наноматериалам, поскольку толщина чешуек составляет сотни нанометров, и лишь при определенных условиях синтеза эта толщина может быть значительно уменьшена. Этот материал обладает рядом свойств графита и, кроме того, эластичен и сжимаем. Его свойства слабо зависят от температуры. На воздухе он устойчив до 450–500 ^оС, в инертной атмосфере – до 2500 ^оС.

Основной принцип синтеза ТРГ состоит в интеркалировании кислотами при обязательном присутствии окислителей (интеркалация описана в разд. 2.1.5), последующем гидролизе, сушке и нагревании продукта. При быстром нагревании продукта (режим термоудара) выделяются газы, резко возрастает давление интеркалянта в межслоевом пространстве графита, что приводит к расщеплению кристаллов графита на отдельные чешуйки субмикронной толщины.

Существует два метода интеркалирования: химический и электрохимический. Первый предусматривает использование газообразных или жидких реагентов. В промышленности синтез ведут интеркалированием природного чешуйчатого графита сильными неорганическими кислотами (концентрированная H₂SO₄ с добавками окислителей, чаще всего HNO₃) с последующим гидролизом водой, сушкой и резким нагреванием до 900–1500 ^оС, охлаждением и прессованием или каландрованием (сжатием при пропускании между вращающимися валками) полупродукта. Химический метод предполагает получение гидросульфата или нитрата графита и приводит к образованию графеновых стопок толщиной в десятки и сотни нанометров.

Электрохимическое интеркалирование протекает в условиях гальваностатического (постоянна величина тока) или потенциостатического (постоянна величина напряжения) анодного окисления.

Особенность ТРГ – способность компактироваться без какого-либо связующего. Материал выпускается под марками графлекс (Россия), Grafoil (США) и используется в качестве прокладочного материала или нагревателей. Неуплотненный ТРГ – эффективный сорбент и носитель катализаторов.

Недостаток некоторых видов материала – наличие остатков кислоты, что ограничивает его применение из-за коррозионной активности. Кроме того, компактированный материал химически нестоек и способен расщепляться под действием реагентов.

Определенные области применения имеют оксиды графита – промежуточные продукты при получении ТРГ. Их можно использовать для нанесения покрытий с различными свойствами.

Сочетание спиртовой и кислотной обработки позволяет снизить толщину стопок до 6–7 нм (такой материал относится к графенам).

В России разработана опытно-промышленная технология наноструктурированного графита путём фторирования графита IF₇ и термическим разложением интеркалированных соединений графита. Продукт, получаемый из природногокрупнокристаллического графита Тайгинского месторождения (Урал, Россия), представляет собой спиралевидные нити длиной 7–10 мм с толщиной стопок графеновых слоёв 5–8 нм. Каждый грамм продукта способен поглощать и удерживать до 300 г. жидкости. Благодаря наличию небольшого количества остаточного иода продукт обладает высокой ранозаживляющей активностью, что позволяет применять его в качестве адсорбента в медицинских перевязочных салфетках.

При УЗ-облучении дисперсии терморасширенного графита удалось получить графеновые ленты шириной 10–100 нм.