Такие батареи используются для выработки электроэнергии в авиационной и космической технике, в подводных лодках, кораблях, электровозах, в коммунальном хозяйстве и других областях. Представленная учеными технология дешевле, технологически проще и экологичнее, чем зарубежные аналоги.

Сегодня в водородной энергетике для создания двигателей используются батареи топливных элементов, одним из компонентов которых являются газодиффузионные подложки. Это конструкции в виде легкого и прочного листового материала с высокой пористостью, хорошо пропускающего газы, с высокой электро- и теплопроводностью. В зарубежных аналогах газодиффузионных подложек используются углеродные волокна на основе полиакрилонитрила. Вопрос импортозамещения в этой области решил коллектив ученых под руководством профессора кафедры наноструктурных, волокнистых и композиционных материаловимени А. И. Меоса СПбГУПТД Владимира Лысенко. Специалисты разработали новые углеродные волокна, которые обладают всеми необходимыми характеристиками на уровне мировых стандартов и даже превышают их.

«На данный момент в России углеродные волокна с высокой электро- и теплопроводностью в промышленных масштабах не производятся. За рубежом они изготавливаются из полиакрилонитрила при температурах порядка 2500-2800°С по чрезвычайно сложной технологии. Мы поняли, что её необходимо упрощать за счет выбора перспективного материала. В результате информационного моделирования и многокритериальной оценки мы определили, что наиболее перспективными являются углеродные волокна на основе полиоксадиазола. В ходе многочисленных экспериментов мы изготовили данные волокна и газодиффузионные подложки на их основе. Испытания показали, что наша разработка не только удовлетворяет самым высоким техническим требованиям, но и превосходит лучшие зарубежные аналоги», — рассказывает автор технологии, профессор СПбГУПТД Владимир Лысенко.

Технология ученых СПбГУПТД и более экологически чистая. Термическая обработка при изготовлении углеродных волокон из полиакрилнетрила приводит к выделению высокотоксичных цианидов, чего не происходит при их изготовлении из полиоксадиазола. К тому же ученые доказали, что для создания газодиффузионных подложек по их технологии можно использовать даже неутилизируемые отходы текстильных предприятий. Но основное преимущество в цене: разработка позволяет создавать углеродные волокна минимум на 30% дешевле, чем зарубежные аналоги.

«Достоинства нашей технологии по сравнению с зарубежными состоят в том, что нам не надо изготавливать полимерные волокна из дорогого сверхчистого полиакрилнейтрила, проводить их предокисление и вытяжку на всех этапах производства, — отметил Владимир Лысенко. — При этом температуру изготовления углеродных волокон мы снизили с 2500-2800°С до 2200°С. Таким образом,мы исключаем из традиционно существующего производственного цикла несколько технологических этапов. Это снижает затраты на производство, и как следствие — снижается себестоимость углеродных волокон и газодиффузионных подложек на их основе».

Название прикрепилось к команде, когда после долгих и многочисленных попыток найти идеальную формулу растворения бетулина ребята наконец совершили прорыв, получив новую модификацию вещества. Бетулин — компонент, содержащийся в бересте березовой коры, он известен тем, что способен оказать огромную иммуномодулирующую поддержку организму, эффективен в борьбе против рака, гепатита и ВИЧ.

«Перед учеными стоит важная задача — повысить биологическую активность природного бетулина. Сложность возникает из-за его плохой растворимости в воде и, следовательно, низкой биологической доступности. С этой целью мы изучаем различные методы химической модификации бетулина. Если вводить в его молекулу соединения, содержащие, фосфор, то он станет более жиро— и водорастворимым, а значит, есть шанс найти идеальную формулу создания нового компонента для лекарств, способных лечить рак и ВИЧ», — рассказала аспирантка Высшей школы технологии и энергетики СПбГУПТД, член студенческого научного общества Елена Вахрушева.

Нерешенные вопросы в лабораторных исследованиях Елены и Екатерины остаются, ведь природные соединения сложно поддаются стандартным химическим операциям, есть и трудности с хранением полученных продуктов.

«Те соединения, которые получили мы, — новые, ранее неизвестные. Это не только фосфорзамещенные соединения, мы синтезировали и другие производные бетулина с новыми заместителями. Но их недостаточно, нужно что-то еще, что сможет доставить вещество в клетку. На практике, однако, невозможно исследовать все заместители, которые проявляют какую-либо биологическую активность, ввести их в молекулу, так как вариаций невероятное множество. Но у нас уже есть первые результаты, а значит, мы будем продолжать», — рассказала магистрант Высшей школы технологии и энергетики СПбГУПТД, также член студенческого научного общества Екатерина Чердакова.

Для проведения исследований Елена и Екатерина собрали установку для получения бетулина. Бересту девушки перетирают в мелкую крошку, загружают в емкость под названием «экстрактор» и несколько раз проливают специальными растворителями, в которых хорошо растворяется бетулин (в фармацевтике такие растворители использовать нельзя, потому что они вредны для организма). Опытным путем Елена и Екатерина нашли оптимальный размер фракции бересты, позволяющий получить наибольший выход вещества. К слову, сама береста является отходом на лесопромышленных предприятиях, поэтому дальнейшие исследования студентов Высшей школы технологии и энергетики СПбГУПТД позволят доказать возможность применения этого природного материала как исходного сырья для получения ценных лекарственных препаратов.

Сейчас студенты находятся на стадии получения модифицированного бетулина, впереди исследования на биологическую активность и пополнение команды микробиологами.

Цена таких тканей будет существенно ниже аналогичных антибактериальных материалов.

При создании тканей ученые использовали наночастицы меди, которые, как и серебро, обладают антибактериальными свойствами и применяются для подавления болезнетворных бактерий. «Медь имеет свойство окисляться, и чтобы поддерживать её стабильность, нужно вводить химические добавки, что вывело бы технологию из разряда экологичных. Но нам удалось решить эту проблему и найти способ подавления процесса окисления без введения определенных химикатов», — комментирует один из авторов разработки аспирант кафедры химических технологий СПбГУПТД Екатерина Кудрявцева.

В процессе исследования ученые доказали, что при использовании наночастиц меди совместно с наночастицами серебра наблюдается синергетический эффект, то есть медь с серебром усиливают действие друг друга.

«Тесты показали, что устойчивость к микробиологическому разрушению созданных нами антибактериальных тканей составила 94%, тогда как при использовании только серебра — 8-12%. Также мы зафиксировали ингибирование роста кишечной палочки и золотистого стафилококка», — рассказала доцент кафедры химических технологий СПбГУПТД Алла Буринская. — За счет создания нами биметаллических наночастиц медь-серебро можно существенно снизить стоимость известных на рынке бактерицидных материалов, так как, во-первых, использование меди позволило значительно уменьшить количество серебра, применяемого при создании тканей: соли серебра на рынке сегодня в среднем стоят 25000 рублей за кг, тогда как сульфат меди 180 рублей за кг. Во-вторых, концентрации применяемых солей очень малы, что существенно повышает экономическую выгоду».

В результате тестовых испытаний ученые получили высокие показатели прочности закрепления биметаллических наночастиц в структуре текстиля, в результате чего срок службы медицинской маски, сделанной из такой ткани, будет ограничиваться только прочностью выбранного материала для обработки наносоставом. Стоимость самой обработки одной готовой маски на производстве будет составлять всего 70 копеек без учета затрат на воду и электроэнергию.

Технология, разработанная учеными кафедры химических технологий СПбГУПТД, применима к любому материалу: это хлопчатобумажная и вискозная ткани, шерсть, шелк, а также конопляное волокно, лён, капрон, полиамидная и целлофановая пленка и так далее. При этом при обработке ткани или пленки достигается колористический эффект: материал приобретает золотисто-желтый, бежевый, коричневатый оттенок. Это позволит исключить операцию крашения как одного из этапов производственного процесса или же существенно сэкономить на расходе красителей.

Помимо средств индивидуальной защиты ученые предполагают использовать технологию при создании текстильных изделий для больниц, нижнего белья для исследователей, отправляющихся в долгосрочные экспедиции, мешков для зерна и даже капроновых фильтров. А сам раствор, испытуемый при создании ткани, можно применять для антибактериальной обработки древесины. За счет колористического эффекта в виде бежевых и коричневых тонов с золотистым оттенком материалы планируется использовать в сфере промышленного дизайна, дизайна одежды и мебели.