Разработка и получение опытных образцов графеновых материалов различного типа (оксид графена, суспензии оксида графена, сухие графеновые материалы, графеновые аэрогели, графеновые мембраны, проводящие чернила, нанооксид графена). Оптимизация технических параметров получаемых материалов.

Объект исследования - процессы синтеза и восстановления оксида графена, графеновых аэрогелей, графеновых чернил, механизмы образования пленок из оксида графена, процессы механической эксфолиации графита в жидких средах. Цель исследования - разработка и оптимизация методов получения различных графеновых материалов: оксида графена, восстановленного оксида графена, аэрогелей, графеновых чернил на водной и органической основе, метода изготовления мембран из оксида графена и их модифицирования, а также метода синтеза нанооксида графена. Разработана масштабируемая методика получения оксида графена. Для этого был предложен и апробирован ряд подходов к модифицированию метода окисления графита Хаммерса в целях недопущения неполного окисления графита и упрощения процесса очистки получаемого продукта. Наработано свыше 1500 г целевого продукта (оксида графена) для выполнения всех этапов НИОКР. Разработаны и апробированы методики получения восстановленного оксида графена (ВОГ). Показано, что наиболее электропроводным является ВОГ, полученный химическим восстановлением. Образцы, полученные микроволновой эксфолиацией и термическим нагревом, обладают большим удельным сопротивлением. Наиболее развитой поверхностью обладает ВОГ, полученный микроволновой эксфолиацией (более 700 м²/г). Установлен различный характер распределения пор по размерам для образцов ВОГ, полученных микроволновым и химическим восстановлением. Микроволновый образец имеет более дефектную структуру и больший объем пор по сравнению с образцом, полученным химическим восстановлением. В связи с этим данные продукты могут иметь разное применение в промышленности в дальнейшем. Разработана масштабируемая методика получения гранулированного аэрогеля на основе суспензии оксида графена. Предложен и апробирован ряд подходов к восстановлению таких гранул; показано, что термическая обработка при мягких условиях позволяет получать устойчивые к растворению гранулы аэрогеля. В такой форме графеновый аэрогель может быть использован в качестве носителя катализатора или сорбента с высокой сорбционной емкостью. Разработаны и апробированы масштабируемые методики получения аэрогелей в виде штучных изделий практически любой формы и объемом до 2000 см³. Описанная методика позволяет получать аэрогели, форма которых не изменяется и не деформируется на всех этапах изготовления и восстановления. Показано, что анизотропные поры в аксиальном направлении усиливают их механическую прочность и аэрогель может выдержать вес, превышающий собственный более чем в 2000 раз. Разработана масштабируемая методика получения графеновых чернил на водной и органической основе. Предложено использование в качестве восстановителя и стабилизатора ОГ-частиц экологически безопасных «зеленых» реагентов - глюкозы, аскорбиновой и гуминовой кислот. Показано, что разработанный метод получения графеновых частиц механической жидкостной эксфолиацией более чем в десять раз эффективнее ультразвуковой обработки графитовых суспензий. Подана заявка на патент №2018138062 «Графеновые чернила и способ их получения». Разработана и апробирована методика получения оксид-графеновых мембран площадью не менее 0,1 м², что может существенно расширить область применения таких материалов в качестве сепараторов химических источников тока. Предложен путь модифицирования таких мембран малыми добавками хитозана с целью улучшения механических свойств. Модифицированная мембрана имела на 54% больше прочности на разрыв по сравнению с мембраной из исходного оксида графена. Разработана методика массового получения препаратов нанооксида графена. НаноОГ успешно исследуется и тестируется как перспективный материал-носитель для таргетных препаратов в онкологии. Полученные графеновые материалы могут быть применены в различных отраслях экономики: медицина (лекарственные препараты, антибактериальные и ранозаживляющие материалы), легкая промышленность (электродные материалы для источников тока, гибкая электроника, смарт-текстиль, полимеры с улучшенными эксплуатационными характеристиками), экология (очистка воды, ликвидация нефтехимических и прочих загрязнений) и др. Технические параметры всех образцов соответствовали техническому заданию.