Әл-Фараби атындағы ҚазҰУ-дың химия және химиялық технология факультеті бүгінгі таңда әлемдік инновациялық технология арасынан ойып тұрып орын алатындай бірнеше жобаны жүзеге асырып жатыр. Осы жобалар бойынша жұмыс істеп жатқан жас ғалымдардың белсенділігін, құлшынысын көргенде, шыны керек, ішің жылиды. Қазақстан ғылымының болашағына сенесің. Кейде «дәл осындай зерттеу жұмыстары шетелде жүргізілетін болса, онда оның құндылығын, тиімділігін, пайдасын байқаған инвесторлар таласа қаржы құйып, нарықта коммерциялануына күш салар еді-ау» деп те ойлайсың.
Біздің елде де өндіріске еніп жатқан жобалар бар, дегенмен олар некен-саяқ екені жасырын емес. Біз «Электроспиннинг әдісімен талшықты композициялық материалдарды алу және олардың негізінде суперконденсаторлар үшін электродтар жасау» жобасының жетекшісі Меруерт Нәжіпқызын әңгімеге тарттық.
Ағаш үгіндісі – арзан шикізат
Бұл жоба табиғи ресурстарды, оның ішінде су ресурстарын тиімді пайдалану, геология, қайта өңдеу, жаңа материалдар мен технологиялар, қауіпсіз бұйымдар мен құрылымдардың басым бағыты бола алады. Жобаның идеясы – қажетті қасиеті бар электроспиннинг әдісі арқылы композициялық материалдар алу, оларды суперконденсаторларға электродтар ретінде қолдану.
–Біз алдымызға сан алуан нанобөлшектері бар қажетті ұзындықтағы, диаметрдегі және кеуекті лигнинді талшықты композициялық материалдардың синтезін дамыту және олардың негізінде суперконденсаторларға арнап меншікті сыйымдылығы жоғары электродтар жасау мақсатын қойып отырмыз. Сөйтіп, ағаш қалдықтарынан лигнинді синтездеу шарттарын зерттейміз, электроспиннинг әдісімен талшықты композициялық материалдар синтезін пысықтаймыз. Оның ішінде құрылғы жасау, полимер, еріткіш, электродтар арасындағы арақашықтықты айқындап, алынатын талшықты композициялық материалдар түрлері мен өлшеміне байланысты электрлік кернеу шамасын таңдау және зерттеу жұмыстарын жүргізіп жатырмыз», – деді Меруерт Нәжіпқызы бізбен әңгімесінде.
Әлем ғалымдары қазір кез келген полимерді қолданып, түрлі талшықтар алуда. Олар мұндай жұмысқа көбіне дайын лигнинді қолданады. Бұл қымбатқа түседі. «Біз әу баста әр алуан қалдықты кәдеге жаратуды ойладық. Қазір не көп – ағаш үгіндісі көп. Құрылыстан, жиһаз өндірісінен шыққан қалдықтың бәрі өңделіп, я болмаса қайта өңделіп жатыр деп айта алмаймыз. Сондықтан лигнинді сатып алмай, ағаш үгінділерінен алуды ойластырдық. Оған қарағай мен қарағаш үгіндісін таңдадық. Мысалы, біз өзіміздікімен құрамын, қасиетін салыстыру мақсатымен осы жобамызға пайдалану үшін дайын лигнинге де тапсырыс бердік. Оның құнын да алдын ала төлеген едік, 3-4 ай өтті, әлі қолымызға түскен жоқ. Сыртқа тапсырыс бергенбіз, Қытайдан ба, Еуропадан ба, келуі керек еді, әлі хабар жоқ. Көрдіңіз бе, дайын өнімнің өзінің келуі қиын, сондықтан болашақта оны өзіміз өндіріп жатсақ, қандай керемет», – дейді жас ғалым.
Лигнин дегеніміз не?
Лигнин – целлюлозадан кейін екінші орын алатын, күрделі үшөлшемді желілік полимер. Химиялық тұрғыдан лигнин сәйкес құрылымдағы хош иісті полимерлердің қоспасы. Ол биомасса көздерінен алынады. Лигниннің құрамы, сапасы, формуласы, химиялық және физикалық сипаттамалары биомасса көзіне тәуелді. Лигниннің артықшылығы – экологиялық таза өнім болғандықтан, әрі арзан, әрі қолжетімділігі арқасында мінсіз деуге келеді.
Конденсатор мен аккумулятор жасау мүмкіндігі
Меруерт Нәжіпқызының айтуына қарағанда, лигнинді талшықты композициялық материалдарды электроспиннинг әдісімен синтездеу процесі түрлі модификацияланған және өлшемді материалдар алуға мүмкіндік береді. Наноталшықтар алу үшін әдетте негіз ретінде полимер-прекурсорлар қолданылады. «Біздің жұмысымызда қымбат тұратын полимерді алмастыратын лигнин жіктелмеген ағаш жоңқаларынан синтезделеді. Талшықты композициялық материалдар бастапқы прекурсорларға түрлі нанобөлшектерді енгізу арқылы синтезделеді. Олар алынған материалдың одан әрі қолдану саласын анықтайды (мысалы, өткізгіш материал алу үшін полимерлі жіптерге көміртекті нанотүтікшелер қосу керек және т.б.). Алынған композитті материал қажетті жағдайда өңдеуге жіберіледі. Мәселен, көміртекті немесе бейорганикалық наноталшықтар жағдайында күйдіруге жөнелтіледі», – дейді Меруерт Нәжіпқызы.
Бұған қоса, бұл жобада электроспиннинг арқылы олардың негізіндегі композиттер алу және қажетті ұзындықты, диаметрлі, кеуекті наноталшықтар синтезінің режимін пысықтау қарастырылады. Талшықты композициялық материалдар синтезі аясында кешенді зерттеу жүргізген кезде олардың физикалық-химиялық, яғни механикалық, каталитикалық, электрлік т.б. қасиеттерін айқындап, сонымен бірге құрылымын болжау жоспарланған. Алынған материалдардан талшықты композициялық материалдар және қуатты сақтайтын құрылғылар құралады. Мәселен, олардан конденсаторлар мен аккумуляторлар жасауға болады. Анығында, лигнинді наноталшықтар мен олардың негізінде композиттер алу және талшықты композициялық материалдарды синтездеу саласында кешенді зерттеулер жүргізу энергияны сақтайтын құрылғылар, конденсаторлар мен аккумуляторлар жасауға мүмкіндік береді.
Жобаның жаңалығы
Енді осы жұмыстың жаңалығына тоқталсақ. Өйткені кез келген зерттеу жұмысы жаңалығымен ерекшеленетіні белгілі. Жас ғалымдар алғаш рет электроспиннинг тәсілі арқылы жіктелмеген ағаш жоңқасынан лигнин талшықтарын алуды көздеп отыр. Шикізат ретінде ағаш қалдықтары мен жоңқасы пайдаланылады. Зерттеу жұмысы осынысымен құнды. Талшықтарды алуға әдетте полиакрилонитрил (ПАН) қолданылады. Оның бағасы өте қымбат және оны жою қосымша материалдық шығынды талап етеді. Бұрын жүргізілген зерттеулерден принципиалды айырмашылығы – лигнин синтезін ағаш қалдықтарынан алып, олардың негізінде талап етілетін физикалық-химиялық қасиеттері бар құрылымдарды қалыптастыру мақсатында электроспиннинг әдісімен наноталшықтар алуға мұрындық болуда.
Сондай-ақ жоғары меншікті сипаттамалары бар суперконденсаторларға электродтар жасау ісі бойынша тәжірибелер жүргізілуде. Жобада органосольв әдісі арқылы жіктелмеген ағаш жоңқаларынан лигнин синтезделеді. Синтезделген лигнин наноталшықтар алуға пайдаланылады. Лигнинді экстракциялаудың белгілі тәсілдері және арзан электрлік формаланған талшықтарды алу тәсіліне қарағанда, лигнинді синтездеудің осы әдісі арқылы наноөлшемді диаметрі бар үздіксіз талшықтар алуға жол ашылады. Демек, бұл әдіс экономикалық жағынан тиімді әрі қарапайым, оның үстіне көп уақытты қажет етпейді.
Түйін
Егер жоба жүзеге асатын болса, онда, біріншіден, түрлі функционалдық мақсаттағы жаңа өнім алу үшін электроспиннинг әдісімен талшықты композициялық материалдарды синтездеу әдісі бойынша әлемдік жоғары технологиялық нарыққа шығуға жол ашылады. Екіншіден, ел экономикасының бәсекеге қабілеттілігін арттыруға алғышарттар жасалады. Үшіншіден, зерттеу жұмысының нәтижесін механикалық, электрлік, жылуфизикалық қасиеттері жақсартылған жаңа наноматериалдар жасауға маманданған компаниялар, сондай-ақ қуат көзінің элементтерін, наноэлектронды құрылғы, биосенсорлар жасаумен айналысатын компаниялар пайдалана алады.
Биыл Меруерт Нәжіпқызы Түркияның Эскишехир техникалық университетінде нанотехнология саласы бойынша кәсіби білігін шыңдап келді. «Мемлекет жас ғалымдарды қолдап, бюджеттен миллиондаған қаржы көзін бөлуде. Шетелге шыққан жастар тағылымдамадан терең тәжірибе жинап, кәсіби машығын байытып қайтуға тиіс. Заманауи озық технологиямен танысып, зерттеу жұмысыңа қатысты тың жобалар мен әзірлемелердің қалай жасалып, қалай жүзеге асып жатқанын көру, көңіліңе тоқу зор мүмкіндік емес пе? Өзім тәжірибе алмасуға барғанда бар зейінім мен құлшынысымды ілім-білімге, кәсіби деңгейімді арттыруға жұмсаймын, уақытымды босқа шығындағым келмейді. Ел мен жерді тек демалыс күндері аралаймын, қалған уақытта оқу орнының ғылыми-зерттеу аумағында боламын», – дейді Меруерт Нәжіпқызы.
Гүлзат НҰРМОЛДАҚЫЗЫ
