В последние годы карельский шунгит обрел огромную популярность в качестве уникального лечебного и уберегающего от неблагоприятных воздействий средства. Как в свое время мумие, а затем и кембрийская синяя глина, он объявлен панацеей от десятков болезней и к тому же наделяется способностью защищать от вредного для здоровья электромагнитного излучения окружающих нас бытовых электроприборов.
И действительно прошедшие через залежи шунгитовых пород подземные воды приобретают лечебные свойства, что позволило поправить здоровье не одной сотне тысяч пациентов курорта Марциальные воды.
Обладая электропроводностью, шунгит способен в той или иной мере экранировать высокочастотное электромагнитное излучение, но вот будет ли эффективной такая защита.
Эта горная порода является прекрасным отделочным материалом. Ее глубокий черный цвет давно по достоинству оценили зодчие, использовав шунгитовые сланцы для декора известных исторических строений Санкт-Петербурга. В наши дни такие сланцы широко применяются в ландшафтном дизайне, отделке фасадов и интерьера.
Начатые еще в конце XIX века научные исследования позволили накопить множество данных о свойствах как самих шунгитовых пород, так и условиях их залегания. Но на сегодняшний день нет общепризнанной теории их образования и не решен окончательно вопрос о строении. То есть, достоверно, что же это такое шунгит не ясно до сих пор.
Уникальность свойств шунгитовых пород напрямую связывают с их структурой. Ее особенность заключается в сочетании органической и неорганической составляющих. Благодаря этому шунгит хорошо смешивается с веществами как органической, так и неорганической природы, что позволяет использовать его для изготовления композитных высоконаполненных материалов на основе различных связующих (полимеры, гипс, портландцемент и т.д.).
ОСОБЕННОСТИ СРУКТУРЫ
Шунгит является природным композитом, в котором органическая матрица заполнена неорганическими частицами. Последние представляют собой высокодисперсные микро- и наноразмерные кристаллические включения кварца, сфалерита, марказита, пирита, слюды и иных алюмосиликатов, окислов щелочно-земельных и щелочных металлов и т.д.
Органическая составляющая это углерод и породы различаются по ее содержанию. А вот разнообразие и концентрация неорганических веществ заметно меняется даже в пределах одного месторождения. Такой изменчивый состав шунгита приводит к вариации его физических свойств и возможности технологического применения.
УНИКАЛЬНОСТЬ ШУНГИТОВОГО УГЛЕРОДА
Углерод шунгитового вещества неграфитируемый, то есть не переходит к кристаллической структуре графита. Обусловлено это присутствием в нем таких специфических образований как глобулы. На сегодняшний день среди исследователей нет целостных и согласованных взглядов касательно природы шунгитового углерода.
Согласно наиболее признанной модели, оболочки глобул образованы несколькими слоями графитоподобной углеродной сетки. Как информируют нас школьные учебники, атомы углерода в графите образуют плоские шестиугольные сетки, которые слабо связаны между собой. Поэтому его слои легко отделить друг от друга, но вот вырвать атом из сетки намного труднее.
Глобулы имеют эллипсовидную или близкую к сферической форму, полые внутри и по размерам не превышают 30 нанометров. Пространство между ними заполнено смесью разупорядоченных фрагментов с графитоподобной сеткой и аморфного углерода.
Контактирующие между собой глобулы соединяются в цепочки, которые формируют пронизывающую шунгит трехмерную проводящую электрический ток сетку. Помимо электропроводности, углеродистое шунгитовое вещество обеспечивает породе высокую активность в окислительно-восстановительных реакциях и превосходные сорбционные свойства, то есть способность поглощать различные химические вещества.
При этом такие опасные загрязнители как нефтепродукты и ракетное топливо гептил на поверхности породы окисляются до простых и безобидных соединений H2O и CO2. Неорганические примеси лишь модифицируют обусловленные углеродом свойства шунгита.
Длительное время семейство углерода ограничивалось тремя обусловленными разной структурой модификациями (аллотропами): алмазом, графитом и сажей. Но со средины прошлого столетия благодаря энтузиазму и усильям ученых оно начало активно пополняться новыми «родственниками» - появился карбин, феллерены, нанотрубки, графен. Шунгитовые породы упоминаются касательно двух из них.
В 1985 году научное сообщество всколыхнуло известие о фуллеренах. Сегодня это название на слуху и хорошо известно даже тем, кто совсем не знаком с его сутью. Занимаясь проблемами синтеза фуллеренов, исследователи вполне обосновано допускали, что подобная структурная модификация должна присутствовать в содержащих углерод природных образованиях.
Однако помимо оптимистических, имеются также эксперименты и с негативным результатом, когда фуллерены ф шунгите обнаружить не удалось. Поэтому на данный момент их присутствие в породе окончательно не подтверждено и не опровергнуто, то есть этот вопрос все еще предмет дискуссий.
В 2004 году учеными была получена новая модификация углерода – графен. Структурно он является одним изолированным слоем плоской сетки атомов графита. Шестиугольные «пчелиные соты» толщиной всего в один атом обеспечивают графену уникальные свойства, которые кардинально отличают его от графита.
На сегодняшний день с этим материалом связывают очередной технологический прорыв в наноэлектронике. Энтузиазм исследователей уже воплотился в успешно функционирующие образцы процессоров и микросхем на базе графена, которые миниатюрнее и продуктивнее кремниевых аналогов.
Графен прозрачен, гибок и в то же время прочнее стали. Оценив перспективы, крупные корпорации активно поддерживают разработку на его основе гнущихся дисплеев. К 2020 году прогнозируется создание небьющегося эластичного смартфона, который можно будет одевать на запястье подобно часам, и сворачивающейся в трубку электронной бумаги.
Одним из методов получения графена является восстановление его оксида. Вот тут на сцене и появляется шунгит, который рассматривается как природный аналог подобного графена. То есть структура шунгитового вещества считается состоящей из сложенных в пачки и изогнутых за счет присутствия неорганических частиц графеновых плоскостей.
При этом они или замыкаются, образуя фуллереноподобные глобулы, или встраиваются в слои аморфного углерода в пространстве между глобулами. В связи с этим шунгит рассматривается как очень перспективный материал для технологии получения графена.