Любая технология в мире начинается с решения материаловедческих задач. Используя знания физики, химии, математики и программирования ученые создают новые материалы, открывают прежде неизвестные явления и изучают свойства уже существующих. Таким образом решаются важные научные и экономические задачи общества. Многие из них столь интересны, что заслуживают подробного рассмотрения. Очередная встреча с учеными Научно-практического центра НАН Беларуси по материаловедению — это всегда разговор об открытиях, новых горизонтах, гордость за национальную науку. Здесь нам рассказали о направлениях деятельности, наиболее актуальных в наши дни.
Высокий драйв
— По-прежнему уделяется пристальное внимание развитию технических устройств, использующих портативные источники электроэнергии, и в нашей стране, и за ее пределами. Этот процесс уже не остановить, поскольку у мирового рынка есть запрос не только на электрокары, но и на бытовые современные гаджеты, работающие на автономных источниках электроэнергии, — делится мнением доктор физико-математических наук, академик-секретарь отделения химии и наук о Земле, в недавнем прошлом заместитель генерального директора по научной и инновационной работе НПЦ НАН Беларуси по материаловедению Алексей Труханов. — Совершенно очевидно: тот, кто выиграет гонку, прежде всего в научно-техническом противостоянии по этому направлению, будет определять не просто технологический, а экономический облик мира. За лидерство борются многие страны. Сегодня наибольшие достижения демонстрируют разработчики Китая — их, в свою очередь, немало привлекает сотрудничество с нашими учеными, что обоюдовыгодно и интересно.Коллеги из Поднебесной с любопытством смотрят на то, что происходит в мире, прекрасно понимая: далеко не всегда лучшая технология создается в одной лаборатории. Другая страна и другие ученые — это новые идеи и взгляды на решение научных задач. В реальном сотрудничестве, научной кооперации работать продуктивнее. Напротив, сознательное замыкание и капсулирование на уровне отдельного государства никогда не приводит к бурному росту.
Среди технологий портативных источников электроэнергии по-прежнему самая эффективная — создание литийионных аккумуляторов. Но поскольку литий достаточно дорог и запасы его исчерпаемы, активно развивают альтернативу. Редкий элемент заменят доступным по цене «соседом» по таблице Менделеева — натрием, которого на планете достаточно: он содержится в морской воде и соляных копях да и добывается значительно проще. Его использование — новая веха в развитии данной сферы.
Значимой задачей прошлого года стало техническое оснащение лаборатории физико-химических технологий, где развивается перспективное научное направление, чтобы создать опытную партию данных батарей. Производство связано с особыми, по сути, экстремальными условиями — критически минимальной концентрацией кислорода и воды. И если раньше ученые выполняли такую работу в малом экспериментальном боксе площадью в 1 квадратный метр, теперь для этого приобретен другой, значительно больше, чтобы формировать не одну ячейку вручную, а десятки и автоматизировано. Цель — сделать больший по емкости аккумулятор, уже для электроскутера или электромобиля.
Особый запас прочности
Сегодня технологии, созданные в лаборатории физики высоких давлений и сверхтвердых материалов, внедряют не только в нашей стране — по всему миру. Еще при ее образовании была заложена тесная связь науки и производства. Чтобы сократить время реализации научных открытий, лабораторию дополнили производственным участком.
Заместитель генерального директора Олег Игнатенко демонстрирует твердосплавный малый пуансон для синтеза монокристаллов алмазов на установке высокого давления.— Изначально нашим достижением стало получение сверхтвердых материалов, которые используют в создании разных инструментов для обработки, — рассказывает заместитель генерального директора кандидат физико-математических наук Олег Игнатенко. — Посмотрите: повсюду нас окружают предметы, которые в процессе изготовления прошли обязательный этап преобразования — финальную обработку. Ее ничто не минет: ни простое карманное зеркало, ни двигатель внутреннего сгорания, который сделан из чугуна или иного прочного сплава. Но какой материал использовать во втором случае? Логично, что не привычно твердый, а сверхтвердый, иначе чугун ему не уступит.
В лаборатории создали материал прочнее алмаза — кубический нитрид бора (стоит отметить, что Беларусь входит в десятку стран, которые обладают данной компетенцией). Его считают вторым по твердости после известного минерала углерода. Однако, проведя ряд исследований и последующих манипуляций, ученым лаборатории удалось повысить его прочностные характеристики. Кубический нитрид бора сам по себе уникален: превосходит алмаз по термо- и радиационной стойкости, химической инертности. Сегодня из него создают очень надежные инструменты, которые необходимы и в быту, и в тяжелой промышленности. Также его применяют в микроэлектронике.
|
|
|
| Синтетические алмазы и изумруды и изделия из них. | ||
В конце прошлого года лаборатория заключила новое взаимовыгодное партнерство с ООО «Агрострой», которое под брендом «Глубур» производит долота для бурения скважин и отправляет их на экспорт. Это перспективный партнер и заказчик сложной продукции: компания хочет получить для буровых долот основания — сейчас эти изделия предприятие закупает в Китае. Лаборатории же интересна эта коллаборация, поскольку она ставит перед учеными научные задачи мирового уровня.
Младший научный сотрудник Илья Сидоров.Превосходя аналоги
— Мы не просто создаем новые материалы, но и по требованию партнеров улучшаем их свойства, регулируя важные физико-химические характеристики: жаро- и ударопрочность, трещиностойкость, — комментирует заведующий инновационно-технологическим центром с опытным производством, руководитель лаборатории тугоплавкой керамики и наноматериалов кандидат физико-математических наук Сергей Леончик. — В рамках международного проекта «Инновационные высокопрочные интерметаллические нанокомпозиты» ключевой задачей для ученых стало создание образца жаропрочного, легкого и твердого материала, который сохраняет свои свойства при температуре 1600 градусов Цельсия, а также выдерживает максимально высокие механические нагрузки, — это интерметаллит, который в силу своей уникальности может получить обширное применение. Например, при создании лопаток турбин газотурбинных преобразователей космических летательных аппаратов. В экстремальных условиях турбины испытывают колоссальные нагрузки — высокое давление, трение, большой разогрев, чего не выдерживают сплавы металлов. Интерметаллит, как показали эксперименты, справляется с такими испытаниями.
Заведующий инновационно-технологическим центром с опытным производством Сергей Леончик.Есть у тугоплавкой керамики и более «земное» применение — инструментальная промышленность. Сейчас лаборатория сотрудничает с ОАО «Минский завод шестерен» — разрабатывает для предприятия импортозамещающую продукцию: особые резцовые вставки, которые используются для подшипников карьерной техники. В связи с санкционной политикой поставки таких изделий из Германии прерваны, и перед НПЦ поставили задачу представить аналоги высокого качества. По словам Сергея Леончика, через год выйдут на достойный результат.
Упоминая об особых достижениях лаборатории, нельзя оставить незамеченным создание беланита — нового сверхтвердого керамического тугоплавкого материала на основе кубического нитрида бора, из которого производят режущий инструмент для обработки закаленных сталей, серых чугунов, цветных металлов и их сплавов. Свойства материала уникальны: он обладает гетерогенной нано- и микрокристаллической структурой и максимально высокой трещиностойкостью. Ученые продолжают совершенствовать его, создавая беланит-2 и беланит-3.
Космически важно
— Последние десятилетия в результате активного развития электротехнической, радиоэлектронной, информационной и военной техники значительно повысился уровень электромагнитного фона, расширился диапазон используемых частот электомагнитного излучения, возросла их амплитуда. Человечество создало совершенно новые условия окружающей среды по сравнению с существующими многие тысячи лет ранее, — обращает внимание главный научный сотрудник лаборатории физики магнитных пленок доктор физико-математических наук Сергей Грабчиков. — В этой связи Всемирная организация здравоохранения определила одной из приоритетных задач мирового сообщества решение проблемы негативного воздействия технологических электромагнитных полей, прежде всего на здоровье человека.
Главный научный сотрудник Сергей Грабчиков.Однако под угрозой негативного воздействия не только люди, но и точнейшая техника: радиоэлектронная аппаратура, информационное и телекоммуникационное оборудование, их электронные компоненты, блоки и чувствительные элементы. Чтобы решить целый ряд перечисленных вопросов, необходимо создание материалов электромагнитной и радиационной защиты, что и входит в сферу интересов ученых лаборатории физики магнитных пленок.
Они предлагают технологии изготовления многослойных, широкополосных и составных электромагнитных экранов с новыми, недостижимыми для традиционных материалов физическими свойствами. И спектр их довольно широк.
Образцы магнитных пленок перед исследованием методом сканирующей электронной микроскопии.Например, экраны защищают пользователей электротранспортных средств от негативного влияния постоянных и низкочастотных электромагнитных полей (ЭМП). Дело в том, что уровень переменных ЭМП, генерируемых электромобилями, в 10–100 раз превосходит рекомендованный медиками гигиенический норматив — 0,2 микротеслы. Согласно исследованиям, нахождение людей в условиях переменных магнитных полей с индукцией 0,2–6,0 микротеслы — фактор риска развития сердечно-сосудистых и онкологических заболеваний, астении и ослабления иммунитета. Разрабатываемая в лаборатории электромагнитная защита значительно снижает уровень воздействия полей, что позволяет приблизиться к рекомендованным нормативам.
Экраны также позволяют защитить приборы и оборудование беспилотных летательных аппаратов, ракетно-космической и другой техники от воздействия мощных электромагнитных импульсов и обеспечить таким образом их надежную работу.
Еще одно применение данной защиты — поддержание эффективности электротехнических приборов, а именно обеспечение электромагнитной совместимости различных блоков радиоэлектронной аппаратуры, в том числе космических аппаратов. Показательный пример — успешное обеспечение электромагнитной совместимости приборов международной миссии «Бепи Коломбо» по исследованию Меркурия.
Младшие научные сотрудники лаборатории физики магнитных пленок Татьяна Усович, Анастасия Роткович, Анастасия Бондарук.Сейчас НПЦ готовится к совместной работе с российскими коллегами над развертыванием с 2027 по 2032 год новой Российской орбитальной станции, которая продолжит освоение космоса после завершения деятельности МКС. Основными задачами лаборатории станут защита электронных компонентов от воздействия радиации, повышение надежности и сроков службы космической аппаратуры.
Уважаемые коллеги!
Сердечно поздравляю вас с Днем белорусской науки!
Генеральный директор Валерий Федосюк.
Ученые прилагают огромные усилия для раскрытия потенциала, сохранения и роста достижений отечественной науки, которая всегда служила на благо общества, поддерживала совершенствование образования, укрепляла идеи гуманизма, способствовала росту экономики страны.
Кропотливый труд опытных и молодых ученых — это вечный поиск, исследования, изыскания, экспериментальная работа и, конечно, огромная радость открытий и изобретений. Благодаря им растут и укрепляются многие производственные отрасли страны, повышается ее престиж в мировом сообществе.
Ценность и значимость развития науки не подлежит сомнению — ученые всегда были и остаются интеллектуальным и культурным ядром любого общества. Их бесценные знания и опыт, умение передавать богатое наследие своим ученикам помогали двигать цивилизацию вперед.
Сегодня немало молодых людей связывают свое будущее с научной сферой. Их мотивация, горящие глаза, способности и таланты будут способствовать развитию фундаментальной и прикладной отечественной науки. Это достойная, благородная миссия.
От всей души желаю научному сообществу продолжения творческого поиска, особенных озарений, высоких достижений и реализации совершенных открытий.
Счастья, радости, признания и процветания!
Генеральный директор Научно-практического центра НАН Беларуси по материаловедению член-корреспондент НАН Беларуси доктор физико-математических наук Валерий ФЕДОСЮК.
