Наука — для производства

24 ноября в рамках отраслевой выставки «Строительство» состоялся круглый стол на тему «Инновационные проекты Воронежской области». Ученые, аспиранты и студенты крупнейших вузов региона представили свои разработки, которые в будущем смогут сделать производственный процесс более эффективным.

С вой доклад по инновационному проекту представила Людмила Станиславовна Нечаева (ВГУ). Тема ее работы — «Создание программно­вычислительного комплекса для компьютерного моделирования структурных, сорбционных и электронных свойств фуллеренов и углеродных нанотрубок и процессов адсорбции».

Отметим, что учёные давно заметили, что использование наноструктур даёт возможность существенно улучшать свойства различных материалов и технологических процессов. Особая роль в совершенствовании свойств существующих из них принадлежит углеродным наночастицам. И учёные университета как раз и занимаются теоретическими исследованиями и разработкой методики внедрения наноструктур в существующие материалы с целью улучшения эксплуатационных свойств.

— Целью нашего проекта является создание программно­вычислительного комплекса, позволяющего выполнять моделирование структуры, анализ электронных и адсорбционных свойств углеродных наноструктурированных сорбентов, разработка технологии допирования полимеров углеродными нанотрубками на примере эпоксидных лакокрасочных материалов и цеолитов, а также исследование процессов формирования бионаноструктур с углеродными нанотрубками, — рассказала Людмила Нечаева. — Разработанный программно­вычислительный комплекс содержит следующие программные модули: расчета координат атомов углерода в углеродных нанотрубках различной структуры; интерпретации данных, описывающих свойства углеродных наночастиц; визуализации функций электронной плотности, электронного потенциала и молекулярных орбиталей, рассчитанных программой Gaussian. Программно­вычислительный комплекс также включает базу данных структуры и свойств углеродных наночастиц и других сорбентов. В базу данных внесены результаты квантово­химических расчетов, на основании которых выявлены закономерности изменения структурных, электронных и сорбционных свойств углеродных наночастиц, построены обобщенные математические модели. Результаты, полученные с использованием программно­вычислительного комплекса, позволяют осуществить направленный выбор углеродных наночастиц для получения новых материалов. В ходе выполнения проекта были получены новые материалы с углеродными нанотрубками: эпоксидные лакокрасочные материалы, допированные УНТ; гибридная наноструктура глюкоамилаза­УНТ­SiO2­Si; клиноптилолитовый сорбент, допированный УНТ. Мы провели эксперимент: металлические пластинки, покрашенные лакокрасочным материалом без и с добавлением УНТ, были помещены на 600 часов в раствор морской соли. В результате установлено, что допирование углеродными нанотрубками лакокрасочных материалов приводит к усилению антикоррозионных свойств покрытия. Присутствие коротких углеродных нанотрубок в гибридной структуре глюкоамилаза­УНТ­SiO2­Si приводит к расширению функциональных возможностей фермента глюкоамилазы: в 1,5 увеличивается каталитическая активность и расширяется интервал термоустойчивости глюкоамилазы по сравнению с недопированным материалом. Клиноптилолитовый сорбент, допированный УНТ, обладает сорбционной способностью на 30 процентов выше по сравнению с исходным материалом. Клиноптилолиты с углеродными нанотрубками могут быть использованы в качестве рабочего вещества в сенсорах для определения загрязнений окружающей среды.

Руководителем разработки является Бутырская Елена Васильевна, профессор, доктор химических наук. Прикладные научные исследования проводятся при финансовой поддержке государства в лице Минобрнауки России по Соглашению № 14.574.21.0112 от 21 октября 2014 г. Уникальный идентификатор прикладных научных исследований RFMEFI57414X0112.

Оксана Олеговна Крижановская (ВГУ) представила на суд участников круглого стола проект «Разработка новой технологии и создание оборудования для получения наноразмерных магнезиальных порошков при утилизации отходов обогащения аморфного магнезита для различных отраслей промышленности».

— ВГУ получил федеральную субсидию для финансирования нашей разработки. Новые технологии, которые мы изучаем, могут использоваться в разных отраслях промышленности: для изготовления электроизоляционных материалов, в строительной отрасли, косметической индустрии, в фармацевтике и ветеринарии, для изготовления порошков, позволяющих выявлять трещины в деталях.

Недостатком имеющихся сегодня в отечественной промышленности технологий является наличие в составе веществ большого количества засоряющих минералов. Это упущение пытаются компенсировать за счет импорта из США и Китая. Наши разработки позволят не только отказаться от импорта, но и развивать экспорт. Данный проект позволит получать порошки с чистотой не менее 90 процентов. Вещества могут быть использованы в металлургической, химической промышленности и в сельском хозяйстве, обеспечить высокую технологичность, а следовательно, и низкую себестоимость промышленного производства, наладить безотходную переработку отходов, снизить экологическую нагрузку.

Сегодня мы уже сотрудничаем с курскими и белгородскими коллегами по производству электроизоляционных материалов, которые широко применяют наши разработки.

Руководителем разработки является Селеменев Владимир Федорович, зав. кафедрой аналитической химии, профессор, доктор химических наук. Прикладные научные исследования проводятся при финансовой поддержке государства в лице Минобрнауки России по Соглашению № 14.577.21.0111 от 22 сентября 2014 г. Уникальный идентификатор прикладных научных исследований RFMEFI57714X0111.

Сергей Юрьевич Турищев, доктор физико­математических наук, доцент ВГУ представил доклад по результатам выполняемого проекта «Разработка и совершенствование ядерно­физических и рентгеновских методов диагностики наноматериалов».

— Разработка рентгеновских и ядерно­физических методов для диагностики наноматериалов является перспективным направлением, особенно важным для современной микро­ и наноэлектроники, — подчеркнул он. — Кстати, многие научные разработки нашего университета иногда даже недостижимы для наших партнеров за рубежом. Нами были разработаны и опробованы новые подходы для диагностики материалов в области производства отечественной элементной базы, в том числе силовой электроники, подходы для диагностики гибридных нанобиоматериалов. Серьезной поддержкой в реализации многих амбициозных планов наших разработчиков явилась помощь федерального центра — принятая на уровне Правительства РФ федеральная целевая программа «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно технологического комплекса России на 2014 ­2020 годы». Активное участие в реализации прикладного проекта, поддержанного этой программой, приняли ученые физического факультета кафедры физики твердого тела и наноструктур. Проект выполняется под руководством известного ученого с мировым именем, заведующего кафедрой, доктора физико­математических наук, профессора, заслуженного деятеля науки РФ Эвелины Павловны Домашевской. Коллектив ученых и студентов стал инициатором прикладного проекта по разработке ядерно­физических и рентгеновских методов диагностики наноматериалов. Осуществляется он совместно с индустриальным партнером — АО «ВЗПП­Микрон». На данный момент уже завершен второй этап трехлетней программы.

Мы располагаем многолетним опытом исследований атомного и электронного строения различных структур на основе кремния — основного материала современной элементной базы электроники. В рамках проекта мы изучаем наноструктуры на основе кремния, в том числе тонкопленочные кремневые наноструктуры для силовой электроники и гибридные биологические нанообъекты, состоящие из белковой оболочки и металлосодержащего ядра. Оба этих направления мы и наш индустриальный партнер считаем очень перспективными. Мы получаем ответы на те вопросы, на которые не могут ответить другие. Можем одновременно определить не только состав и структуру, но и электронное строение материалов, в том числе тех, с которыми имеет дело индустриальный партнер. Полученные нами результаты приводят к улучшению технологии конкретного производства, а также позволяют развивать науку в целом. Наши исследования не являются «наукой ради науки», они, несомненно, приносят пользу развитию современного отечественного производства, что особенно важно сегодня, учитывая направленность экономики нашей страны на создание высокотехнологичных производств и импортозамещение.

Руководителем разработки является Домашевская Эвелина Павловна, зав. кафедрой физики твердого тела и наноструктур, профессор, доктор физико­математических наук. Прикладные научные исследования проводятся при финансовой поддержке государства в лице Минобрнауки России по Соглашению № 14.574.21.0093 от 11 августа 2014 г. Уникальный идентификатор прикладных научных исследований RFMEFI57414X0093.

Ирина Ларина