Новосибирск и Новосибирская область: свежие новости, объективный анализ, актуальные комментарии

Покрытия, делающие двигатели прочнее, и кристаллы, помогающие искать нефть: над чем работают сегодня в Институте неорганической химии СО РАН

«Рождаются» кристаллы на уникальном оборудовании, которое собирают в самом институте.

Институт неорганической химии имени А. В. Николаева по праву считается одним из ключевых в новосибирском Академгородке. Сейчас здесь работают 570 человек, из которых 279 — научных сотрудников. И что особенно внушает оптимизм — очень много молодёжи. Средний возраст сотрудников — 45 лет. Оттока кадров в ИНХ при этом не наблюдается. Тем более что в институте развита система обмена с другими научными организациями, в том числе зарубежными, которая даёт хорошую возможность приобретения ценного опыта за границей без разрыва отношений с Новосибирском.

— У нас много лет действует совместный проект с Францией, по которому наши сотрудники получают стипендиальную поддержку. Прямо сейчас пять человек, получив стипендии, разъехались на разные программы в рамках проекта. Есть у нас совместные проекты с Германией и Белоруссией, установлены прочные отношения с Кореей, Японией и Испанией, — говорит директор Института неорганической химии Константин Брылёв.

Приток внебюджетных средств в институт сопоставим с объёмами финансирования из бюджета: это более 300 миллионов рублей в год, примерно треть этой суммы отправляем на развитие производства. За последние три года ИНХ ежегодно получает нее менее 50 миллионов рублей на обновление приборной базы. За счёт этого пополняется оборудованием Центр коллективного пользования, где учёные ИНХ занимаются фундаментальной наукой и выполняют заказы индустриальных партнёров института. В 2019-2020 годах ИНХ выиграл 21 грант по совместному конкурсу Российского научного фонда и областного правительства.

— В этом году на конкурс направлено 13 заявок, и я уверена, что часть из них получит поддержку. От ИНХ всегда поступают качественные, проработанные проекты, которые представляют интерес и для нашего региона, имея прикладное значение — разработки для аппаратов космической промышленности и мегасайнс-установок с использованием выращенных здесь монокристаллов, — подчёркивает вице-губернатор Новосибирской области Ирина Мануйлова.

Вес каждого из этих кристаллов — более десятка килограммов.

Одна из лабораторий ИНХ — химии летучих координационных и металлорганических соединений — много лет исследует покрытия различного назначения. Новые разработки этой лаборатории могут пригодиться и для медицины. На основе цианидов металла методом физического осаждения с газовой фазы здесь получают органические покрытия, которые используются для химических сенсоров, газовых датчиков, помогающих определить наличие вредных газов в атмосфере и биомаркеров в выдыхаемом человеком воздухе.

— Если в выдыхаемом воздухе содержится большая концентрация определённых газов, таких, как аммиак или монооксид азота, мы можем сделать заключение о том, что у человека есть какая-то патология или заболевание, — говорит заведующая лабораторией доктор химических наук профессор РАН Тамара Басова. — Превышение концентрации аммиака указывает на почечные патологии, а монооксида азота — на заболевания дыхательной системы, астму или бронхит. Такое обследование особенно важно для лежачих пациентов, поскольку у них нельзя взять какой-то сложный анализ.

Закономерный вопрос: можно ли таким методом по дыханию распознать пресловутый коронавирус? Учёные говорят, что сам вирус — нет, но осложнения, которые вирусом вызываются — вполне реально. Аммиаком в лаборатории занимаются уже два года, а начать исследования монооксида азота смогли только несколько месяцев назад благодаря гранту РНФ.

Работают здесь и над повышением качества и безопасности медицинских имплантов, создавая плёночные материалы на основе благородных металлов. Они повышают биосовместимость имплантов и придают им антибактериальные свойства.

Редкие прижизненные издания трудов Дмитрия Менделеева — гордость библиотеки ИНХ СО РАН.

Не меньшую роль разработки лаборатории играют для авиакосмической промышленности, а также в производстве высокоточной оптики. Перед Новосибирским приборостроительным заводом, «ВМК-Оптоэлектроникой», «Катодом» и другими подобными предприятиями стоит задача перейти на производство нового поколения приборов ночного видения, прицелов, тепловизоров, в которых используются высокоточные эмульсионные материалы.

— К нам обратились с «Катода» и попросили придумать новый материал, который мог бы быть полезным в приборах ночного видения. Сейчас в своих устройствах они используют стеклянную микроканальную пластину, которая состоит из сот диаметром 5-6 нанометров каждая. Теперь стоит задача — покрыть внутреннюю поверхность каналов каким-то новым функциональным материалом для усиления потока вторичных электронов. Одним из таких перспективных материалов является оксид магния. Чтобы улучшить его характеристики, это соединение легируют дополнительными элементами — цирконием, скандием, иридием. И здесь метод химического газообразного осаждения показал себя очень хорошо: покрытия, полученные с его помощью, показывают наибольший коэффициент эффективности, — рассказывает старший научный сотрудник лаборатории кандидат химических наук Ксения Жерикова.

А если нанести керамическое покрытие с низким коэффициентом теплопроводности на лопатки газотурбинных двигателей, можно повысить их качество и долговечность. Для этого в лаборатории есть специальная установка, позволяющая выполнять керамические покрытия методами химического осаждения из газовой фазы на лопатки турбин, газовых двигателей, аэрокосмической техники и другие изделия, имеющие сложную геометрию. В основном используются покрытия на основе оксидов циркония, гафния, скандия и индия. «Такой слой позволяет снизить температуру основного тела лопатки более чем на сто градусов, это приводит к увеличению температуры рабочего газового двигателя и в итоге повышаются удельные показатели эффективности изделий», — поясняет научный сотрудник лаборатории, кандидат химических наук Роман Шутилов.

Научный сотрудник лаборатории химии летучих координационных и металлорганических соединений Роман Шутилов около установки для керамических покрытий сложных изделий.

Прозрачные бесцветные бруски, выходящие из лаборатории по выращиванию монокристаллов, на вид кажутся невесомыми, но, как только любой из них удобно ложится в ладонь своей идеально гладкой поверхностью и 7-8-килограммовым весом, начинаешь понимать, как обманчиво первое впечатление. Самые большие кристаллы, которые производят на этой мини-фабрике, весят до 75 килограммов. ИНХ СО РАН — лидер в России по выпуску таких кристаллов.

— Кристаллы выращиваются здесь по уникальным технологиям специально под те задачи, которые необходимы заказчикам, — отмечает министр науки и инновационной политики Новосибирской области Алексей Васильев. — Используются они в разных направлениях — от космоса до подземелий. В космосе с их помощью проводятся эксперименты по изучению состава космических лучей и исследуется Вселенная, а под землёй они помогают обеспечивать совершенную радиационную защиту.

Большой спектр у применения таких кристаллов и на земной поверхности: с их помощью на коллайдерах изучается физика элементарных частиц, а в медицине без них никак не обойтись в позитронно-эмиссионной томографии. Такие томографы выпускает компания General Electric, с которой ИНХ тесно сотрудничает.

Создаются кристаллы в институте по методу Чохральского, причём необходимое для этого ростовое оборудование с автоматическим весовым контролем конструируется здесь же. Эти монокристаллы способны преобразовывать ионизирующее излучение в свет, благодаря чему удаётся увидеть гамма-лучи, рентгеновское и другие виды излучений. И не просто увидеть, а понять, какую информацию они пытаются до нас донести.

— Нефть прозрачна для гамма-излучения, поэтому наши кристаллы помогут её найти. Их применяют в попытках регистрации частиц тёмной материи и изучения свойств нейтрино. Это своего рода «рентген земли», — рассказывает заведующий лабораторией роста кристаллов кандидат химических наук Владимир Шлегель. 

Новосибирскими кристаллами давно заинтересовались корейцы, проводящие масштабный эксперимент Кorea Invisible Mass Search с целью поиска частиц тёмной матери в недрах Земли. Для эксперимента учёным потребовались 300 килограммов молибдата лития, которые были заказаны в Новосибирске. Ещё 500 килограммов кристаллов заказаны итальянской подземной лабораторией Гран-Сассо. В мире такие кристаллы не делает больше никто.