Заместитель Председателя Совета Безопасности Российской Федерации Д.А.Медведев провел заседание президиума Совета при Президенте Российской Федерации по науке и образованию.

На заседании обсуждались результаты независимой экспертизы работ, которые представлены на соискание премии Президента в области науки и инноваций для молодых ученых за 2022 год.

По словам Дмитрия Медведева, с 2008 года лауреатами этой премии стали 67 исследователей. Они трудятся во многих регионах нашей страны, кто-то за границей. Ведут свои изыскания в различных областях знаний.

«Премия рассчитана на молодых. Тех, кто не достиг 35 лет. Но это уже, как правило, серьезный научный работник, зарекомендовавший себя как перспективный ученый. Что особенно отрадно, количество работ, которые заявляются на премию для молодых ученых, как правило, превосходит количество работ, которые идут на самую главную премию. Это должно обеспечить нам известные конкурентные преимущества в сфере науки и практического применения научных результатов», - отметил Заместитель Председателя Совета Безопасности.

Как заявил Дмитрий Медведев, в этом году на независимую экспертизу были направлены 157 работ молодых ученых. Большую работу по квалифицикации этих работ проделали Российский научный фонд и Бюро совета по делам молодежи в научной и образовательной сферах Президентского Совета. «По итогам экспертизы мы рассматриваем список из 97 работ. Нам предстоит непростая задача - сделать выбор, чтобы на заседании Совета при Президенте были определены приоритетные кандидатуры», - заявил Зампред Совбеза.

«Второй вопрос нашей повестки – подготовка к заседанию Совета по науке и образованию. Одна из идей – рассмотреть вопрос о реализации стратегических инициатив в научно-технической сфере. Послушаем, как продвигается подготовка к заседанию Совета», - подытожил Дмитрий Медведев.

В последнее время западные политики начали хором заявлять о том, будто президент Путин «использует зиму как оружие». Совсем недавно эту незамысловатую «истину» озвучил господин Байден во время «эпохальной» встречи с украинским президентом. Стоило ему это сказать, как буквально на следующий день на территорию США и Канады обрушился мощнейший арктический шторм, вызвав сбой в системе энергоснабжения и став причиной гибели не менее трех десятков человек.

Показательно, что в наши дни сообщения о погодных аномалиях в западных странах стали звучать как сводки с военных фронтов. Как указывает агентство Bloomberg, упомянутый арктический шторм оставил миллионы американцев без света. В силу чрезвычайных обстоятельств коммунальные службы от Нью-Йорка до Техаса призвали людей к жесткой экономии электроэнергии, дабы система энергоснабжения не вышла из строя.  Обратим внимание, что людям приходилось включать термостаты в целях поддержания на комфортном уровне температуры внутри жилищ в условиях резкого похолодания. Экономия, как следует из сообщения, касалась в первую очередь именно этих устройств.

Похоже, американские власти были не до конца готовы к таким погодным аномалиям. Недаром губернатор штата Нью-Йорк заявила, что этот ураган стал одним из самых страшных в истории. На большей части центральной и восточной территории США средние температуры оказались ниже климатической нормы на 11 – 17 градусов Цельсия. Общее количество снега в отдельных частях Среднего Запада практически достигло рекордного уровня.

Понятно, что в таких условиях электрические сети оказались перегруженными. Эти привело, если верить Bloomberg, к одному из самых масштабных отключений электричества в США за последние годы. С началом шторма без электричества остались порядка 1,6 миллиона домов и предприятий на обширной территории от Техаса до Новой Англии. Больше всего пострадали от непогоды Новая Каролина и Мэн. На них пришлось порядка две третьих от всех отключений. Крупнейшая в стране энергосистема, обслуживающая 65 миллионов потребителей от Иллинойса до Нью-Джерси, заявила о вероятности веерных отключений в том случае, если спрос на электроэнергию достигнет беспрецедентно высоких значений (что, еще раз отметим, в условиях аномальных зимних холодов наступает почти неизбежно). Отсюда со стороны сетевых операторов и появился призыв к потребителям насчет экономии электричества. При этом возможность веерных отключений оценивалась как вполне реальная. Разумеется, руководители сетевой компании старались избежать данного сценария. Однако, по их словам, здесь уже всё зависело от «сознательности» потребителей, от их готовности пойти на временные ограничения.

Отключения, тем не менее, последовали. Так, власти долины Теннеси приказали «вырубать рубильник» в течение двух дней подряд, поскольку спрос на электроэнергию резко вырос, а в этом время сильный ветер привел к остановке (!) электростанций. Ситуация обострилась до того, что в Нэшвилле даже пришлось отменить игру городской команды НХЛ с техасцами из Хьюстона.

Не лучше дела обстояли в соседней Канаде. Здесь чрезвычайная ситуация была объявлена по всей территории.  В субботу, 24 декабря, без света остались порядка 200 тысяч клиентов (из 4,6 миллионов).

Серьезные проблемы возникли у добывающих компаний. Как отмечает Bloomberg, с приходом шторма добыча природного газа в США пережила самое сильное однодневное падение за декаду. Причиной снижения добычи стало банальное замерзание жидкости в трубах, что вынудило производителей закрыть скважины. По этой причине в континентальной части США поставки топлива для выработки тепла и электричества сократились как минимум на 10 процентов. Параллельно внутренний дневной спрос вырос до самого высокого уровня с 2019 года. Несмотря на обещания решить проблему к следующему дню, оно было исполнено с запозданием.

Показательных штрих: с приходом непогоды мэр Нью-Йорка взял два дня выходных и срочно покинул город. Причем, его местонахождение городские власти старались держать в секрете (!) от жителей. И это несмотря на объявленное губернатором штата чрезвычайное положение. Из-за шторма всё побережье вдоль Лонг-Айленда оказалось затопленным почти на метр, а лед и метель закрыли все дороги в Буффало и его окрестностях, заблокировав при этом городской аэропорт.

Не менее показательна ситуация в случае с энергосистемой Техаса. Мы уже неоднократно посвящали публикации трагическим событиям февраля 2021 года, когда энергосистема штата не выдержала арктического натиска, что привело к гибели более 150 человек. Напомним, что за последние десять лет подобные аномалии происходили не менее трех раз. В 2021 году из-за остановки работы скважин прекратилась подача газа на местные электростанции, что стало одной из причин резкого снижения выработки электроэнергии (при столь же резком скачке нагрузок). На этот раз ситуация оказалась не столь драматичной, однако полной («штатной») готовности энергосистемы к арктическим штормам не наблюдается до сих пор. Как говорится в специальном приказе Министерства энергетики США, из-за нагрянувших холодов 11 000 Мвт угольных и газовых ТЭС,  4 000 МВт ветряных электростанций и 1700 МВт солнечных электростанций значительно снизили выработку электроэнергии.  

Примечательным моментом является здесь то, что данный приказ снижает экологические требования и позволяет превышать установленные пределы загрязнения воздуха в целях дополнительной выработки электроэнергии! Говоря предметно, американское Минэнерго согласилось с тем, что в экстремальных условиях можно вовсю налегать на ископаемое топливо, не беспокоясь о последствиях для климата (и это при том, что арктический шторм принято связывать как раз-таки с климатическими изменениями).

В свете сказанного необходимо обратить внимание на один принципиально важный момент. Специалисты по климату уверены в том, что подобные «заходы» холодных арктических масс на континент скоро станут обыденным явлением (в свое время мы уже публиковали результаты соответствующего научного исследования американских ученых от 2018 года). То есть энергосистема страны должна быть полностью адаптирована к подобным погодным явлениям, и американские власти пытаются сейчас закрыть некоторые бреши в энергосистеме целого ряда штатов. Как мы видим, важным подспорьем здесь является традиционная генерация на ископаемом топливе, дающая необходимую страховку на случай сильных холодов.

По сути, это означает, что затеянный на Западе «зеленый» энергопереход совершенно не обеспечивает надежности энергосистемы в экстремальных условиях. В этом, собственно, нет никакого открытия, о чем противники декарбонизации пишут уже давно. Такое развитие событий, безусловно, должно подтолкнуть к переосмыслению самой концепции энергоперехода. Будут ли на Западе сделаны соответствующие выводы, сказать однозначно нельзя. Однако чрезвычайные ситуации, возникающие в западных странах во время разгула стихий, могут дать богатую пищу для размышлений российским политикам и экспертам в области энергетики.

Ясно одно: погодные аномалии несовместимы с отказом от ископаемого топлива и переходом на «чистую» энергию солнца и ветра. Для России это уже становится аксиомой, и печальный опыт западных стран выступает здесь дополнительным аргументом.

Андрей Колосов

Ученые Института катализа СО РАН разработали универсальный метод синтеза высокоактивных структурированных катализаторов на металлической основе, который дает возможность создавать каталитические системы практически любой геометрии. Такие катализаторы применяют в различных теплогенерационных установках, устройствах получения синтез-газа и водородсодержащих смесей. Благодаря их свойствам степень их использования приближается к максимально возможной.

Разработанные учеными ИК СО РАН катализаторы стабильны при высоких температурах. Универсальность синтеза открывает возможность массово производить их и широко применять в различных областях. Их используют для процессов генерации тепла из разных видов топлив, а также в переработке углеводородов и водородной энергетике.

«Эти системы позволяют конвертировать разные типы топлив: от газообразных, типа природного газа и пропан-бутановых смесей, до жидких, таких как бензин и дизель. Это позволяет создавать горелочные устройства различной геометрии и назначения. Наши катализаторы применяют для конверсии углеводородных топлив в синтез-газ и водородсодержащий газ, которые можно использовать как топливо для топливных элементов», — рассказывает заведующий отделом гетерогенного катализа ИК СО РАН и руководитель Центра компетенций НТИ «Водород как основа низкоуглеродной экономики» на базе Института Павел Снытников. Недавно в высокорейтинговом журнале Materials ученые опубликовали обзор, посвященный последним достижениям ИК СО РАН в этой области (работы выполнялись в рамках гранта Российского научного фонда).

В основе структурированных катализаторов — металлическая сетка или пена, благодаря физическим свойствам которых можно создавать системы любой геометрии: блок, кольцо, спираль, параллелепипед и так далее. На металлическую матрицу наносится тонкий слой оксида алюминия и каталитически активный компонент. В результате композитный катализатор сочетает высокую теплопроводность за счет металлической основы и высокую каталитическую активность.

«Оксид алюминия наносят не в виде сплошного слоя, а выращивают в виде маленьких кристаллов, которые визуально напоминают иглы на спине у ежа. Благодаря этому достигается высокая удельная площадь поверхности, плюс структура получается «дышащей». Коэффициенты теплопроводности металла и оксидного слоя сильно отличаются, но за счет дышащей подвижной структуры керамическое покрытие не отслаивается от металла. Катализатор оказывается очень долговечным в реакционных условиях, а степень его использования приближается к максимально возможной», — поясняет Павел Снытников. За счет легко изменяемой геометрии структурированные катализаторы рассматриваются не отдельно, а как элемент конструкции каталитического реактора.

В Российской Федерации идет десятилетие науки и технологий. По словам Снытникова, одна из приоритетных задач — знакомство граждан России с результатами выполняемых научных разработок. Институт катализа СО РАН параллельно с проведением работ над созданием сложных устройств участвует и в выставочной деятельности. Для этого ученые создают объекты, которые позволяют продемонстрировать широкой аудитории преимущества разрабатываемых технологий, в том числе и на основе структурированных катализаторов — к ним относится недавно ставшее известным каталитическое кадило.

«Мы постоянно участвуем в российских и зарубежных выставках, где желательно не только рассказывать о разработках, но и показывать их в действии. На основе известных привычных устройств можно демонстрировать новые принципы работы. Эти устройства можно применять в быту, благодаря чему дело доходит до коммерциализации», — говорит ученый.

В качестве еще одной сферы возможного применения компактных горелочных устройств на основе структурированных катализаторов Снытников приводит в пример кейтеринг. На мероприятиях иногда требуется поддерживать блюда теплыми или готовить их прямо на месте. В кейтеринге зачастую используют газовые горелки. Использование же горелок на базе структурированных катализаторов позволяет управляемо генерировать тепло и добиваться более полного сжигания топлива.

24 января Сбербанк, Министерство цифрового развития и связи Новосибирской области, Новосибирский национальный исследовательский государственный университет подписали меморандум о создании Новосибирского центра изучения искусственного интеллекта и цифровых технологий.

Документ подписали Председатель Сибирского банка Солнцев Дмитрий Владиславович, Министр цифрового развития и связи Цукарь Сергей Сергеевич, ректор НГУ, академик РАН Федорук Михаил Петрович. Совместный научно-исследовательский и аналитический центр должен быть открыть до лета 2023 года на базе НГУ в новосибирском Академгородке.

Больше 70 публикаций, посвященных экспериментам на Большом адронном коллайдере в лаборатории Европейской организации по ядерным исследованиям (ЦЕРН), не были опубликованы из-за споров о возможности упоминать в них российских исследователей. Об этом сообщает британский еженедельник The Observer.

По словам источников издания в ЦЕРН, после начала конфликта на Украине в феврале прошлого года ряд ученых отказались публиковать статьи в соавторстве с российскими исследовательскими институтами и даже учеными-россиянами. Споры вызвала также возможность упоминания белорусов среди соавторов публикуемых статей. Из-за этого с марта прошлого года новые научные работы не публикуются в журналах, а лишь размещаются на сервере препринтов arXiv, причем без упоминания авторов и организаций, финансировавших проведение экспериментов.

Как заявил изданию доцент факультета компьютерных наук ВШЭ ученый-физик Федор Ратников, кворум в две три голосов, необходимый для изменения политики публикации работ, пока собрать так и не удалось. Он подчеркнул, что этот вопрос является крайне болезненным для украинских участников исследований, проводимых ЦЕРН, однако, по его словам, большинство его знакомых украинских ученых не считают, что их российские коллеги должны нести ответственность за происходящее. "Я бы сказал, что некоторые из моих коллег из стран ЕС намного более радикальны", - сказал Ратников, добавив, что российские ученые столкнулись с несправедливо негативным отношением в ЦЕРН несмотря на то, что многие из них посвятили многие годы проводимым там экспериментам.

Официальный представитель научной коллаборации ATLAS Андреас Хекер заявил изданию, что возникшая с публикациями проблема связана исключительно с вопросом о необходимости упоминать российские научные организации, "учитывая те заявления, которые делали высокопоставленные представители российских академических институтов <...>  и связи ключевых органов, осуществляющих финансирование, с российским правительством".

The Observer обращает внимание, что речь идет не о первом случае, когда у россиян возникают трудности с научными публикациями из-за событий на Украине. При этом издание указывает призывы ряда известных в мире ученых, включая британского физика-теоретика Джона Эллиса и молекулярного биолога из США Нины Федоровой, который считают, что научное сотрудничество должно продолжаться даже при крайне неблагоприятной для этого политической ситуации. В статье также упоминается пример участников международного эксперимента Belle II на коллайдере в Цукубе (Япония). Там после имен авторов статей вместо организации, в которой они работают, начали указывать их цифровые идентификаторы исследователя (Open Researcher and Contributor ID, ORCID).

Минувший год оказался результативным для селекционеров Сибирского НИИ растениеводства и селекции (филиал ФИЦ «Институт цитологии и генетики СО РАН»). Сразу несколько сортов зерновых культур были переданы на Государственное испытание. В их числе, сорт яровой пшеницы Суенга, названный так по названию поселка в Маслянинском районе, где прошли школьные годы одного из создателей этого сорта. «Это достаточно устойчивый к полеганию сорт с высотой стебля 85-90 см. Но главное его преимущество: сочетание ранней спелости, урожайности и высокого содержания клейковины», — отметила заместитель руководителя СибНИИРС по научной работе, к.б.н. Галина Артёмова. Последняя характеристика (уровень клейковины) позволяет отнести сорт к так называемой сильной пшенице, из которой получают муку высшей категории.

Научный сотрудник СибНИИРС, к.б.н. Евгений Размахнин по итогам полевого сезона передал на испытания сразу два сорта озимой пшеницы – Дар Сибири и Обская заря. Дар Сибири создан путем гибридизации двух известных сортов Филатовка и Ларс (Германия). От первого сорт взял зимостойкость и адаптивность, а от второго – короткостебельность и урожайность до 7 тонн с гектара, показатели более характерные уже для Кубани, а не Сибири. Этот сорт отличает и высокая масса тысячи зерен, что также является важным хозяйственным признаком.

Есть прибавление и в копилке отечественных сортов картофеля (второй по значимости сельскохозяйственной культуры для нашего региона). На Государственное испытание селекционерами СибНИИРС передан сорт Ника. «Этот сорт отличается высокой урожайностью, хорошими вкусовыми показателями и красивой формой клубня, на что обращают внимание в торговых сетях. Он также демонстрирует устойчивость к таким распространенным болезням картофеля как золотистая картофельная нематода и рак», — отметила Галина Артёмова.

Переданные сорта создавались методами классической селекции. Но в селекционных питомниках на опытных полях СибНИИРС уже ведется работа с линиями растений, полученными исследователями ИЦиГ СО РАН с помощью методов маркер-ориентированной селекции. «Это перспективный материал, который уже в ближайшие годы превратится в новые сорта с высокими хозяйственными показателями, но главное – работа по их созданию занимает в разы меньше времени. Иначе говоря, процесс модернизации отечественной селекции, внедрения в работу самых передовых генетических технологий, выходит на финишную прямую.

Пресс-служба ИЦиГ СО РАН

Спикер Госдумы Вячеслав Володин обсудил с президентом Российской академии наук Геннадием Красниковым вопросы законодательного обеспечения технологического суверенитета России, в том числе создание системы стимулов для молодых ученых. Об этом в четверг сообщает пресс-служба Госдумы.

"Председатель Государственной думы Вячеслав Володин провел встречу с президентом Российской академии наук Геннадием Красниковым. Вячеслав Володин и Геннадий Красников обсудили вопросы законодательного обеспечения развития научной сферы, укрепления технологического суверенитета нашей страны. В первую очередь речь идет о практическом применении отечественных научных разработок, а также о создании системы стимулов для молодых российских ученых", - говорится в сообщении.

Как отметил в ходе встречи председатель Думы, укрепление технологического суверенитета РФ является приоритетом "в работе Государственной думы, это одна из главных задач, поставленных президентом для достижения национальных целей развития".

Ученый из Института катализа им. Г.К. Борескова Сибирского отделения РАН Александр Куликов разработал каталитическое кадило. Его преимущество в том, что в нем вместо дыма образуется только аромат ладана и тепло, а работать оно может практически бесконечно долго.

Основное устройство кадила — это каталитическая горелка. Она состоит из двух каталитических сеточек, топливного элемента — эжектора, и сопла — тонкого отверстия порядка 0,18 мм. Диаметр сопла можно регулировать, чтобы достичь стехиометрического соотношения объема воздуха и обеспечить полное сгорание топлива без остатка в виде продуктов горения.

Как рассказывает научный сотрудник отдела гетерогенного катализа ИК СО РАН, кандидат технических наук Александр Куликов, кадило работает на смеси пропана-бутана.

«Когда в эжектор поступает смесь пропана-бутана и воздуха, то эта струя расползается внутри него. Там так называемые турбинки завихряют смесь в противоположные стороны. Газовоздушная смесь должна равномерно распределиться и поступить на сеточки. Равномерное распределение можно оценить по равномерному красному свечению», — поясняет ученый.

По его словам, в качестве носителя используется стандартное церковное кадило, в нижнюю часть которого вставляется устройство с пропан-бутановым газовым баллоном. Баллон оборачивают пластиком и покрывают золотой краской, чтобы целое устройство смотрелось гармонично.

«Преимущество разработанного устройства в том, что оно не дымит, а только излучает запах ладана и тепло. Так как оно потребляет мизерный объем газа, то может работать очень долго», — подчеркивает Куликов.

В целом, каталитическую горелку можно использовать на разных устройствах, где необходима мощность порядка 350-360 Вт. Для сравнения, такой мощностью обладают современные пылесосы.

Долговечное каталитическое кадило прошло «пилотные» испытания — им пользуются священники Храма Всех Святых в земле Российской просиявших в Новосибирском Академгородке.

Анастасия Аникина, PR-менеджер Института катализа СО РАН

Президент Владимир Путин по видеосвязи провел встречу (http://kremlin.ru/events/president/news/70358) с губернатором Новосибирской области (а также председателем комиссии «Наука» Госсовета) Андреем Травниковым. 

«Третья научная столица», естественно, отчитывалась, в том числе комплексными и мегапроектами. 

Первой Андрей Травников упомянул программу развития Новосибирского научного центра «Академгородок 2.0»: 

«Она сегодня реализуется. Может быть, она не получила какого-то особого, отдельного статуса, и темпы нам хотелось бы видеть выше, но тем не менее проекты, которые полностью отражают философию этой программы, – это проекты, объединяющие центры коллективного пользования, – они сегодня реализуются».

У программы действительно нет самостоятельного статуса и широкого финансирования, однако и региональные власти, и Сибирское отделение РАН трепетно относятся к ней как к единым рамкам развития, вписывая в них все остальные мероприятия.

Самый главный проект – тут нельзя поспорить с Андреем Травниковым – это синхротрон поколения 4+ СКИФ. Губернатор Новосибирской области пообещал, что уже «через два года российские учёные будут обладать по-настоящему технологическим суверенитетом». 

Здесь, конечно, с избытком регионального патриотизма – СКИФ хоть и флагман, но все-таки речь идет о создании целой сети синхротронов (а также мегаустановок). Помимо новосибирской установки модернизирован КИСИ-Курчатов, высвободившиеся блоки послужат базой для дальневосточного РИФ, а в Зеленограде вокруг еще одного синхротрона создается Московская технологическая долина.  

Некоторая ревность со стороны Андрея Травникова, конечно, объяснима – Федеральная научно-техническая программа развития синхротронных и нейтронных исследований является (как и вся программа мегасайенс) вотчиной головной научной организации – Курчатовского института. С Михаилом Ковальчуком у новосибирского губернатора публичных конфликтов не зафиксировано, но конкуренция все же присутствует. Многим памятны дискуссии вокруг параметров СКИФа, когда альтернативное мнение Курчатника в итоге уступило позиции того же Сибирского отделения.

Конечно, не для парадного отчета и не для публичной части встречи с президентом, но Новосибирская область в итоге лишилась одной из мегаустановки – «Супер чарм-тау фабрику» решено создавать в Сарове на базе Национального центра физики и математики. Решение принято к вящей радости Росатома, Курчатовского института и Александра Сергеева, который покинув кресло президента РАН возглавил как раз саровский НЦФМ.

В Академгородке, о чем также отчитался Андрей Травников, инициировано строительство второй очереди технопарка. Это долгожданная новость – расширение давно назрело. 

Для обработки массива данных от СКИФа планируется создание суперкомпьютерного центра. С ним тоже не все гладко. Изначально планировалось создание СНЦ ВВОД (с большим межрегиональным потенциалом), но Новосибирский госуниверситет начал продавливать вместо этого проект вузовского суперкопьютерного центра «Лаврентьев». Под это дело НГУ решил поглотить три научных института – причем не уведомив головную Академию наук. Скандал вышел громкий, в итоге было принято решение сделать на базе суперкомпьютера межведомственный центр коллективного пользования с СО РАН, НГУ и Технопарком как ключевыми стейкхолдерами.

Еще в рамках программы Академгородок 2.0 реконструировали 4 школы, два спортивных центра и строят дорогу из наукограда Кольцово в сторону Академгородка.

Второй крупный проект, о котором доложил Андрей Травников – строительство кампуса НГУ, в частности – новых корпусов. Инициатором выступил «частный инвестор», но получена поддержка и федерального бюджета.

В научно-образовательной политике роль Новосибирска (области, СО РАН, институтов и НГУ) весьма велика. Но сибиряки часто вредят сами себе – когда не могут договориться о приоритетах (потому и НОЦ не получили), пытаются кулуарно решать вопросы федерального уровня или просто играют в макрорегиональный академический сепаратизм.
 

Различные отрасли промышленности, в первую очередь, авиационная, требуют новых усовершенствованных материалов – с повышенной прочностью, высокой теплопроводностью, стойких к коррозии. Заданными свойствами могут обладать металлокерамические композиты. Благодаря пластичности металлической матрицы и твердости керамических частиц специалисты могут получить желаемое увеличение износостойкости. А одна из эффективных технологий, позволяющая создавать такие материалы – аддитивная, или технология 3D выращивания объектов. Специалисты Института теоретической и прикладной механики им. С. А. Христиановича (ИТПМ СО РАН) совместно с коллегами из Института химии твердого тела и механохимии СО РАН (ИХТТМ СО РАН) освоили технологию печати изделий из порошковой металлокерамики на собственной установке прямого лазерного сплавления. Полученные материалы при помощи синхротронного излучения (СИ) они исследуют в Сибирском центре синхротронного и терагерцового излучения (ЦКП СЦСТИ) Института ядерной физики им. Г.И. Будкера СО РАН (ИЯФ СО РАН). Исследования показали, что добавление керамического соединения диборида титана в популярный титановый сплав повышает его износостойкость в 4 раза. Важно и то, что специалисты на фундаментальном уровне объяснили причины изменения свойств материала. Оказалось, что импульсное лазерное воздействие приводит к образованию в материале нано и микроволокон, функцию которых можно сравнить с функцией арматуры в железобетоне. Результаты опубликованы в журнале Physical Mesomechanics и готовятся к публикации в журнале «Физическая мезомеханика». 

Технология 3D выращивания позволяет создавать изделия не только с заданным дизайном, но и заданными свойствами – например, получать объекты с привычным весом, но более прочные. В Сибирском отделении РАН активно развивается направление 3D печати материалов на основе металлокерамики с улучшенными характеристиками, которые могут найти свое применение в авиации и нефтегазовой промышленности.

«Раньше отрасль взаимодействия лазерного излучения с веществом называлась лазерной наплавкой, а теперь 3D выращиванием, но суть та же. Когда мы начали формировать такое направление у себя, то поняли, что нужно найти свою нишу, чтобы не заниматься тем, что кто-то уже делает, – рассказал заведующий лабораторией лазерных технологий ИТПМ СО РАН доктор технических наук Александр Маликов. – Крупные научно-технические задачи необходимо решать на хорошем фундаментальном уровне и в большой кооперации, поэтому мы объединились с коллегами из ИХТТМ СО РАН и ИЯФ СО РАН и развиваем уникальное направление – улучшаем физико-механические и теплофизические свойства привычных материалов при помощи добавления в их состав керамики на собственной установке прямого лазерного выращивания и изучаем причины происходящего при помощи синхротронного излучения в ЦКП СЦСТИ. Мы видим, что происходит со структурно-фазовым состоянием вещества на уровне 10 нанометров».

Специалисты провели работу по улучшению титанового сплава ВТ6. Этот материал активно используется в авиации при создании различных деталей летательных аппаратов, но все же имеет ряд недостатков, которые ученые пробуют исправить. Так, добавив керамическое соединение диборида титана в сплав ВТ6, исследователи резко снизили коэффициент трения, то есть повысили износостойкость материала в 2 – 4 раза (в зависимости от концентрации керамики в сплаве). Исследование in situ полученного материала при помощи синхротронного излучения в ЦКП СЦСТИ на станции «Дифрактометрия в “жёстком” рентгеновском диапазоне» помогло интерпретировать полученные результаты с фундаментальной точки зрения. Оказалось, что изменение износостойкости происходит благодаря формированию в сплаве нано и микровискеров – нитевидных наноразмерных структур.

«Вискеры – это иглы или волокна, или стержни, и изучение подробной динамики их формирования – это очень большая научная задача, далеко выходящая за рамки обсуждаемого исследования. Однако их влияние ясно – они играют ту же роль, какую играет арматура в железобетоне или различные армирующие волокна в композитных полимерах, – объяснил научный сотрудник ИХТТМ СО РАН, руководитель станции «Дифрактометрия в “жёстком” рентгеновском диапазоне» ЦКП СЦСТИ Алексей Завьялов. – Кроме собственной повышенной в сравнении с материалом матрицы твёрдости, которая препятствует распространению микротрещин, имея микро и нано размеры, они также на соответствующем масштабе перераспределяют нагрузку, возникающую при различных механических воздействиях, на больший объём материала, чем было бы при их отсутствии. Именно формирование однородного на макромасштабе слоя, насыщенного новыми твёрдыми фазами и вискерами, привело к великолепным показателям износостойкости нового покрытия».

Получить упорядоченную дифракционную картину на пользовательской станции СИ ЦКП СЦСТИ и распознать все фазы (в данном случае «увидеть» фазу вискеров TiB2) удаётся благодаря монохроматичности и когерентности излучения. Монохроматичность предполагает, что в первоначальном пучке излучение имеет только одну длину волны, а когерентность – что колебания электромагнитной волны в первоначальном пучке «не сбиваются», а идут в одной фазе. И только использование синхротрона позволяет получать при этом излучение высокой интенсивности, что даёт возможность проводить недоступные на лабораторном оборудовании исследования не только качественно лучше, но и быстрее.

Не менее важна собственно причина формирования этих армирующих волокон. Лазерная наплавка наносимого керамического слоя на сплав происходит в импульсном режиме. По словам Алексея Завьялова, именно импульсность лазерного воздействия сформировала однородный на макромасштабе слой, насыщенный новыми твёрдыми фазами и вискерами, что и привело к повышению показателей износостойкости нового покрытия.

«Часто человека поражает то, от чего он далёк в своей повседневности. Так меня удивляет особенное влияние именно импульсности лазерного плавления наносимого слоя в сравнении с непрерывным лазерным воздействием при аналогичных параметрах. Импульсное лазерное воздействие в рассматриваемой работе позволило получить макроскопически однородный слой (на масштабе ~1 мм). Конечно, на микроскопическом уровне проявляются различные неоднородности – присутствующие в слое фазы не являются наноразмерными. Однако при непрерывном лазерном воздействии неоднородность была макроскопическая – при должной сноровке её можно было бы увидеть не особо вооружённым глазом. Это и удивительно. Казалось бы, энергетические параметры нагрева чрезвычайно похожи, химическое взаимодействие компонент при нагреве аналогичное, но импульсность воздействия всё же формирует более однородный слой. Причина тому – тонкая динамика массопереноса (течения, диффузии и прочего) при плавлении под различным типом теплового воздействия», – пояснил Алексей Завьялов.

Металлокерамические композиты интересны не только для авиационной промышленности, но и нефтегазовой. Коллаборация научно-исследовательских институтов СО РАН уже начала работы со сплавом на никелевой основе. По словам Александра Маликова, благодаря лазерным технологиям можно получать коррозийные износостойкие покрытия для нефтегазовой отрасли. «Прикладное применение у наших работ есть, но я хочу сказать, что у любой прикладной задачи должна быть крепкая фундаментальная база – благодаря созданной с ИХТТМ СО РАН и ИЯФ СО РАН коллаборации она у нас есть. Важно не только знать, как добиться тех или иных свойств материала, но и понимать, почему они изменяются», – пояснил специалист.

Пресс-служба ИЯФ СО РАН