Российские ученые разрабатывают новые материалы для промышленности

Созданные ими решения могут найти свое применение в медицине, фундаментальных научных исследованиях, использоваться для повышения экологичности промышленности и др. Все проекты, разработанные участниками Школы, доведены до стадий MVP (минимально жизнеспособный продукт) или Proof of Concept (продукт, созданный с целью проверки гипотезы и доказательства концепции).

Школа «Университет — РАН» создана ЮФУ совместно с Курчатовским институтом и Федеральным исследовательским центром проблем химической физики и медицинской химии (ФИЦ ПХФ и МХ) РАН как площадка для взаимодействия между академической и университетской наукой. Главные задачи школы — подготовка Principal Investigators (PI) — исследователей-лидеров, сочетающих научные и управленческие навыки, а также развитие исследовательских команд, способных реализовывать стратегические научные проекты.

Среди направлений работы ученых ЮФУ в рамках второго модуля школы были сверхпроводники, полимерные и наноматериалы, композиционные покрытия. Участниками Школы стали молодые исследователи, которые уже успели показать заметные результаты в науке. Их распределили на шесть групп: «Высокотемпературные сверхпроводники», «Нанопроволока и тонкие пленки», «Силикат лития, кальция», «Композиционные порошки для напыления покрытий», «Фуллерены и углеродные нанотрубки», «Полимерные композиционные материалы». Работа Школы велась на площадках НИЦ «Курчатовский институт» в Москве, Петербургского института ядерной физики в Гатчине и ЦНИИ конструкционных материалов «Прометей» в Санкт-Петербурге. Задача каждой группы состояла в том, чтобы предложить актуальную научно-техническую проблему в рамках заданного направления, провести в двухнедельный срок необходимые исследования на базе организаций-участников Школы и разработать технологическое решение, пригодное для внедрения в промышленность.

— Наша команда занималась получением новых материалов на основе биоразлагаемых и биосовместимых полиэфиров для регенеративной медицины, — рассказал Никита Князев, лаборант-исследователь лаборатории полимерных материалов Курчатовского комплекса НБИКС-природоподобных технологий (подразумевают объединение нано-, био-, информационных, когнитивных и социогуманитарных технологий). — Работали в сжатые сроки, поэтому требовалась предельная концентрация и глубокое погружение с первых часов, тщательное планирование и исполнение плана. В результате мы получили первые образцы целого спектра материалов для 3D-печати биоразлагаемых и биосовместимых изделий. Все участники — большие молодцы.

В рамках Школы исследователей-лидеров исследователи ЮФУ, Курчатовского института и ФИЦ ПХФ и МХ РАН запустили также проект «Нейтронный сцинтиллятор нового поколения». Его цель — разработка и внедрение передовых технологий в области материалов для детектирования нейтронов.

— Основная задача — создание высокоэффективных сцинтилляторов, то есть материалов, которые излучают видимый свет под воздействием потока нейтронов, — пояснил доцент физического факультета ЮФУ, и. о. заведующего кафедрой «Нанотехнология» кандидат физико-математических наук Алексей Михейкин. — Главная научная идея — разработка и совершенствование материалов, имеющих в своем составе высокую концентрацию атомов-конвертеров нейтронов в детектируемые частицы, с «легкой» матрицей. Два этих ключевых свойства позволят достичь высокой эффективности регистрации нейтронов, а также повысить отношение полезных нейтронных событий к фоновым. Использование новых материалов сделает возможным регистрацию больших потоков нейтронов, что максимально раскроет потенциал нейтронного реактора ПИК — установки класса мегасайенс, расположенной на площадке Петербургского института ядерных исследований им. Б. П. Константинова.

По словам Алексея Михейкина, сцинтилляционные материалы нового поколения значительно расширят возможности применения нейтронных и ядерных методов, в частности в биомедицине и диагностике заболеваний. Совершенствование технологий детектирования нейтронов также повысит безопасность на атомных объектах и обеспечит более эффективный мониторинг состояния окружающей среды.

Команда под руководством ведущего научного сотрудника НИИ физики ЮФУ доктора физико-математических наук Алексея Павелко работала в рамках школы над проектом «Покрытия на основе высокоэнтропийных сплавов». Перед исследователями стояла задача разработать экономически обоснованную технологию нанесения таких покрытий.

— Предполагается, что разработка позволит повысить срок службы изделий и элементов конструкций, эксплуатируемых в экстремальных условиях: при низких температурах, в агрессивных средах и т. п., — рассказал Алексей Павелко. — Этому будет способствовать благоприятное сочетание таких свойств высокоэнтропийных сплавов, как прочность и пластичность, коррозионная стойкость, устойчивость как к термическим, так и к механическим воздействиям. Взаимодействие с экспертами, организованное в рамках школы, позволило выявить сильные и слабые стороны проекта, а также наметить пути его дальнейшего развития.

Школа «Университет — РАН» действует в рамках программы развития ЮФУ «Приоритет 2030». В смешанных группах ученых из трех научных организаций формируется опыт фундаментальных исследований и прикладных разработок, который позволяет решать нетривиальные задачи, отметил кандидат физико-математических наук, директор ФИЦ ПХФ и МХ РАН Евгений Голосов.

— Эти группы работают над нетипичными задачами, требующими погружения в новые области, такие как высокотемпературные сверхпроводники и высокоэнтропийные сплавы, — отметил он. — Обмен опытом и компетенциями в таких условиях позволяет нам быстро генерировать и проверять гипотезы. Это дает возможность формировать новые научные направления, которые впоследствии будут реализованы силами всех трех организаций.

Этот опыт направлен на развитие исследователей-лидеров, способных создавать научные группы, разрабатывать планы реализации задач и предлагать решения с практическим применением в промышленности. Наша цель — разрабатывать новые технологии и продукты, необходимые для российского рынка, в рамках технологического суверенитета.

По словам проректора по стратегическому развитию и исследовательской деятельности ЮФУ Евгения Муханова, именно системная подготовка ключевых исследователей является главной целью проекта Школы «Университет — РАН». Совместная работа на центральных площадках Курчатовского института, а также входящих в его состав ЦНИИ конструкционных материалов «Прометей» и Петербургском институте ядерной физики позволило исследователям ЮФУ ознакомиться с их инфраструктурой и сформировать новые научные связи, подчеркнул Евгений Муханов.

— Участники Школы подтвердили свой статус ученых высокого класса и организаторов науки, а также лидеров крупных программ и проектов, которых, я уверен, ждет большой успех, — добавил он. — В течение двух недель смешанные команды работали на трех площадках, стремясь развернуть, реализовать и довести до стадии MVP или Proof of Concept шесть сложных технологических проектов. Это подразумевало проведение серьезных синтетических работ и физико-химических испытаний. Среди реализованных проектов были разработки в таких ключевых направлениях, как создание новых фармацевтических препаратов для лечения онкологических заболеваний, разработка материалов для сцинтилляторов нового поколения и создание инновационных покрытий для арктических условий на основе высокоэнтропийных сплавов.

Впереди участников школы ждет третий модуль, в рамках которого планируется завершение начатых проектов и запуск новых направлений, соответствующих запросам российской промышленности.