ВСТРЕЧА МАТЕРИАЛОВЕДОВ
Технический прогресс немыслим без создания новых материалов.
Свидетельством актуальности этой работы является постоянное
расширение списка научных журналов, в названии которых
присутствуют слова "материал" и "материаловедение", увеличение
числа конференций, имеющих отношение к этой тематике, выставок и
ярмарок, на которых демонстрируются новые материалы и
изготовленные из них изделия, возникновение многочисленных
материаловедческих обществ практически во всех развитых странах.
Три года назад была создана Сибирская ассоциация материаловедов
(СИБАСМА), коллективными членами которой стали 16 НИИ и вузов
Сибирского региона. Недавно этой ассоциацией совместно с
Сибирским отделением РАН была проведена вторая конференция
"Материалы Сибири". Финансовую поддержку оказала ГНЦП
"Интеграция". Гостеприимным хозяином мероприятия стал Алтайский
государственный технический университет им. И.И.Ползунова. Это
самый крупный вуз за Уралом, в нем обучаются 13 600
студентов, а 120 его преподавателей имеют докторскую степень.
Профилакторий "Гренада", в котором проходила конференция,
расположен в 40 км от Барнаула в прекрасном сосновом лесу. Уютные
корпуса, компактный конференц-зал и прохладная осенняя погода
способствовали активной работе почти восьми десятков ученых,
обсуждавших последние достижения сибирского материаловедения.
Круг объектов, о которых шла речь на конференции, чрезвычайно
широк: конструкционные и строительные материалы, материалы для
электроники, лазерной техники, синтетические драгоценные и
полудрагоценные камни, используемые не только в ювелирных
изделиях, но и для решения технических задач, катализаторы и даже
косметические препараты. Тематика докладов относилась не только к
описанию свойств новых материалов и возможностей их применения,
но и к результатам изучения процессов получения материалов с
разнообразными свойствами, исследованию явлений, происходящих при
приготовлении или эксплуатации материалов и изделий из них,
изучению особенностей строения материалов и вопросам решения
ключевой задачи материаловедения -- синтеза материалов с
заданными свойствами.
Такое разнообразие тем свидетельствует о том, что современное
материаловедение -- это междисциплинарная отрасль науки,
основанная на широком использовании достижений химии, физики и
многочисленных инженерных дисциплин. Пограничный характер
материаловедения обуславливает необходимость тесного
сотрудничества специалистов из разных областей знаний.
Свидетельством тенденции к интеграции служит тот факт, что третья
часть докладов была представлена от имени двух или большего числа
организаций. Часть работ была выполнена с участием сотрудников
промышленных организаций и фирм (хотя число таких сообщений пока
невелико). Сложность материаловедения приводит к традиционной
проблеме взаимопонимания разнопрофильных специалистов. Именно на
его улучшение было ориентировано заседание круглого стола,
посвященное анализу системной концепции понятия "материал",
обсуждению вопроса, чем это понятие отличается от столь
традиционных в химии и физике понятий "вещество" и "фаза".
К материалам относятся вещества, способные выполнять заданные
функции в технических устройствах. Эта способность определяется
их составом и специфическим строением, позволяющим материалам
проявлять свойства, обеспечивающие возможность реализации
заданного преобразования внешнего воздействия в полезный отклик.
На основании такого определения материалы и, соответственно, темы
докладов можно классифицировать по областям применения (например,
материалы для травмотологии), по функциям, выполняемым
материалами, (магнитные материалы), по их специфическим свойствам
(сверхтвердые материалы), по способам их получения (порошковые
материалы), по химическому составу (оксидные керамики), по
особенностям строения (монокристаллические материалы). Все эти
разделы были представлены на конференции.
Разветвленность тематики существенно осложняет задачу
всестороннего освещения прошедшей встречи специалистов в разных
областях материаловедения. Можно вспомнить, например, что
управление составом и молекулярной структурой -- прерогатива
химиков, что они традиционно синтезируют новые соединения и ищут
области их возможного применения, разрабатывают новые методы
получения уже известных материалов, ведут работы по глубокой
очистке веществ. В качестве примера можно привести доклад
В.Волкова (ИНХ СО РАН) о применении соединений бора для
поверхностного упрочения деталей из углеродистых сталей и титана,
получения люминофоров для визуализации и измерения "мягкого"
синхротронного излучения, синтеза пленок и покрытий из нитрида
бора -- инертного соединения с интересным набором свойств.
Пример работы, относящейся к физическим аспектам
материаловедения, -- доклад большой группы авторов из Алтайского
государственного технического университета "Компьютерные задачи в
материаловедении". Авторами сообщения разработан комплекс
программ моделирования точечных и протяженных дефектов
кристаллической решетки, снабженный системами визуализации. С
помощью этой компьютерной системы проведен анализ двумерных
дефектов в интерметаллидах.
Следующий иерархический уровень организации материала затронут в
докладе Х.Веринги -- сотрудника голландского Энергетического
центра, приглашенного в Институт катализа. Он рассказал о
применении керамических мембран с отверстиями нанометровых
размеров в электрохимических топливных элементах. Сугубо
прикладная работа специалистов ИХТТМ, ИТПМ СО РАН и
Западно-Сибирского металлургического комбината посвящена
улучшению качества слитков, полученных непрерывной разливкой
стали, вследствие добавок порошка карбида вольфрама. Продолжение
подобного перечисления представленных на конференции работ
потребовало бы чересчур много места, поэтому целесообразнее
остановиться на некоторых крупных проблемах.
В серии докладов освещались результаты работ, выполняемых в ИФП,
ИНХ, ИТФ в рамках интеграционного проекта СО РАН "Фундаментальные
проблемы полупроводникового кремния". В этих институтах ведется
научная проработка всех технологических операций производства
кремния для микро- и силовой электроники, начиная от получения
летучих соединений этого элемента из чернового кремния и кончая
выращиванием монокристаллов и пленок. Острота проблемы связана с
восстановлением кремниевой промышленности в России и, в том
числе, с организацией кремниевого производства на Красноярском
горно-химическом комбинате, осуществляемом в рамках конверсии
предприятий военно-промышленного комплекса.
Можно выделить два
подхода к решению этой проблемы. В рамках первого из них
проводится научная проработка традиционной технологии, в
результате которой уже сейчас удалось внести коррективы в
технический проект кремниевого производства на ГХК и получить
определенный опыт выращивания монокристаллов и пленок. В
частности, в ИФП и ИТФ проводится комплексное исследование
процесса получения монокристаллов методом безтигельной зонной
плавки. Система кристалл -- расплав, оплавляемый пруток
кремния, -- используемая в этом процессе, очень тонко реагирует на
малейшие изменения внешнего теплового поля и условий
кристаллизации. Поэтому экспериментальные исследования проводятся
при тесном сопровождении работами по моделированию теплопереноса,
гидродинамической обстановки, поверхностных явлений и
элементарных процессов роста. К настоящему времени удалось
получить рекордные по чистоте монокристаллы кремния, хотя еще
предстоит большая работа по повышению их структурного
совершенства.
В рамках второго подхода исследуется возможность использования
нетрадиционных технологических операций в кремниевом
производстве, направленных на упрощение технологической схемы,
возможности применения нетрадиционного, но доступного сырья,
перехода к полунепрерывным и непрерывным операциям.
Более десятка докладов содержали информацию о работах по
выращиванию монокристаллов веществ для лазерной и нелинейной
оптики, электро- и акустооптики, детекторов ионизирующих
излучений. Эти работы проводятся в шести институтах СО РАН.
Исследования имеют комплексный характер и включают в себя очистку
исходных реактивов, детальное изучение процессов образования
дефектов структуры и их самоорганизации в субструктуры следующих
иерархических уровней строения монокристаллов, определение
влияния дефектов на целевые свойства кристаллов, разработку
способов управления качеством кристалла в процессе роста. К этой
же группе можно отнести работы по получению крупных кристаллов
алмаза (от 0.05 до 1 карата), выполняемые в КТИМК СО РАН. Такие
работы заканчиваются, как правило, выпуском малых серий товарных
монокристаллов или изделий из них. Для примера отметим, что
кристаллы алмаза нашли применение в изготовлении фильер для
получения ультратонкой проволоки, хирургических микроскальпелей,
инструмента для прецизионной обработки поверхностей.
Очень интересное направление в материаловедении -- получение
наноматериалов в виде мелкодисперсных порошков, композитов из
наночастиц, размещенных в сплошной матрице, упорядоченных
наноразмерных дефектов в монокристаллических пленках или на
границах между тонкими слоями с разным химическим составом.
Несмотря на то, что такие объекты образованы из сотен и тысяч
атомов, в них реализуются квантовые эффекты. Кроме того, из-за
малого размера нанометровые образования имеют определенные
структурные особенности и специфические физические свойства.
Сошлюсь для примера на очень интересный доклад Л.Казанцевой
(ИМП СО РАН) о получении искусственного благородного опала.
Природный опал состоит из матрицы и включенных в нее фрагментов
регулярной решетки из сферических аморфных частиц из
гидратированного оксида кремния, размер которых и определяет цвет
включения. Большая работа по изучению тонких особенностей
химического состава и строения природного опала, создание
методики получения монодисперсных частиц заданного размера,
подбор состава матрицы и реализация композита с заданной
структурой позволили предложить технологию получения образцов
опала, не отличающихся по широкому набору характеристик от
природного полудрагоценного минерала.
Еще одно направление, достаточно широко представленное на
конференции, -- получение таких специфических материалов, как
катализаторы. В докладах освещались различные аспекты этой
проблемы -- от синтеза исходных веществ до практического
применения катализаторов для решения актуальных технологических
проблем. Остановлюсь лишь на докладе З.Исмагилова (ИК СО РАН), в
котором сообщалось о разработке и применении каталитических
реакторов для переработки жидких радиоактивных отходов. В
результате этого процесса удается сконцентрировать радионуклиды в
небольшом объеме загрязненного вещества, что существенно упрощает
решение проблемы их захоронения. Работа выполняется при
финансовой поддержке Управления по атомной энергии США. Установка
по очистке отходов в реакторах, разработанных в ИК, действует на
Новосибирском заводе химконцентратов, в ближайшее время
аналогичный метод переработки отходов будет использоваться на
Томском химкомбинате.
Крупный блок докладов был посвящен исследованиям дисперсных и
пористых материалов. Наиболее широко представлены работы по
механохимическим методам получения самых разнообразных
материалов: термостойких пигментов, удобрений, лечебной пудры,
порошков для производства строительных материалов, тугоплавких
сплавов.
Сообщалось также о работах в других направлениях современного
материаловедения: конструкционные материалы, пленки и покрытия,
методы исследования и идентификации материалов, математическое
моделирование.
Результаты конференции показали, что несмотря на весьма сложное
положение российской науки в Сибирском регионе широким фронтом
ведутся исследования в области материаловедения. Многие из них
доводятся до практических результатов. На основании этих работ в
институтах СО РАН, в вузах, в частных фирмах выпускаются
небольшие партии новых материалов и изделий из них. К сожалению,
потребители продукции находятся, в основном, за пределами России.
Возрождение российской промышленности, которое рано или поздно
должно все-таки произойти, неизбежно приведет к появлению
внутреннего спроса на подобную продукцию. Для того, чтобы наука
нашего региона оказалась к этому готова, нужно действовать уже
сейчас.
Производство материалов -- наукоемкая область техники, прогресс в
которой обеспечивается согласованной работой специалистов разных
научных профилей. Создание такого сообщества в Сибирском регионе
потребовало значительных интеллектуальных усилий и серьезных
материальных затрат на развитие парка приборов и установок. В
современной ситуации не все научно-исследовательские группы и
лаборатории материаловедческого профиля оказались способными к
самостоятельному финансовому обеспечению. Для некоторых из них,
имеющих реальные успехи в области разработки материалов и методов
их получения, сложным остается поиск потребителей как научной,
так и товарной продукции. Целесообразно в рамках СИБАСМА
проанализировать эту проблему и выработать определенную стратегию
координации и развития работ в этих направлениях. Необходима
поддержка исследований по решению фундаментальных задач, имеющих
значение для различных материаловедческих организаций, например,
в области создания проблемно-ориентированных баз и банков данных
научного и образовательного профилей.
На конференции прозвучал ряд докладов очень высокого уровня,
отражающих системный подход к решению сложных проблем
современного материаловедения. Подобные результаты представляют
интерес для широкого круга исследователей. Издание трудов
сибирских материаловедов под эгидой СИБАСМА в виде коллективных
монографий на английском языке могло бы способствовать как
пропаганде полученных в регионе научных результатов, так и
повышению авторитета нашего регионального общества
материаловедов. Понятно, что найти отечественных или зарубежных
спонсоров для реализации такого проекта очень и очень непросто,
но можно ожидать, что результат оправдает затраченные усилия.
Как уже отмечалось выше, во многих докладах сообщалось о
практическом использовании разработок сибирских ученых. Они
ориентированы на решение самых насущных проблем современного
общества. Целый ряд разработок имеет важное значение для решения
экологических задач: сенсорные материалы, реагирующие на
атмосферные загрязнения, сорбенты для тонкой очистки воды,
экологически чистые методы синтеза новых веществ, безотходные
методы приготовления материалов и изделий из них.
Продемонстрированы серьезные успехи в области глубокой очистки
веществ, получения монокристаллов и пленок для их использования
при создании современных приборов и устройств электронной и
оптической техники. Перспективны технологические разработки в
области конструкционных и строительных материалов. Все это дает
основание утверждать, что имеется серьезная
научно-исследовательская база для развития работ по созданию
новых материалов и процессов, ориентированная на развитие в
регионе высоких технологий. Решение этих проблем требует внимания
не только научной общественности, но и администрации
территориальных единиц нашего региона.
Член-корреспондент РАН Н.Ляхов, Президент СИБАСМА, выступая на
закрытии конференции отметил, что о многих материаловедческих
работах он впервые услышал здесь. Это свидетельствует об
ограниченности информационного обмена между специалистами.
Конференция позволила любому из участников выяснить состояние дел
в интересующей его области материаловедения в соседних институтах
или городах, установить полезные связи, которые будут
способствовать более эффективной работе в будущем. Принято
решение о проведении третьей конференции "Материалы Сибири" через
два года. Хотелось бы надеяться, что к тому времени ситуация в
стране стабилизируется, что позволит материаловедам Сибири
продолжать свои исследования в более спокойной обстановке и с
большим оптимизмом.
В.Косяков,
ведущий научный сотрудник ИНХ СО РАН,
кандидат
химических наук.
стр.
|
