СЛЕД ДОБРЫХ СВЕРШЕНИЙ
Уральская академическая наука, недавно отпраздновавшая свое
семидесятилетие, начиналась с Института химии, который,
естественно, сегодня тоже пребывает в семидесятилетнем возрасте,
называясь Институтом химии твердого тела. О некоторых достижениях
коллектива можно было узнать из юбилейных речей на торжествах, но
захотелось поближе познакомиться со старейшим научным
образованием Урала.
Л.Юдина,
"НВС"
 |
| Д.ф.-м.н. А.Гусев |
До института добралась только к концу рабочего дня, и как-то
сразу попала в лабораторию тугоплавких соединений. Разговорилась
с пребывающим на рабочем месте заведующим лабораторией,
доктором физико-математических наук
А.ГУСЕВЫМ. Рассказчик он оказался прекрасный, а поскольку
работает в институте более тридцати лет, то осведомлен о всех
проблемах — и тех, что вставали перед коллективом в разные годы,
и нынешних.
— Александр Иванович, как я поняла, историю института вы знаете
неплохо. Давайте приоткроем некоторые ее страницы, сосредоточив
основное внимание на лаборатории, ибо эта тема вам ближе. Итак,
институту — семьдесят, а лаборатории?
— Лаборатория тугоплавких соединений в нынешнем ее виде вдвое
моложе, но, как вы знаете, молодость — не всегда недостаток, что
я и постараюсь показать в ходе беседы.
Об институте. Он был назван в числе первых четырех единиц,
которые в 1932-м году должны были положить начало центру
уральской академической науки. Была запланирована крупная
структура химического института — на 450 человек, с множеством
лабораторий. Но поскольку деньги пошли целевым назначением и
поступили в местный бюджет, власти распорядились ими по-своему.
Понять их было можно. Строились гиганты промышленности —
"Уралмаш" и "Химмаш", создавался университет. И те четыре
института, которые были запланированы, еще довольно длительное
время оставались только на бумаге. А в химическом институте
начали действовать только две лаборатории: органической химии во
главе с И.Постовским и физико-химического анализа, которую
возглавил С.Штейнберг. В 1936 г. к ним добавилась группа
(позднее — лаборатория) химии редких элементов. Большинство
институтских лабораторий, существующих ныне, выделились из нее.
 |
| С аспирантами Института теоретической и прикладной физики
Штутгартского университета (Германия, 1993 г.) |
— Какие из работ коллектива можно назвать наиболее громкими?
— Когда в 30-40-е годы встала во весь рост атомная проблема,
институт подключился к ее решению. Потому что уже был известен
своими работами по извлечению из руд рассеянных металлов, таких
как титан, цирконий, ниобий, молибден, вольфрам, уран,
таллий и т.д. Из руд эти элементы
практически невозможно добывать, так как большинство из них не
имеет собственных минеральных форм, и содержатся они в рассеянном
виде, в тысячных долях, хотя встречаются довольно часто.
Исследования в данном направлении, и довольно успешно, вела Анна
Кирилловна Шарова, много лет проработавшая в институте. Ее
недавно не стало — года не дожила до своего столетия.
Промышленных методов извлечения редких и рассеянных элементов, в
общем-то, известно не было. Например, немцы уже в 30-е годы
научились получать германий, и наша страна покупала его по
достаточно высокой цене. А дело близилось к войне. И было
совершенно очевидно, что необходима собственная технология, чем
коллектив лаборатории занялся.
Так было всегда. Как только
ситуация в стране требовала решения сложной проблемы, химики
тотчас брались за нее.
Потребовалось активизировать исследования по переработке
различных минеральных образований с радиоактивными элементами —
институт сделал это. Была поставлена задача создания новых
лекарств для бойцов в годы войны — и появились сульфаниламидные
препараты. Наш академик-органик И.Постовский получил за их
разработку Сталинскую премию.
— Упустила такой важный вопрос! Александр Иванович, а кто
заведовал лабораторией при ее создании?
— Многие годы во главе коллектива стоял академик Геннадий
Петрович Швейкин, с 1997 г. лабораторию возглавляю я. Кстати,
Швейкин — это первый ученый, который получил в чистом виде
ниобий. Причем, когда он занимался ниобием, то обнаружил
интересный эффект. Оказалось, что ряд элементов — титан,
цирконий, ниобий и т.д. с углеродом и азотом образуют самые
твердые из известных соединений — карбиды и нитриды. Только
алмаз может им противостоять. Одновременно карбиды и нитриды
являются и сверхпроводниками — не высокотемпературными, а
обычными, которые реально используются в промышленности.
— А что, о подобных соединениях прежде не знали?
— В конце XIX века было высказано предположение о их
существовании, но особых знаний не было. Наша лаборатория взялась
восполнить пробел, и продолжает заниматься этими интересными
соединениями до сих пор.
— И что нового узнали?
— Большинство соединений в принципе имеют постоянный состав. То
есть абсолютно точно известно, сколько в них атомов того и
другого сорта. Если, скажем, один атом убрать, будет другое
соединение, с иными свойствами и структурой. Но карбиды и нитриды
оказались совсем иными. В их кристаллической решетке могут быть
не занятые атомами узлы решетки, так называемые структурные
вакансии, и в довольно значительном количестве. В решетке
карбидов, к примеру, может отсутствовать половина всех атомов
углерода.
— Значит, соединения нет?
— Напротив, соединение существует, сверхтвердое, тугоплавкое.
Суперсоединение, равного которому нет. Вы только представьте:
почти пустая решетка, атомов нет, а соединение существует.
В мире на сегодня известно более четырех миллионов соединений, а
подобных — где-то штук двадцать. Эти соединения мы назвали
сильно нестехиометрическими.
— Расскажите еще что-нибудь об особенностях этих интересных
соединений.
— Поскольку в них есть так много пустых мест, то атомы при
повышенной температуре могут перескакивать с одного узла решетки
на другой.
— И что в результате?
— В зависимости от того, как они на узлах расположатся, меняются
свойства соединений.
— Что же получается? Состав тот же, соединение — не изменилось,
а свойства всякий раз новые?
— В том-то и весь секрет! Предложен новый способ регулирования
свойств с использованием принципа перераспределения атомов по узлам
решетки.
— Но в расположении атомов все-таки должна быть определенная
система?
— Совсем не обязательно! Они могут распределиться хаотично, без
всякой системы, могут — повинуясь какой-то логике. В этом случае
возникает сверхструктура с новой симметрией. Такие вот
удивительные соединения. Поэтому мы и занимаемся переходами
беспорядок-порядок.
— Скажем, упорядочили вы соединение при определенных условиях.
Что это дало?
— Возьмем карбид ниобия. У него температура перехода в
сверхпроводящее состояние невысокая. А если карбид ниобия с
вакансиями в углеродной подрешетке упорядочим, то температура
сверхпроводящего перехода увеличивается в четыре раза.
Значительные эффекты при упорядочении наблюдаются на всех
свойствах. Иначе говоря, свойствами нестехиометрических
соединений можно управлять с помощью специальной термообработки.
— Скажите, есть ли практический выход этих оригинальных
исследований?
— Мне нравится тезис, часто повторяемый моим учителем
Г.Швейкиным: главная задача науки — выработка новых знаний. Но
и применение их — тоже прерогатива науки. Соединения, о которых
я вел речь, разумеется, востребованы. Они обладают колоссальной
твердостью, потому их используют, например, для производства
металлообрабатывающих инструментов.
Традиционные материалы, используемые в этом случае — твердые
сплавы на основе карбида вольфрама. Но в стране, как известно,
значительных месторождений вольфрама нет, к тому же вольфрам
всегда рассматривался прежде всего как стратегический материал,
его много требуется на оборонные нужды. Потому в свое время и
была поставлена задача создать твердые сплавы, которые по
свойствам не уступают вольфрамовым и в то же время значительно
дешевле их. Лаборатория много времени посвятила созданию
безвольфрамовых твердых сплавов, в частности, на основе карбида и
нитрида титана. Участвовали в работе и другие лаборатории. И
когда говорят о достижениях института, то об этой работе
упоминают непременно. Тем более, что и сегодня сплавы активно
используют. Скажем, в современных бронебойных снарядах.
Хотя, должен заметить, в последние годы промышленность все меньше
интересуется наукой. Выгоднее купить готовое за границей, чем
прилагать множество усилий для внедрения отечественной разработки
(она может быть лучше, дешевле, да мороки много!). Посмотрите,
ведь в стране фактически не осталось действующих инструментальных
заводов!
— Рейтинг у лаборатории тугоплавких соединений достаточно
высокий?
— Без преувеличения могу сказать, что в научном плане
лаборатория занимает лидирующее положение в мире, идет с
колоссальным отрывом. Мы сами зарабатываем деньги на развитие
исследований. У нас ведь очень специфическое оборудование —
высоковакуумное, высокотемпературное (эксперименты идут при
высокой температуре и высоком вакууме). Одна печь стоит больше
миллиона.
Посмотрите на этот фундаментальный труд. (Александр Иванович
предлагает обратить внимание на толстенную книгу на английском.)
Издательство Шпрингер не пожалело на ее издание 800 тысяч
долларов. Книга разошлась очень быстро, и все расходы
издательства окупились. А вообще только за последнее десятилетие
сотрудники лаборатории опубликовали 12 отечественных и зарубежных
монографий.
В последние годы лаборатория активно занимается созданием и
изучением нанокристаллических материалов, и в этом мы тоже
занимаем одно из лидирующих мест в России и пользуемся признанием
за ее границами.
— Сотрудников лаборатории, наверное, уважают за рубежом?
— Конечно, каждого принимают с удовольствием, приглашают
остаться. Но как правило, наши всегда возвращаются, хотя работают
в зарубежных коллективах подолгу. Здесь двойная выгода: мы имеем
возможность использовать прекрасную экспериментальную базу
зарубежных коллег, приобретая необходимый опыт и получаем
результаты для дальнейших исследований.
* * *
Разговор затянулся. Я уже начала поглядывать на часы. Но
казалось, моего собеседника ничуть не волновал тот факт, что
часовые стрелки уже отсчитывали минуты нерабочего времени. О
делах, нынешних и минувших, он рассказывал с удовольствием.
стр. 9
| 
