Теллурид Белгорода

Зачем рос­сий­ской нау­ке цен­тры кол­лек­тив­но­го поль­зо­ва­ния? В чем их успе­хи и про­бле­мы? ТрВ-Нау­ка решил разо­брать­ся на при­ме­ре ЦКП при Бел­го­род­ском госу­ни­вер­си­те­те, где зани­ма­ют­ся нано­тех­но­ло­ги­я­ми — в част­но­сти, улуч­ша­ют свой­ства тер­мо­элек­три­че­ских мате­ри­а­лов, моди­фи­ци­руя струк­ту­ру тел­лу­ри­да вис­му­та. Этот про­ект может быть поле­зен для кос­ми­че­ской про­мыш­лен­но­сти, метал­лур­гии, авиа­ции. Воз­мож­но, даже удаст­ся создать аль­тер­на­ти­ву нынеш­ним холо­диль­ни­кам: они будут мень­ше весить, быст­рее охла­ждать, бес­шум­но рабо­тать.

ЦКП: нау­ка или биз­нес?

О необ­хо­ди­мо­сти цен­тров кол­лек­тив­но­го поль­зо­ва­ния (ЦКП) нача­ли гово­рить в Рос­сии в сере­дине девя­но­стых, на волне инте­ре­са к стро­и­тель­ству инно­ва­ци­он­ной систе­мы. Идея ЦКП про­ста: доро­го­сто­я­щее науч­ное обо­ру­до­ва­ние выгод­нее купить один раз, собрать под одной кры­шей и предо­став­лять в поль­зо­ва­ние всем жела­ю­щим за уме­рен­ную пла­ту. От идеи до вопло­ще­ния про­шел доб­рый деся­ток лет, пока в 2005 году в рам­ках феде­раль­ной целе­вой про­грам­мы «Иссле­до­ва­ния и раз­ра­бот­ки по при­о­ри­тет­ным направ­ле­ни­ям раз­ви­тия нау­ки и тех­ни­ки» не про­фи­нан­си­ро­ва­ли 37 пер­вых ЦКП. Чуть боль­ше тре­ти из них созда­ли при уни­вер­си­те­тах, что­бы раз­ви­вать вузов­скую нау­ку. Через год долю вузов­ских ЦКП дове­ли до поло­ви­ны.

Олег Иванов
Олег Ива­нов

ЦКП при Бел­ГУ создан на волне увле­че­ния нано­тех­но­ло­ги­я­ми и назы­ва­ет­ся «Диа­гно­сти­ка струк­ту­ры и свойств нано­ма­те­ри­а­лов» (офи­ци­аль­ный сайт: [1]). Дирек­тор, моло­дой док­тор физи­ко-мате­ма­ти­че­ских наук Олег Ива­нов, при­е­хал в Бел­го­род из Воро­не­жа, заин­те­ре­со­вав­шись мас­штаб­ны­ми зада­ча­ми и воз­мож­но­стью науч­но­го роста.

На сче­ту цен­тра есть отлич­ные про­ек­ты. Вме­сте с бел­го­род­ской фир­мой «Влад­Ми­Ва» там раз­ра­ба­ты­ва­ли тех­но­ло­гию полу­че­ния кера­ми­ки на осно­ве диок­си­да цир­ко­ния для зуб­ных имплан­та­тов. Дру­гая раз­ра­бот­ка — тех­но­ло­гия нане­се­ния ваку­ум­но-дуго­вых изно­со­стой­ких покры­тий — исполь­зу­ет­ся на бел­го­род­ском заво­де «Ритм», где сверх­проч­ное покры­тие нано­сит­ся на фре­зер­ные инстру­мен­ты, кото­рые затем попа­да­ют на авиа­стро­и­тель­ные заво­ды [2]. Так­же в цен­тре зани­ма­лись сер­ти­фи­ка­ци­ей нано­ма­те­ри­а­лов по про­грам­ме Рос­на­но. Ста­тьи с науч­ны­ми резуль­та­та­ми, полу­чен­ны­ми с исполь­зо­ва­ни­ем при­бор­ной базы ЦКП, пуб­ли­ку­ют­ся в зару­беж­ных жур­на­лах, цити­ру­ют­ся. На обо­ру­до­ва­нии ЦКП выпол­ня­ют рабо­ты извест­ные уче­ные: про­фес­со­ра Юрий Коло­бов, Рустам Кай­бы­шев.

День­га­ми бел­го­род­ский ЦКП не оби­жен. Толь­ко в 2007–2012 годах по феде­раль­ной целе­вой про­грам­ме «Иссле­до­ва­ния и раз­ра­бот­ки» центр выпол­нил пять гос­кон­трак­тов на сум­му 215,5 млн руб­лей. Были и дру­гие гос­кон­трак­ты. В этом году бел­го­род­ский и еще восемь цен­тров полу­чат от Мино­бр­на­у­ки на раз­ви­тие по 163 млн руб­лей. На теку­щий момент центр уком­плек­то­ван доро­го­сто­я­щим обо­ру­до­ва­ни­ем под завяз­ку, там есть воз­мож­ность выпол­нять пол­ный цикл науч­ных работ — от син­те­за веществ, изме­ре­ний их свойств до опыт­но­го про­из­вод­ства.

Око­вы из бумаг

Рабо­тать бы и радо­вать­ся, да про­блем слиш­ком мно­го.

— Рань­ше лег­че было с доку­мен­та­ци­ей. Отче­ты, конеч­но, гро­мозд­кие, их не успе­ва­ли про­честь мони­то­ры (орга­ни­за­ции, про­ве­ря­ю­щие отчет­ность. — Т.П.). Но сей­час отчет­ность еще более слож­ная, — пожа­ло­вал­ся Олег Нико­ла­е­вич, встре­тив меня в сво­ем офи­се в ЦКП.

Основ­ная про­бле­ма — в день­гах, кото­рые по гос­кон­трак­ту при­шли в кон­це эта­па, а за него уже отчи­тать­ся нуж­но: что на эти день­ги сде­ла­ли. И это не толь­ко покуп­ка и обслу­жи­ва­ние обо­ру­до­ва­ния, на кото­рые ухо­дят до 80% денег, но и резуль­та­ты. Уже через несколь­ко меся­цев после нача­ла работ нуж­но опуб­ли­ко­вать десять ста­тей по теме гос­кон­трак­та в жур­на­лах, индек­си­ру­е­мых в Web of Science и Scopus. В спи­сок авто­ров ста­тьи обя­за­тель­но нуж­но вклю­чить сотруд­ни­ка ЦКП. А если поль­зо­ва­те­ли ЦКП сде­ла­ли у них рабо­ту по-дру­го­му гос­кон­трак­ту, но сотруд­ник ЦКП в ста­тье в каче­стве авто­ра не ука­зан, то вклю­чать эти ста­тьи в отчет уже нель­зя. Полу­ча­ет­ся, что во мно­гих ста­тьях, патен­тах, дипло­мах и дис­сер­та­ци­ях фак­ти­че­ски ЦКП поучаст­во­вал, но это для отче­та по гос­кон­трак­ту не засчи­ты­ва­ет­ся. А вот еще нюанс. Из-за того что у ЦКП нет сво­е­го юри­ди­че­ско­го лица, заказ­чик и поль­зо­ва­тель обо­ру­до­ва­ния ЦКП часто ока­зы­ва­ет­ся одним лицом — Бел­ГУ. Как опла­чи­вать рабо­ты самим себе?

Но глав­ное нов­ше­ство — теперь ЦКП рабо­та­ют толь­ко на сто­рон­них поль­зо­ва­те­лей, свои науч­ные иссле­до­ва­ния они боль­ше про­во­дить не обя­за­ны.

— Как про­кат обо­ру­до­ва­ния, — пошу­тил Ива­нов, но как-то груст­но. Ведь он в первую оче­редь физик, спе­ци­а­лист в обла­сти физи­ки твер­до­го тела, зани­ма­ет­ся сегне­то­эла­сти­ка­ми, высо­ко­тем­пе­ра­тур­ной сверх­про­во­ди­мо­стью, тер­мо­элек­три­че­ски­ми мате­ри­а­ла­ми, пре­по­да­ет физи­ку кон­ден­си­ро­ван­но­го состо­я­ния сту­ден­там. А вынуж­ден бегать с бума­га­ми, как зав­хоз. Хотя в прин­ци­пе всё дело к тому и шло. Идея сде­лать ЦКП цен­тра­ми услуг была изна­чаль­но в них зало­же­на. Архи­тек­то­ры про­грам­мы, конеч­но, пони­ма­ли, что отбить вло­жен­ные в обо­ру­до­ва­ние день­ги не удаст­ся, но выход на само­оку­па­е­мость казал­ся реаль­ным. ЦКП посто­ян­но под­тал­ки­ва­ли к тому, что­бы ока­зы­вать услу­ги, зара­ба­ты­вать. Но живых денег при­хо­дит мало. В год на хоз­до­го­во­рах бел­го­род­ский ЦКП зара­ба­ты­ва­ет 1,5–2,0 млн руб­лей. Этой сум­мы не хва­та­ет, что­бы содер­жать обо­ру­до­ва­ние. Толь­ко на после­га­ран­тий­ное обслу­жи­ва­ние раст­ро­во­го элек­трон­но­го мик­ро­ско­па Quanta 200 3D нуж­но 500 тыс. руб­лей в год.

— А что же зака­зы от мест­ных пред­при­я­тий? — спро­си­ла я.

— Зака­зы такие: про­ве­рить мар­ку ста­ли, про­ве­рить металл банок сгу­щен­ки, кото­рые не выдер­жи­ва­ли срок хра­не­ния, рабо­ты для суд­мед­экс­пер­ти­зы, — пояс­нил Ива­нов. — Пред­при­я­ти­ям не нуж­ны науч­ные рабо­ты. А у нас же новей­шее науч­ное обо­ру­до­ва­ние, для фун­да­мен­таль­ных иссле­до­ва­ний.

Благодаря дорогостоящим приборам в Белгородском университете можно заниматься и наукой, и бизнесом
Бла­го­да­ря доро­го­сто­я­щим при­бо­рам в Бел­го­род­ском уни­вер­си­те­те мож­но зани­мать­ся и нау­кой, и биз­не­сом

Из-за попы­ток уси­деть на двух сту­льях, то есть рабо­тать и на нау­ку и на биз­нес, не до кон­ца понят­но, как оце­ни­вать эффек­тив­ность ЦКП. Что важ­нее все­го: сколь­ко раз­ных орга­ни­за­ций вос­поль­зо­ва­лось его услу­га­ми; сколь­ко ста­тей опуб­ли­ко­ва­но с уча­сти­ем сотруд­ни­ков ЦКП; сколь­ко уче­ных про­шло ста­жи­ров­ку на его обо­ру­до­ва­нии; сколь­ко кон­фе­рен­ций про­ве­ли или сколь­ко денег зара­бо­та­ли?

Еще про­бле­ма: ЦКП часто исполь­зу­ет­ся в учеб­ных целях в ущерб нау­ке и биз­не­су. На кон­фе­рен­ции в Архан­гель­ске год назад Олег Ива­нов заост­рял эту про­бле­му:

— Если на защи­те дипло­ма выпуск­ник гово­рит, что про­вел иссле­до­ва­ния на мик­ро­ско­пе сто­и­мо­стью €1 млн, то это сра­зу дает комис­сии осно­ва­ние счи­тать, что рабо­та хоро­шая, — при­во­дит его сло­ва газе­та «Арк­ти­че­ский век­тор» [3].

Столк­но­ве­ние инте­ре­сов ЦКП и уни­вер­си­те­та мож­но решить покуп­кой гораз­до более деше­во­го учеб­но­го обо­ру­до­ва­ния, на кото­ром зани­ма­лись бы сту­ден­ты.

Но про­бле­мы про­бле­ма­ми, а рабо­та идет.

Да и моло­дежь, кото­рая тра­тит вре­мя доро­гу­щих мик­ро­ско­пов, име­ет успе­хи. Мно­гие участ­ву­ют в про­грам­мах «Умник» и «Старт» Фон­да содей­ствия раз­ви­тию малых форм пред­при­я­тий, откры­ва­ют малые инно­ва­ци­он­ные пред­при­я­тия. Вер­ну­лись из зару­беж­ных лабо­ра­то­рий рос­сий­ские уче­ные: Андрей Беля­ков — из Япо­нии, Дмит­рий Колес­ни­ков — из Поль­ши. Без ЦКП это не было бы воз­мож­но: он при­вле­ка­ет уче­ных, там мож­но делать миро­во­го уров­ня нау­ку.

— Вос­про­из­вод­ству кад­ров ЦКП спо­соб­ству­ет, — Олег Нико­ла­е­вич пред­ло­жил мне убе­дить­ся в этом и пооб­щать­ся с его аспи­ран­том Мак­си­мом Япрын­це­вым.

Нано­тех­но­ло­гии в холо­диль­ни­ке

Мак­сим вырос в деревне Боль­ше­бы­ко­во в Бел­го­род­ской обла­сти, в семье учи­те­лей.

Аспиранта Максима Япрынцева из деревни Большебыково химией увлекла школьная учительница
Аспи­ран­та Мак­си­ма Япрын­це­ва из дерев­ни Боль­ше­бы­ко­во хими­ей увлек­ла школь­ная учи­тель­ни­ца

— Дерев­ня — типич­ный отго­ло­сок совет­ских кол­хо­зов. Жили мы небо­га­то. В шко­ле нас на трак­то­рах учи­ли рабо­тать, — рас­ска­зал Мак­сим.

А еще в шко­ле углуб­лен­но учи­ли химии. Вален­ти­на Дмит­ри­ев­на Жид­ких, заслу­жен­ный учи­тель Рос­сии, была к школь­ни­кам тре­бо­ва­тель­на. Они участ­во­ва­ли в олим­пи­а­дах, зани­ма­ли при­зо­вые места. Мак­си­му нра­вил­ся пред­мет, лег­ко давал­ся. Роди­те­ли виде­ли его вра­чом, и он даже пытал­ся посту­пать в меди­цин­ский, но зава­лил био­ло­гию. Как ока­за­лось, к луч­ше­му: вооб­ще-то ему хоте­лось стать хими­ком. На хим­фа­ке Бел­ГУ он рано при­об­щил­ся к нау­ке — участ­во­вал в раз­ра­бот­ке сор­бен­тов для очист­ки воды. В аспи­ран­ту­ре кафед­ры физи­ки твер­до­го тела Мак­сим вклю­чил­ся в раз­ра­бот­ку тер­мо­элек­три­че­ских мате­ри­а­лов. Этот класс мате­ри­а­лов пере­во­дит теп­ло­вую энер­гию в элек­три­че­скую. Их при­ме­ня­ют либо как аль­тер­на­тив­ный источ­ник энер­гии, рабо­та­ю­щий там, где есть, к при­ме­ру, бро­со­вое теп­ло, либо в охла­жда­ю­щих устрой­ствах. Направ­ле­ние не новое, но пер­спек­тив­ное. В бел­го­род­ском ЦКП идут путем моди­фи­ка­ции струк­ту­ры тел­лу­ри­да вис­му­та — хоро­шо заре­ко­мен­до­вав­ше­го себя в тех­ни­ке мате­ри­а­ла. Тео­рия гово­рит: если вве­сти в мате­ри­ал нано­раз­мер­ные меж­фаз­ные вклю­че­ния, то мож­но сни­зить элек­тро­про­вод­ность и тем самым уве­ли­чить КПД мате­ри­а­ла. КПД тер­мо­элек­три­че­ских мате­ри­а­лов низ­кий — поряд­ка 5%. Они при­ме­ня­ют­ся в тех обла­стях, где по-дру­го­му никак не обой­тись. Напри­мер, в кос­ми­че­ских аппа­ра­тах, кото­рые летят к даль­ним пла­не­там Сол­неч­ной систе­мы: когда им пере­ста­ет хва­тать энер­гии от сол­неч­ных бата­рей, под­клю­ча­ют­ся авто­ном­ные устрой­ства — радио­изо­топ­ные тер­мо­элек­три­че­ские гене­ра­то­ры. Или в дат­чи­ках для метал­лур­ги­че­ской про­мыш­лен­но­сти: к ним невоз­мож­но под­ве­сти элек­три­че­ство, но рядом мно­го теп­ла. В опти­ко-эмис­си­он­ных спек­тро­мет­рах, где для быст­ро­го охла­жде­ния CCD-мат­ри­цы исполь­зу­ют­ся тер­мо­элек­три­че­ские устрой­ства. Или в авиа­ции, где в целях эко­но­мии мас­сы вме­сто обыч­ных кон­ди­ци­о­не­ров ста­вят охла­жда­ю­щие тер­мо­элек­три­че­ские устрой­ства. Они лег­че, в них нет тру­щих­ся частей, поэто­му они надеж­нее, но для мас­со­во­го при­ме­не­ния эффек­тив­ность пока еще низ­кая.

В ЦКП сами син­те­зи­ру­ют поро­шок тел­лу­ри­да вис­му­та, прес­су­ют, отжи­га­ют и иссле­ду­ют струк­ту­ру ком­по­зи­та. Если нет лиш­них фаз, иссле­ду­ют тип носи­те­ля заря­да, элек­тро­про­вод­ность.

Как хими­ка меня сна­ча­ла инте­ре­со­вал син­тез, но когда я неод­но­крат­но про­шел все ста­дии рабо­ты, вник, то увлек­ся, — рас­ска­зал Мак­сим. — Я ста­ра­юсь всё делать само­сто­я­тель­но. Инте­ре­су­юсь посто­рон­ни­ми зада­ча­ми, рас­ши­ряю зна­ния. Помо­гал полу­чать элек­тро­ли­ты и пори­стые стек­ла для сосед­них лабо­ра­то­рий.

Разработки ЦКП позволяют наносить сверхпрочное покрытие на фрезерные инструменты для авиазаводов
Раз­ра­бот­ки ЦКП поз­во­ля­ют нано­сить сверх­проч­ное покры­тие на фре­зер­ные инстру­мен­ты для авиа­за­во­дов

Обыч­но в тер­мо­элек­три­че­ских устрой­ствах исполь­зу­ют моно­кри­стал­ли­че­ский тел­лу­рид вис­му­та, а бел­го­род­цы син­те­зи­ру­ют поро­шок и добав­ля­ют туда веще­ство с низ­кой теп­ло­про­вод­но­стью — это диок­сид крем­ния в виде диэлек­три­че­ских обо­ло­чек нано­ча­стиц тел­лу­ри­да вис­му­та. При прес­со­ва­нии по все­му ком­по­зи­ту рав­но­мер­но рас­пре­де­ля­ют­ся наноплен­ки. Это долж­но при­ве­сти к воз­ник­но­ве­нию тун­нель­но­го типа про­во­ди­мо­сти, незна­чи­тель­но сни­зить элек­тро­про­вод­ность, но суще­ствен­но сни­зить и теп­ло­про­вод­ность.

— Есть такой пока­за­тель, как тер­мо­элек­три­че­ская доб­рот­ность: ZT. У суще­ству­ю­щих тер­мо­элек­три­че­ских мате­ри­а­лов ZT поряд­ка еди­ни­цы. А надо уве­ли­чить в несколь­ко раз — в этом смысл, — ска­зал Мак­сим.

Мате­ри­ал с тер­мо­элек­три­че­ской доб­рот­но­стью выше, чем у ана­ло­гов, най­дет прак­ти­че­ский выход — это и катод­ная защи­та газо­про­во­дов, желез­ных дорог, ути­ли­за­ция бро­со­во­го теп­ла, холо­диль­ная про­мыш­лен­ность. Уже сей­час попу­ляр­ны тер­мо­элек­три­че­ские холо­диль­ни­ки мощ­но­стью до 100 ватт — сум­ки-холо­диль­ни­ки, заря­жа­е­мые от сети. Домаш­ний холо­диль­ник потреб­ля­ет боль­ше ста ватт, но если создать тер­мо­элек­три­че­ский мате­ри­ал с ZT поряд­ка 2,5–3,0, то он поз­во­лит вытес­нить с рын­ка обыч­ные холо­диль­ни­ки. Тер­мо­элек­три­че­ский холо­диль­ник будет мень­ше весить, быст­рее охла­ждать, а глав­ное, бес­шум­но рабо­тать.

В Воро­не­же и Подоль­ске есть пред­при­я­тия, где про­из­во­дят тер­мо­элек­три­че­ские мате­ри­а­лы из тел­лу­ри­да вис­му­та. И они вос­тре­бо­ва­ны даже при КПД 3–5%. Но если его немно­го уве­ли­чить, то это откро­ет еще боль­шие пер­спек­ти­вы. Улуч­ше­ни­ем тел­лу­ри­да вис­му­та зани­ма­ют­ся и у нас и за рубе­жом, но мало, пото­му что боль­шин­ство науч­ных групп сосре­до­то­че­но на полу­че­нии совер­шен­но новых мате­ри­а­лов.

Мак­сим пока­зы­ва­ет мне образ­цы тел­лу­ри­да вис­му­та — кро­хот­ные чер­ные стол­би­ки раз­ме­ром 5 мм. Имен­но такие нуж­ны для испы­та­ний мате­ри­а­ла в каче­стве охла­жда­ю­ще­го устрой­ства. А для испы­та­ний в каче­стве аль­тер­на­тив­ных источ­ни­ков энер­гии — тер­мо­элек­три­че­ских гене­ра­то­ров — нуж­но изме­рять элек­тро­фи­зи­че­ские свой­ства при нагре­ва­нии до 400 К, и тако­го обо­ру­до­ва­ния в ЦКП еще нет. При­дет­ся зака­зы­вать.

— Это насто­я­щие нано­тех­но­ло­гии? — уточ­ни­ла я на вся­кий слу­чай, вспом­нив бес­ко­неч­ные дис­кус­сии пяти­лет­ней дав­но­сти.

— Да. Дефек­ты нано­мет­ро­во­го мас­шта­ба силь­но вли­я­ют на элек­тро­фи­зи­че­ские свой­ства. Это факт. Но пока мы не можем уве­рен­но ска­зать, в поло­жи­тель­ную или отри­ца­тель­ную сто­ро­ну, — Мак­сим пояс­нил, что их рабо­та во мно­гом идет мето­дом проб и оши­бок. — Тема­ти­ка совер­шен­но новая, непрой­ден­ная. Мы полу­ча­ем мате­ри­ал дру­гим мето­дом, и от это­го у него дру­гие свой­ства. Конеч­но, хочет­ся видеть поло­жи­тель­ные резуль­та­ты, что­бы рабо­та име­ла прак­ти­че­ский выход.

Татья­на Пичу­ги­на
Фото­предо­став­ле­ны пресс-служ­бой­Бел­ГУ

1. bsu.edu.ru/bsu/structure/detail.php?ID=65508&IBLOCK_ID=298

2. strf.ru/material.aspx?CatalogId=221&d_no=36497

3. http://narfu.ru/upload/uf/7d0/AV_2013_feb_8_2_web.pdf

Если вы нашли ошиб­ку, пожа­луй­ста, выде­ли­те фраг­мент тек­ста и нажми­те Ctrl+Enter.

Связанные статьи

Один комментарий

  1. «спи­сок авто­ров ста­тьи обя­за­тель­но нуж­но вклю­чить сотруд­ни­ка ЦКП.…» вот таки в этой фра­зе и вся прав­да о Бел­го­род­ском ЦКП…
    Полу­ча­ет­ся, что все это про­сто махинации.Своих работ и нау­ки там нет.
    Сидят, пилят день­ги и огор­ча­ют­ся, что «нуж­но включить…»…да в любой нор­маль­ной лабо­ра­то­рии это мик­ро­ско­пи­че­ское тре­бо­ва­ние выпол­ня­ет­ся автоматически…а тут жало­бы – при­тес­ня­ют, ста­тей требуют..Эх вы-ы-ыы-ы…и не стыд­но? Еще и интер­вью раздают.Уж сиде­ли бы тихо…физики они..

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Оценить: 
Звёзд: 1Звёзд: 2Звёзд: 3Звёзд: 4Звёзд: 5 (Пока оценок нет)
Загрузка...
 
 
 

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: