Posted 26 января 2018,, 12:07
Published 26 января 2018,, 12:07
Modified 29 мая 2023,, 09:20
Updated 29 мая 2023,, 09:20
Как красноярский физик придумал материал для кораблей-невидимок — из полиэтилена
«Проспект Мира» публикует очередную серию интервью с молодыми учеными, участвующими в программе «УМНИК», которая помогает превратить научную идею в коммерческий проект. В этот раз мы поговорили с физиком Ильей Маркевичем, который делает «электропроводящий диэлектрик», потенциально способный делать военные корабли невидимыми для радаров.
«Вот здесь я и делаю свой материал», — говорит 26-летний аспирант Сибирского федерального университета Илья Маркевич в лаборатории Института химии и химической технологии СО РАН на улице Карла Маркса. Столы, настенные полки и прочие поверхности здесь заставлены многочисленными бутылочками с маслами. «Это всё моего коллеги, — поясняет Илья, — я в работе использую другое сырье — сверхвысокомолекулярный полиэтилен».
Большинство при слове «полиэтилен» вспомнит, скорее всего, обычные пластиковые пакеты, продолжает молодой физик, но видов этого материала на самом деле множество: «Полиэтилен по сути — это очень длинная цепочка из атомов. Марки полиэтиленов отличаются между собой длиной этих цепочек. В сверхмолекулярном полиэтилене, или СВМПЭ, цепи очень длинные, за счет чего он имеет ряд преимуществ перед другими полимерами.
Например, СВМПЭ обладает износостойкостью и ударной прочностью, благодаря чему из него делают бронежилеты. «Они не уступают кевларовым, — уточняет Илья. — Например, у саперов есть обмундирование со вставленными пластиковыми листами из СВМПЭ».
Кроме того, такой полиэтилен скользкий, почти как тефлон. «Если коснуться порошка СВМПЭ, то ощущения будут, как будто рука в масле», — описывает Маркевич. Из-за скользкости из этого материала производят искусственный лед для небольших катков и покрытия для лыж. Наконец, СВМПЭ достаточно инертен к некоторым химическим веществам и используется в пищевой промышленности и эндопротезировании в качестве замены коленных и тазобедренных суставов.
СВМПЭ — лишь основа для материала, разработанного Ильей. Молодому ученому нужно сделать полиэтилен электропроводящим. Для этого физик добавляет в него углеродные нанотрубки. Но прежде нанотрубки надо диспергировать — то есть измельчить.
«Они в несколько тысяч раз тоньше человеческого волоса, — сравнивает Маркевич. — Но достаточно длинные по отношению к своему диаметру: все равно как если бы труба толщиной с метр была длиной в километр».
О проекте
После диспергирования трубки перемешиваются с полиэтиленом, а потом прессуются под давлением и, наконец, получается материал, способный проводить ток. По замыслу создателя, материал можно будет использовать в качестве радиопоглощающего покрытия. «Грубо говоря, можно покрыть им военные корабли, и тогда они будут незаметны для радаров противника», — говорит Маркевич.
Как поясняет Илья, по проекту он сотрудничает с Институтом физики, институт — с АО «НПП Радиосвязь», а тот, в свою очередь, получает задачи в том числе от военно-промышленного комплекса. «Это не секрет: сейчас все пытаются сделать радиопоглощающее покрытие, которое будет действовать в широком диапазоне частот. Существующие радиопоглощающие материалы поглощают волны лишь на определенных частотах — либо в узком, либо в очень узком диапазоне».
«Как вообще радары видят объект? В корабль или самолет пускается электромагнитная волна, она отражается от металлической поверхности и возвращается обратно, — объясняет Маркевич. — И радар фиксирует: там что-то есть. Радиопрозрачный материал забирает на себя волну, поглощает ее. Это происходит за счет того, что электромагнитные волны, попадая в материал, возбуждают в нём какие-либо процессы. Ток обычно преобразуется в тепло — соответственно, вся энергия волны уходит на тепло и обратно она уже не отражается, то есть радар не видит объект. И вот мои углеродные нанотрубки способны поглощать волны».
По идее Ильи, материал может быть элементом конструкции корабля, частью внешней обшивки, которая будет поглощать радиоволны и заодно защищать от различных воздействий погоды и небольших ударов. «Почему именно корабли, а не самолеты? На самолетах используются стелс-технологии, и там жестокие требования к материалам, поэтому туда мы, конечно, не полезем, — объясняет физик. — Но для военных автомобилей и кораблей мой материал в принципе подходит».
Впрочем, и в самолетах материал использовать всё же возможно, оговаривается он — но в малой авиации, в качестве антистатических материалов. «Нам такая задача поступила от Института авиации из Новосибирска, — поясняет Илья. — Материалом можно заменять металлические элементы конструкции малых самолетов, в частности, алюминий. Статика — это накопление заряда в диэлектрике. Скрытая угроза здесь состоит в том, что заряд может высвободиться и создать искру, а искра — это уже пожароопасная ситуация. Антистатический проводник не позволяет накапливаться статическому заряду».
Благодаря этим же свойствам материал может использоваться, например, и в нефтегазовой промышленности.
О результатах работ
Как говорит Илья, за время исследований ему удалось добиться главной своей цели — получить электропроводящий материал. «Рекордов, которые уже в этой сфере были, мы не достигли, — признается он. — Но нам удалось увеличить прочность — примерно на 15%, а износостойкость почти наполовину».
Сейчас опытные образцы материала должны протестировать в Институте физики. «Там проверят, насколько изделие подойдет для изготовления радиопрозрачных материалов, помогут определить наиболее выгодный состав и довести технологию производства до уровня, при котором мы можем изготавливать тонны материала. Сейчас мы делаем лишь граммы», — говорит Илья.
Как начал заниматься наукой и узнал про «УМНИК»
Научной деятельностью Маркевич увлекся на четвертом курсе бакалавриата, учась в СФУ на направлении «Нанотехнологии». «Нам нужно было защитить бакалаврскую работу, я обратился к своему научному руководителю, он задал найти интересную тему, и я выбрал полимеры с углеродными нанотрубками. И, как оказалось, у научного руководителя есть хороший приятель — мой нынешний начальник — который как раз занимался этой темой, пытался сделать электропроводящий полиэтилен. Так вместе с ним я и занялся исследованиями».
Позже шеф и рассказал подопечному про программу «УМНИК». «Это, говорит, нам будет полезно, — вспоминает Илья. — Выбора у тебя нет, делай заявку. Я, конечно, немного опешил: я к тому моменту только год работал в науке, а тут — писать заявку на грант. Это ведь очень много работы: нужно понять, что я делаю и зачем, каковы коммерческие перспективы этой наработки, в конце концов, посчитать бюджет на два года».
Второй раз Илья опешил, когда выиграл.
Что дал «УМНИК» и советы молодым ученым
«За два года в проекте я добился своей цели, получив требуемый материал. Хотелось бы большего, конечно, — хотя бы один корабль им покрыть, например, — шутит Илья. — Но задачу я выполнил».
«Главное, что мне дала программа, — это опыт работы со своим собственным проектом, — делится впечатлениями он. — Здесь всё зависит от тебя: ты должен дать результат — хочешь этого или не хочешь, но нужно работать. То есть ты получаешь необходимую долю стресса, который подстегивает, с которым придется сталкиваться в дальнейшем — дальше в жизни ведь стресса будет гораздо больше».
Программа, говорит Илья, заставляла его развиваться как ученого: участвовать в других мероприятиях, форумах и конкурсах. «Поэтому тем, кто хочет поучаствовать в «УМНИКе», но боится, я советую просто пробовать. Никто на подаче заявки или защите проекта не кусается, не задает сложных вопросов, чтобы завалить, как на экзамене. Не надо бояться жестких вопросов — если их задают, значит, увидели потенциал в твоем проекте. И не надо бояться, что проект может быть сырой: сырость, неготовность его к большим достижениям еще не значит, что он плохой. Наоборот, это может значить, что вы нашли какую-то нишу, которую еще никто не занял, в которой вы станете пионером и сможете ее развивать».
_________________
Программа «УМНИК» направлена на поддержку коммерчески ориентированных научно-технических проектов молодых исследователей.
Принимать участие в конкурсе по данной программе могут физические лица от 18 до 30 лет включительно, являющиеся гражданами РФ и ранее не побеждавшие в программе.
Параметры поддержки:
- размер гранта — 500 тыс. рублей;
- срок выполнения НИР — не более 24 месяцев (2 этапа по 12 месяцев);
- направление расходов — проведение НИР.
- Направления НИР:
- Информационные технологии
- Медицина будущего
- Современные материалы
- Новые приборы
- Биотехнологии
Заявки подаются в электронном виде в системе «УМНИК».
Оператором «УМНИКа» в Красноярском крае является Красноярский региональный инновационно-технологический бизнес-инкубатор.
По всем вопросам, касающимся участия в «УМНИК-2018» (подачи заявки и получении консультаций), можно обращаться к специалистам Проектного офиса КРИТБИ:
Гардер Кристина Александровна — 8 (391) 201-77-77, gka@kritbi.ru