| | | | |
| | | | | |
 Институт Электрофизики / История   Карта сайта     Language По-русски По-английски

Историческая справка

Нам 20 лет

Нам 25 лет

Награды

Визиты

Нам 20 лет

Из истории импульсной электрофизики в нанотехнологиях
Ivanov V.V.

Виктор Владимирович Иванов,
доктор физико-математических наук,
заместитель директора ИЭФ по научным вопросам,
заведующий лабораторией прикладной электродинамики

Во время основания Института электрофизики еще не было столь модных сегодня слов «нанотехнологии» и «наноматериалы». Они пришли к нам с Запада в начале девяностых прошлого века, когда благодаря бурному развитию методов анализа вещества с высокой локальностью, в частности изобретению атомно-силового и туннельного микроскопов, было признано, что свойства вещества, состоящего из «кирпичиков» размерами в десятки-тысячи ангстрем, существенно зависят от среднего размера этих «кирпичиков», т.е. от масштаба микроструктуры. Реально открылось новое измерение в развитии науки и перспективной техники: возможность кардинально управлять свойствами вещества через масштаб микроструктуры, точнее наноструктуры. При этом имеются ввиду не только твердые материалы (металлы, керамика, полимеры, композиты), но и так называемые «мягкие» вещества, к которым относятся биологические объекты и жидкие кристаллы.

Несмотря на «западное» происхождение упомянутой модной терминологии многие современные развивающиеся нанотехнологии были изобретены и развивались в нашей стране задолго до объявленного бума. Только назывались они другими словами – ультрадисперсные материалы и технологии. В Советском Союзе по данной проблеме проводились научно-технические конференции, и некоторые разработки были доведены до использования в промышленности. Это может быть темой большого отдельного повествования. Здесь же хотелось отметить, что к числу давних разработок, обеспечивающих высокий престиж отечественной науки, относятся получение нанопорошков электрическим взрывом проволок (ЭВП) и магнитно-импульсное прессование (МИП) порошков, развиваемые в Институте электрофизики. Данные методы представляют наглядный пример применения мощной импульсной электрофизики к технологии перспективных материалов. ЭВП технология разрабатывалась в институте с момента его основания под руководством одного из родоначальников метода Котова Юрия Александровича, все начиналось с первой ЭВП установки.

В течение 20 лет Институт электрофизики приобрел лицо авторитетной организации с высоким международным признанием в области нанотехнологий материалов. В настоящее время Институт разрабатывает технологии и оборудование для получения и компактирования слабо агрегирующих нанопорошков, формирования объемных и пленочных наноструктурных материалов. Развитые подходы позволяют реализовать уникальные состояния наноразмерных фаз в порошках и компактных материалах благодаря высоким скоростям и коротким длительностям (10-6 – 10-3 с) нагрева, испарения, конденсации и сжатия вещества. Широкая технологическая и приборная база, созданная в Институте позволяет выполнять полный цикл исследований и разработок нанотехнологий от получения нанопорошков до создания образцов изделий. В развитии технологических возможностей института весьма знаменательным был 1998 год, когда усилиями двух лабораторий, импульсных процессов и квантовой электроники, было положено начало лазерной отечественной технологии получения уникальных нанопорошков керамик. Важной вехой в технологическом развитии был 2004 год – год освоения литьевой технологии получения полимер-керамических пленок. Также можно обозначить моменты расширения аналитических возможностей в связи с появлением уникальных приборов современного поколения: сканирующего электронного микроскопа LEO (2000 г.), атомно-силового микроскопа Solver47p (2003 г.), и других.

Технологические задачи в области наноматериалов носят междисциплинарный характер, в их решении необходимы знания специалистов из разных областей знаний. В частности, над технологиями, развиваемыми в нашем институте совместно работают электрофизики, оптики, химики твердого тела и химики органики, материаловеды, механики и теоретики. Вовсе не означает, что полный комплект таких специалистов имеется в каждой лаборатории и даже в Институте электрофизики в целом. Успешное продвижение в области нанотехнологий было бы невозможно без согласованной кооперации научных лабораторий, в первую очередь, внутри института. Уравновешенное сочетание общей цели и личных амбиций всегда приносило успех, как в получении, так и в выполнении большинства научных проектов. В настоящее время в работы в области нанотехнологий вовлечены пять подразделений института: лаборатории импульсных процессов, прикладной электродинамики, квантовой электроники, пучков частиц и группа нелинейной динамики плазмы. Довольно широка география научного сотрудничества по России (Екатеринбург, Москва, Нижний Новгород, Томск, Ижевск, Новосибирск, Санкт-Петербург) и за рубежом (Германия, Нидерланды, Великобритания, Испания, Индия, Корея).

Подробнее расскажу о лаборатории прикладной электродинамики, с которой связана большая часть моей научной биографии. Сейчас лаборатория представляет собой достаточно большой и молодой коллектив со штатной численностью 20 и средним возрастом научных сотрудников 38 лет. Коллектив продемонстрировал способность решать сложные задачи в области нанотехнологий, создавать образцы современного магнитно-импульсного оборудования. В лаборатории развиваются два перспективные направления технологических исследований: создание компактных наноструктурных материалов (функциональные керамики и металло-матричные композиты), разработка твердооксидных топливных элементов на основе нанотехнологий. Имеется современное технологические и аналитическое оборудование. В сравнении с положением 15-ти летней давности, когда мы были новичками в нанотехнологиях, а из аналитического оборудования имели только морально устаревший рентгеновский дифрактометр, настоящая вооруженность оборудованием представляется сказкой. По настоящему такое ощущение, вероятно, приходит только к ветеранам, поскольку молодые сотрудники тех трудностей не видели.

Начинался наш коллектив из небольшой научной группы, открытой в лаборатории импульсных процессов Ю.А. Котовым для исследований по разработке напыления тугоплавких покрытий методом ЭВП (июнь 1987 г.). Я и С.Н. Паранин были первыми ее сотрудниками. Мы прибыли переводом из ФТИ УНЦ, г. Ижевск, по приглашению Ю.А. Котова и всемерной поддержке директора Института электрофизики академика Г.А. Месяца. Наш перевод имел серьезное объективное основание, и представлялся перемещением в родное сообщество электрофизиков-импульсников. Безусловно, имел место и субъективный фактор. Будучи студентом и аспирантом МФТИ, я занимался исследованиями в области ЭВП. Работа непосредственно выполнялась в ИВТАНе под руководством признанного в мире классика ЭВП доктора С.В. Лебедева. По научным трудам и конференциям мне были хорошо знакомы многие специалисты в области ЭВП, в том числе и томская школа «проволочников». После защиты аспирантской диссертации в 1983 г. была работа в Физико-техническом институте г. Ижевска в области разработки ЭВП покрытий. Разворачивать эти работы приходилось практически на пустом месте и с большим трудом, поскольку ФТИ имел чисто материаловедческий профиль. Туда же после окончания МФТИ приехал и Сергей Паранин. В 1986 г. стало известно об открытии Института электрофизики в Свердловске и перемещении туда из Томска корифея ЭВП Ю.А. Котова. Именно тогда мною и Параниным без колебаний было принято решение о переходе в Институт электрофизики, что и было реализовано в течение последующего года.

Институт электрофизики начинался со строительства лабораторных помещений на ул. Комсомольской 106, где мы успели поучаствовать. Затем был монтаж экспериментальной установки для исследований ЭВП напыления. Работали дружно и на результат, стремясь побыстрее приступить к экспериментам. Из-за недостатка площадей наша установка располагалась в одной проходной комнате с частотным ГИНом Сергея Рукина, в последствии автора SOS-эффекта. Буквально после начала первых экспериментов по ЭВП напылению от Геннадия Андреевича поступило предложение переключиться на сильноточные исследования высокотемпературных сверхпроводящих (ВТСП) керамик. Направление представлялось крайне актуальным и перспективным. За открытие в 1986 ВТСП швейцарские ученые получили Нобелевскую премию, в 1987 г. уже были синтезированы первые ВТСП материалы, обладающие сверхпроводимостью при температурах выше точки кипения азота. Поскольку ВТСП керамики обладают высоким электросопротивлением в нормальном состоянии, то при высоких плотностях критических токов (104 – 105 А/см2) их было бы перспективно использовать в сильноточных ключах. Главные трудности оказались технологическими: традиционные керамические технологии позволяли получать ВТСП керамики с крит. токами плотностью порядка 102 А/см2, что крайне мало для создания переключающих устройств. В 1989 г. мы приняли решение приступить к формированию компактных ВТСП керамик с применением магнитно-импульсного прессования с целью получения материала с высокими критическими токами. Использовали схему Z-пинча для сжатия порошка сверхпроводящей фазы в металлической трубе, стремясь получить длинные стержни из ВТСП керамики с высоким критическим током. Сложившаяся творческая группа смогла обеспечить полный цикл исследований от синтеза порошка ВТСП фазы до получения изделия и тестирования сверхпроводимости. Как раз в это время в нашем коллективе появился третий ветеран лаборатории Владимир Хрустов – специалист в области твердофазного синтеза. Работали в тесной кооперации с коллегами из Института химии твердого тела: Сергеем Чешницким и Сергеем Лебедевым. Сверхпроводящими тестами занимались молодые ребята из нашей лаборатории Александр Петриченко и Олег Жданок. К великому сожалению все четверо ушли из науки в последующее тяжелое время крутых экономических реформ. Грустное было позже.

В 1991 начали получаться весьма достойные результаты по критическим токам в ВТСП стержнях. Знаменательной датой в этом поиске оказалось 20 августа 1991 г., когда плотность критического тока в образцах достигла рубежа 2000 А/см2. Для начала практического применения этих материалов следовало бы еще раз в 10 увеличить плотность тока. За столь увлекательной работой как большая неожиданность свалились политические события 19-21 августа. Последующие реформы привели к закрытию многих научно-технических программ в стране, в том числе и программы по ВТСП материалам. Технологический поиск в этой области требует значительных финансов, поэтому работы были прекращены в 1992 г., фактически в середине пути. И вернуться к ним, к сожалению, не представилось возможным.

Для меня, и, полагаю, многих наших коллег следующий 1992 год принес обновленное восприятие мира. Как всегда с удивительной своевременностью нашим директоров Геннадием Андреевичем было принято решение провести международную конференцию по сильноточной электронике с большим участием иностранцев. Несмотря на галопирующую инфляцию, конференция на борту теплохода «Владимир Маяковский» прошла с большим успехом. Большая часть научных сотрудников института, в том числе молодежи, приняла в ней участие. Конференция послужила хорошим и злободневным уроком общения и сотрудничества с иностранными учеными. Впереди были годы практически без отечественной поддержки науки, и для успешного развития необходимо было учиться добиваться финансирования по международным проектам и заключать контракты. Год 1992 также ознаменовался для нашей лаборатории сменой тематики исследования. Толчком было предложение Юрия Александровича Котова применить технологические наработки, приобретенные нами при формировании ВТСП, к получению наноструктурных керамик из нанопорошков. До того момента в ИЭФ были разработки по ЭВП нанопорошкам. Развитие работ по магнитно-импульсному прессованию нанопорошков и спеканию позволяло получить в Институте замкнутый технологический цикл. По замыслу полнота цикла исследования должна лучше привлекать партнеров и инвесторов. Первый успех пришел уже в 1993 г. Группа ученых из Карлсруэ (Кернфоршунгсцентрум, Германия), интересующаяся получением керамических нанопорошков посетила институт, и от них поступило предложение заключить контракты на совместные исследования по получению нанопорошков оксидов методом ЭВП и их прессованию магнитно-импульсным методом. В 1995 г. по окончании этих контрактов в Германию были поставлены две соответствующие установки. Успешно начатое сотрудничество с этой группой в области нанотехнологий продолжилось по совместным международным проектам до 1998 г. В этом сотрудничестве мы не только получили прекрасную финансовую возможность развивать наши исследования, но приобрели опыт в организации работ, да и просто положительные элементы западной культуры.

С 1997 г. началось наше сотрудничество с ВНИИТФ, г. Снежинск, где в рамках конверсии развивались исследования по созданию твердооксидных топливных элементов (ТОТЭ). Поводом послужило представление совместного проекта в МНТЦ, в рамках которого предстояло отрабатывать наноструктурную керамику кубического диоксида циркония для применения в качестве электролита ТОТЭ. По совместным проектам в 1998 были получены образцы наноструктурного электролита в форме пластин, в 2000 – в форме труб со стенкой 0,5 мм, а в 2005 – в форме труб с рекордно малой толщиной стенки порядка 0,1 мм. Развитие работ по синтезу изделий из наноструктурного электролита в ИЭФ является примером успешной кооперации уже трех лабораторий института: импульсных процессов, квантовой электроники и нашей. Хотя в тот период электрохимические тесты выполнялись внешними коллабораторами, успех в получении высоких характеристик электролита был очевиден, и работы следовало развивать дальше.

Созданный задел в области наноструктурных электролитов позволил нам с 2004 г. активно включиться в инвестиционную программу «Норильского никеля» по разработке топливных элементов. Для этого потребовалось развернуть оборудование и освоить литьевую технологию получения тонких пленок из нанопорошков электролита и создать полную экспериментальную базу для электрохимических испытаний. Исследования в данном направлении успешно развиваются, но рассказывать о них пока рано. С расширением тематики лаборатории в данном направлении наш коллектив значительно вырос. В 2004 г. к нам пришел ведущий ученый-электрохимик с мировым именем Липилин Александр Сергеевич, один из создателей первых электрохимических генераторов на ТОТЭ.

В коллектив лаборатории успешно вписались несколько выпускников нашей базовой кафедры «Электрофизики» Физико-технического факультета УГТУ, в настоящее время уже аспиранты или сотрудники. По моим наблюдениям эти ребята в большинстве представляют уже новое поколение молодых специалистов, заинтересованных в интересной работе и, что немаловажно, в практическом результате исследований. Время студентов-ларечников девяностых годов закончилось, и молодые люди лучше стали осознавать цену добротного образования, позволяющего делать карьеру в интеллектуальной сфере. Когда у молодых людей видишь стремление расти в науке, совершенно становится не жалко личного времени, чтобы обсудить нечто новое и интересное, вместе поработать над статьей. Имея прекрасную молодежь можно с уверенностью размышлять о будущем института.

Дизайн и программирование N-Studio
© 2003-2018 Институт Электрофизики
беременность, мода, красота, здоровье, диеты, женский журнал, здоровье детей, здоровье ребенка, красота и здоровье, жизнь и здоровье, секреты красоты, воспитание ребенка православное искусство, христианские стихи, книги скачать, православные знакомства, плохие мысли, психологи рождение ребенка,пол ребенка,воспитание ребенка,ребенок дошкольного возраста, дети дошкольного возраста,грудной ребенок,обучение ребенка,родить ребенка,загадки для детей,здоровье ребенка,зачатие ребенка,второй ребенок,определение пола ребенка,будущий ребенок медицина, клиники и больницы, болезни, врач, лечение, доктор, наркология, спид, вич, алкоголизм рождение ребенка,пол ребенка,воспитание ребенка,ребенок дошкольного возраста, дети дошкольного возраста,грудной ребенок,обучение ребенка,родить ребенка,загадки для детей,здоровье ребенка,зачатие ребенка,второй ребенок,определение пола ребенка,будущий ребенок