Что читать о науке - 2020

Топ-8 разработок наших ученых в публикациях главного научно-популярного журнала Политеха

В ушедшем году, несмотря на все трудности пандемии, пульс научной жизни Политеха оставался в пределах нормы. Наши ученые продолжали вести исследования, делать открытия, выпускать статьи и монографии, а авторы журнала «Технополис Поволжья» внимательно следили за их достижениями. В День российской науки представляем рейтинг журнальных материалов о самых ярких разработках и открытиях 2020, сделанных политеховцами.

С тех самых пор

В рамках президентского гранта Российского научного фонда наши химики вместе с коллегами из Китая и Италии получили три новых материала, способных улавливать парниковые газы и опасные легковоспламеняющиеся пары органических веществ. Подобные ловушки-фильтры крайне необходимы для снижения промышленных выбросов. Они востребованы на газо- и нефтеперерабатывающих, химических производствах, на современных пищевых комбинатах. Ловушки имеют открытые поры, которые избирательно поглощают молекулы вредных веществ заданного состава и размера, что улучшает безопасность рабочих зон и обеспечивает чистоту воздуха. Материалы, синтезированные политеховцами, обладают способностью к возобновлению через растворение и повторную кристаллизацию.

– Отличительной чертой структуры наших материалов стала волнистая геометрия слоистых сеток водородных связей, – рассказывает кандидат химических наук, заведующий лабораторией синтеза новых кристаллических материалов международного научно-исследовательского центра по теоретическому материаловедению Политеха Евгений Александров. – Она допускает продольное расположение сеток и одновременно их переплетение, как в многослойных кусках тонкой ткани, сшитых между собой в единое толстое изделие. Такое расположение «полотен» оставляет много свободного пространства, допускает взаимное перемещение и деформацию без отслаивания.

Лучше нету того свету

Команда ученых под руководством Артема Земцова из Сызранского филиала Политеха разработала высокоэффективную систему питания электронных датчиков с помощью оптического излучения. Эта система позволяет быстро и экономично передавать по световоду энергию к датчикам, которые нужно разместить там, где нет возможности прямого измерения таких физических параметров, как температура, давление, высокое напряжение.

– В качестве монохроматических источников излучения для гибридных систем в нашей разработке используются распространённые лазеры с длиной волны 808 нанометров, – рассказывает Земцов. – Преимущество оптического волокна в качестве среды передачи сигналов состоит в том, что оно нечувствительно к любого рода электромагнитным помехам. Таким образом, энергию и результаты измерения в кодированном виде можно без искажений передавать на большие расстояния. К тому же в волоконных световодах, в отличие от медных жил и проводов, не может возникнуть искра. Значит, нет угрозы взрыва или пожара.

Математика для нанопокрытий

Используя принципы неравновесной термодинамики, команда ученых под руководством доктора технических наук, руководителя научно-исследовательского центра «Фундаментальные проблемы теплофизики и механики» Игоря Кудинова смогла построить математическую модель процессов в активных коллоидных системах. Сложнейшие расчеты ученых позволяют существенно улучшить способы получения наноматериалов. Дело в том, что при создании таких материалов с уникальными физико-химическими свойствами (с приставкой «сверх-»: сверхтеплопроводность, сверхэлектропроводность, сверхпрочность и т.п.) физические эксперименты проводятся в экстремальных условиях, например, под действием фемтосекундных лазеров или при сверхнизких и сверхвысоких температурах и давлении, с использованием ударных волн и так далее. На строгом языке науки такие условия называются локально-неравновесными.

– Классическая термодинамика не подходит для описания подобных процессов, – поясняет Игорь Кудинов. – Особенности переноса тепла, массы импульса в наномасштабах требуют принципиально новых подходов, не использующих классический принцип локального равновесия.

Композиты из огня

Коллектив под руководством доцента кафедры «Металловедение, порошковая металлургия, наноматериалы» Евгения Латухина предложил уникальную методику, позволяющую значительно упростить процесс создания керамико-металлических композитов (керметов). Такие материалы широко применяются в различных областях промышленности и экономики – от ракетостроения до медицины. Наши ученые нашли возможность удешевить процесс производства без потери качества получаемых материалов.

– В основе нашей технологии лежит экзотермическая реакция самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС), который мы также называем термином «горение», – рассказывает один из исследователей, аспирант кафедры «Металловедение, порошковая металлургия, наноматериалы» Эмиль Умеров. – Главное преимущество предлагаемого метода заключается в его энергоэффективности. Для создания керамического соединения не требуется дополнительное оборудование и внешний нагрев, так как тепло выделяется в ходе самой реакции, которая, кстати говоря, протекает самостоятельно. Это как бенгальский огонь – нужно его лишь поджечь, а дальше он прогорает сам, без постороннего вмешательства.

Большое количество выделяемой тепловой энергии обеспечивает прочное соединение металла и керамики в единый двухфазный композит. С использованием нового метода ученые уже создали несколько образцов керметов: карбид титана с алюминием, карбоалюминид титана с алюминием и карбосилицид титана с медью.

Искусство мешать

Аспирант Политеха Андрей Кирсанов разработал методику получения перспективного твердого топлива для российской ракетно-космической промышленности.

– Дело в том, что цикл изготовления определенного вида изделий занимает около недели, я же поставил перед собой задачу сократить это время до суток, – поясняет Кирсанов. – Вязкость у ракетных топлив разная, и на существующем оборудовании до сих пор высоковязкие составы смешать было невозможно – это либо очень опасно, либо очень долго. Однако, если на смеситель оказывать определенное волновое воздействие, можно добиться интенсивного перемешивания компонентов.

Разработанная молодым ученым волновая установка для смешения компонентов ускоряет и удешевляет технологические процессы в других областях – фармацевтике, в лакокрасочном и пищевом производствах.

Движение вглубь

Инженеры-нефтяники с кафедры «Бурение нефтяных и газовых скважин» сконструировали уникальную испытательную установку. Механизм в лабораторных условиях воссоздает физические параметры (например, давление и температуру) залежи, находящейся на разной глубине. С его помощью можно точно определять механические свойства горной породы: твердость, упругость, пластичность и т.д. Вес политеховской машины, предназначенной для имитации пластовых условий даже на глубине более восьми километров, составляет 1,6 тонны, нагрузка на сжатие – до 1000 кН, а на разрыв – до 500 кН. Одним словом, настоящая монстр-машина, аналогов которой в мире, строго говоря, нет.

– На создание аппарата, нас вдохновило изобретение академика РАН, основоположника нефтегазовой геомеханики в СССР Сергея Алексеевича Христиановича, – рассказывает руководитель проекта, кандидат технических наук Алексей Подъячев. – «Вживую» установку легендарного ученого мы, к сожалению, не видели, довольствовались лишь фотографиями в Интернете. Но зато мы знали основные принципы её работы, которые легли в основу нашей.

Триас разжимает челюсти

Геологи Политеха совместно с коллегами из Самарского палеонтологического общества провели мониторинг фауны триасовых и юрских отложений на территории Общего Сырта в Алексеевском и Борском районах Самарской области. В числе обнаруженных окаменелостей оказались находки, способные дать ученым новые сведения об амфибиях, обитавших в этой местности. Все животные относятся к подклассу лабиринтодонтов – вымерших существ, предков и дальних родственников современных лягушек.

– Нам попались кости сразу четырех видов животных, – рассказывает старший преподаватель кафедры «Общая физика, геология и физика нефтегазового производства» Алена Морова. – Мы нашли правые ветви челюсти: один образец принадлежит ветлугазавру (Wetlugasaurus sp.), а второй – ангузавру (Angusaurus sp.). Кроме того, были найдены неполные левые ветви челюстей бентозуха (Benthosuchus sushkini) и сыртозуха (Syrtosuchus sp.).

Таким образом у исследователей появились дополнительные сведения, позволяющие скорректировать представления об эволюции амфибий не только в рамках Самарского региона, но и на нашей планете в целом.

Тепло наших веществ

Ученые Политеха под руководством доктора химических наук Юрия Мощенского разработали термоанализатор для быстрого и эффективного тестирования энергонасыщенных материалов. Термоаналитический комплекс высокого разрешения предназначен для регистрации быстрых процессов тепловыделения, происходящих при нагревании порохов, смесевых ракетных топлив, промышленных взрывчатых веществ, а также для прогнозирования их реакции на тепловое воздействие. Высокая чувствительность термоанализатора позволяет проводить исследования с абсолютно безопасными количествами веществ - порошинками весом менее миллиграмма. При этом точность измерения тепловых эффектов с помощью лабораторного аппарата весьма высока.

– Области применения термического анализа в промышленности, химии, других науках расширяются очень быстро, – говорит Юрий Мощенский. – С помощью нашего метода можно регистрировать изменения во многих веществах – минералах, пищевых продуктах, полимерах, а также исследовать поведение при нагревании образцов нефти и нефтепродуктов. Так, например, мы изготовили модификацию прибора для исследования поведения масла для отечественных подлодок, синтезированного в Средневолжском научно-исследовательском институте по нефтепереработке, которое должно стабильно работать в компрессорах при возрастании давления до 400 атмосфер.