Научные поиски талантливого томича

Одна из особенностей науки в том, что у многих интересных и перспективных научных разработок очень часто юное лицо. Возможно, у молодых ученых еще нет интуиции и большого опыта (дело это наживное), но есть энергия, жажда поиска и амбициозные цели. Все это вместе плюс настойчивость и терпение дают многообещающий результат.

И все-таки она скользкая!

Не так давно материаловеды ТГУ разработали новый способ получения самосмазывающейся керамики с повышенной твердостью и аномально низким коэффициентом трения. Это технология синтеза отечественного аналога «скользкой» керамики. В полученных образцах 97% соединения AlMgB14 и 3% примесей, твердость полученного сплава – 32 гигапаскаля, что не хуже, чем у лучших зарубежных аналогов. Применение полученного материала имеет огромное значение везде, где необходимо снизить издержки трения: этот материал поможет сделать менее шумной и более долговечной работу приборов и механизмов в массе отраслей производства: от бурения подземных недр до аэрокосмической техники.

Инициатор проекта – заведующий лабораторией нанотехнологий металлургии ТГУ кандидат технических наук Илья Жуков.

Есть классические истории, когда ученые что-либо открывают, делая это первыми, идя по непроторенной дорожке, но есть случаи, когда исследователи, по сути фантазеры с детскими глазами, смотрят на некий объект с интересными свойствами, видят его по-другому, предлагая свои гипотезы и отработку их правильности.

О работе с керамикой молодой человек говорит скромно: «Это простая история». На одном из совещаний с представителями ВПК было озвучено, что некоторые соединения перспективны, но их никто не делает, а они были бы важны в определенных узлах различных изделий.

– На мой взгляд, ничего в этом сложного не было. Попробовали, предложили новые методы. Получилось лучше, дешевле, чем зарубежные аналоги. Первые в мире, вторые в Сибири, – шутит, широко улыбаясь, Илья Жуков.

Но если по сути, то была выполнена сложнейшая исследовательская работа, имеющая огромные перспективы.

Подшипники – слабое звено любого устройства: они быстро изнашиваются, и тогда весь механизм выходит из строя. Но если использовать «скользкую» керамику, то подшипник будет работать чуть ли не вечно – выдерживать большие нагрузки, повышенные обороты вала и не требовать смазки. В жанре фантастики это звучало бы как победа над трением.

Керамика для таких подшипников делается на основе порошков алюминия, магния и бора (AlMgB14). Материал был известен и до томичей – результаты его испытаний несколько лет назад были опубликованы за рубежом. Они были очень многообещающими: керамика обладала высокой твердостью (32 гигапаскаля, это треть от эталонного алмаза) и при этом сверхнизким коэффициентом трения (до 0,02), то есть сама по себе была «скользкой». Но процесс получения «скользкой» керамики весьма дорог и трудоемок.

– Самый простой подход – взять по отдельности все компоненты: по одной части алюминия и магния, 14 частей бора и смешать, – поясняет ученый. – Чем мельче, тем лучше, и чем чище, тем лучше. Но чистый мелкодисперсный порошковый алюминий стоит очень дорого, купить его трудно. С порошковым магнием тоже непросто – он возгорается на воздухе, то есть с ним работать тяжело из-за большой взрывоопасности. Чистый бор сам по себе дорогой: стоимость одного килограмма – от 50 тысяч рублей, а на исследованиях он просто улетает.

Талант – парадоксов друг

И томские материаловеды предложили оригинальный способ, удивительный в своей простоте.

– Мы придумали, что алюминий и магний можно сплавить (слитками они стоят недорого), а уже потом механически размолоть в защитной атмосфере (в аргоне – чтобы кислорода не было). Присыпать бором и далее для формирования материала использовать классические методы порошковой металлургии – прессование, спекание и так далее.

– Успех томичей был высоко оценен. Ведущие журналы по материаловедению – Materials Today Communication и Ceramics International, – говорит Илья Жуков, демонстрируя один из них, – с удовольствием приняли статьи о данных исследованиях, потому что никто таких подходов раньше не использовал. Надо еще учесть и повышенный уровень требований к качеству работы у зарубежных изданий.

В настоящее время разработка томичей из разряда фундаментальных исследований перешла в практическую плоскость.

Есть к керамической теме интерес у кораблестроителей, в аэрокосмической отрасли и в медицине. Достаточно вспомнить аппараты ИВЛ (все знают эту аббревиатуру). Там керамические подшипники жизненно необходимы: кислород и масляная смазка обычных подшипников могут вступить в контакт, и тогда до беды недалеко.

Сила династии

Сегодня Илья Александрович – признанный ученый в своей сфере: стажировки в ведущих мировых центрах, контакты с коллегами многих стран, серьезные гранты, многочисленные конференции и награды, одна из которых – медаль «За заслуги перед ТГУ». Но судьба могла пойти по другой дороге, не менее достойной, но другой.

Первоначально интереса к научной работе у молодого человека не было. Среднюю школу Илья окончил в Томске. Необычную, из генерации учебных учреждений, порожденных свободой педагогического творчества 1990-х годов. Она так и называлась – «Наша школа». В принципе, особых изюминок не было, за исключением малого количества учеников. Но фундамент заложила.

– У меня были все четверки по предметам и лишь по физике – «отлично», – улыбается Илья Александрович. – Это была заслуга и учителей физики и математики.

Неплохая база знаний точных наук помогла поступить на физтех ТГУ и… пойти по стопам родителей. Отец – доктор физико-математических наук, завлабораторией высокоэнергетических систем и новых технологий ТГУ, мама – преподаватель. Семейная династия продолжилась, о чем он говорит с удовольствием. Только по окончании ФТФ Илья не думал углубляться в научные дали.

– Почему-то душа не лежала (улыбается). Но особых вариантов, что делать дальше, не было. Поступив в аспирантуру, сразу попал в живую творческую атмосферу интересного поиска и в конечном итоге увлекся. Зацепило, – поясняет Илья. – И это заслуга моего руководителя – научного сотрудника Института физики прочности СО РАН. Мне повезло: я попал к доктору наук Светлане Петровне Буяковой. Ею были поставлены четкие, интересные задачи, и жажда новых знаний увлекла. Так началось мое развитие как ученого.

Университет, аспирантура заложили другие основные базовые принципы научного поиска: как сформулировать цель, поставить задачу – для чего, зачем и почему.

Сделать то, чего еще нет

– Есть ли у ученого азарт? – размышляет материаловед. – Если не говорить о высоком предназначении, а приземлиться, то повседневная работа исследователя во многом рутинна и однообразна. Опыт и эксперимент требуют повторений, проверок, а это совсем не напоминает дорогу, усеянную открытиями. Лишь изредка возникают интересные зависимости, сложные эффекты, и тогда появляется желание на уровне глубинного озарения поставить амбициозную цель. В случае со «скользкой» керамикой: с точки зрения свойств материала ничего особенного нет, но когда получаешь эти свойства и физические зависимости, их обосновывающие, то просыпается азарт, который подстегивает к получению новых результатов. Последующая публикация результатов работы в рейтинговом журнале, принятая в сообществе, добавила уверенности, что так и есть, а сделанные выводы – не фантазии, а реальность.

Кстати, в обширном списке опубликованных статей кандидата наук Ильи Жукова есть работы из разных сфер – от материаловедения до металлургии. Что же составляет основной интерес?

– У ученых многозадачность в современной ситуации – это условие поддержания оптимального тонуса: есть задачи, которые ставят промышленники, а есть фундаментальные проблемы. Конечно, идеально было бы расти в одном направлении, но есть некоторые нюансы. С одной стороны, если копаться в одном и том же, то это быстро надоедает молодой энергетике (улыбается), а с другой стороны, прагматический момент, или материальная составляющая жизни, – научному коллективу нужно зарабатывать. В этом смысле сложные задачи от производства как два в одном: и прибыльно, и интересно в плане новых результатов.

Одно из перспективных исследований, в том числе с практической точки зрения, – это повышение прочности металлических изделий за счет введения в расплав тугоплавких (с температурой плавления до 2 тыс. градусов) наночастиц. Они могут повышать прочность на 50% от исходного параметра и при этом увеличивать пластичность металла. Часть подходов уже отработана в НПЦ «Полюс». На эту технологию есть запрос у промышленности, ученые в коллаборации с коллегами начали работать с одним из автоконцернов.

Современная наука в части материаловедения объективно достигла серьезных высот. Новые материалы, которые по законам сингулярности (взрывного роста) приходят в нашу жизнь, восхищают своими фантастическими свойствами, делая в конечном итоге жизнь людей более комфортной. Но более всего поиск новых свойств материалов от пытливых умов ученых в тишине лабораторий открывает путь в будущее.

И так хотелось бы, соглашаясь с героем очерка, чтобы исследовательские работы и находки получали как можно больше практического воплощения. Приближая этим завтрашний день.

Автор: Анатолий Алексеев