Как сегодня в России создаются наукоемкие материалы для электроники, энергетики и текстильной промышленности, какие разработки уже готовы предложить петербургские ученые и что будет с их проектами дальше? Об этом и не только говорили на пресс-конференции в офисе ТАСС в Санкт-Петербурге. Руководители стратегических проектов, эксперты из петербургских университетов рассказали, с чем сталкиваются ученые, работая в этих областях, и какие решения возможны в новых условиях. Главные тезисы ― в материале ITMO.NEWS.
В пресс-конференции участвовали директор инжинирингового центра Университета ИТМО Виктория Желтова, доцент Института физики, нанотехнологий и телекоммуникаций Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого Роман Бурковский, заведующий кафедрой микро- и наноэлектроники Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета «ЛЭТИ» Виктор Лучинин, профессор Санкт-Петербургского государственного университета промышленных технологий и дизайна, руководитель стратегического проекта «Умный текстиль» Елена Сашина и доцент кафедры инженерного материаловедения Санкт-Петербургского государственного университета промышленных технологий и дизайна, директор Центра трансфера технологий и компетенций FashionTech программы «Приоритет-2030» Ольга Москалюк.
Материалы для гибкой электроники
На протяжении последних 10 лет в мире активно развиваются технологии для гибкой электроники. Различные технологические корпорации уже работают над смартфонами, которые можно согнуть в два раза, или телевизорами-рулонами, не теряющими свои свойства даже после того, как их буквально свернут в трубочку. Например, в 2021 году китайская компания OPPO представила концепцию смартфона с экраном-рулоном OPPO X 2021. Работают в области гибкой электроники и российские ученые. В частности, в ИТМО пять лет назад была создана лаборатория гибкой электроники и тонкопленочной фотовольтаики (FlexLab).
Как подчеркивает руководитель инжинирингового центра ИТМО Виктория Желтова, ее сотрудники занимаются как изучением и разработкой материалов для гибкой электроники и фотовольтаики, так и апробацией этих технологий и созданием прототипов реально работающих устройств. Например, специалисты трудятся над фотодетекторными материалами, чернилами для различных дисплеев, сенсорными слоями для температурного мониторинга, а именно — разрабатывают составы для таких материалов, способы их нанесения и измерения.
Также в последнее время в лаборатории активно занимаются тематикой сенсоров изображений. Среди потенциальных применений таких устройств ― датчики отпечатков пальцев и рентгеновские детекторы. Причем область использования последних широка: рентгеновский контроль изделий применяют в различных отраслях промышленности — в авиации, моторостроении, судостроении, атомном энергостроении, трубной промышленности и при строительстве и эксплуатации трубопроводов.
Помимо этого, идет работа с LED‑ и колор-конвертерами для дисплеев. Во FlexLab ИТМО уже есть собственные технологии синтеза нового поколения перовскитных квантовых точек. По словам Виктории Желтовой, такие материалы дают большую яркость и эффективность, а поэтому их перспективно применять для создания различных дисплеев.
Материаловедение и новые виды памяти
Одна из тех областей, в которой у российских ученых есть огромная наработанная база и серьезный задел на будущее, ― материаловедение. В частности, как подчеркнул заведующий кафедрой микро- и наноэлектроники ЛЭТИ Виктор Лучинин, в технологии выращивания искусственных алмазов Россия превосходит зарубежные страны по своим возможностям.
Преимущество также может быть достигнуто и за счет развития карбидокремниевой технологии, работа над которой в ЛЭТИ ведется уже более полувека. С этой областью в последние годы связывают много перспектив. Например, диоды на основе карбида кремния (SiC) уже проникли на быстро развивающийся рынок инверторов для систем питания на основе солнечных батарей.
Карбид кремния. Фото: Matthias Renne / wikipedia.org (CC BY-SA 3.0)
В петербургском Политехе, который, как упомянул доцент Института физики, нанотехнологий и телекоммуникаций Роман Бурковский, исторически славился работой в области металлургии, сегодня активно занимаются нанотехнологиями. В качестве примера текущих разработок он привел работу над новыми типами сегнетопамяти. Сегнетоэлектрическая оперативная память (FRAM) по своему устройству схожа с динамической памятью с произвольным доступом (DRAM). Но, чтобы обеспечить энергонезависимость, в FRAM используется слой сегнетоэлектрика вместо диэлектрического слоя, как в DRAM.
Умный текстиль
Fashion Tech ― это далеко не только про то, какой цвет будет модным в этом сезоне или какой фасон брюк уже не стоит носить. Текстильная промышленность сегодня ― целый комплекс технологий, направленный в том числе на разработку новых функциональных материалов. Доцент кафедры инженерного материаловедения СПбГУПТД Ольга Москалюк отметила, что в университете уже создают текстильные материалы с электропроводящими свойствами. Область их применения довольно широка: это и изоляторы, и антистатические изделия (те же СИЗ или упаковка), средства защиты от электромагнитного излучения.
Фото: Anton / Unsplash
В целом в СПбГУПТД проводят исследования по колорированию, синтезу новых отделочных веществ и специальной отделке текстиля. Как рассказала Елена Сашина, заведующая кафедрой химических технологий имени проф. А. А. Хархарова, на базе университета уже разработали состав на основе наночастиц оксидов металлов, а также способ его закрепления. Благодаря этому составу ткань приобретает фотохромную (чувствительную к свету) структурную окраску, а также возможность самоочищаться под воздействием солнечных лучей. Такую ткань перспективно использовать, в частности, в интерьере и для салонов автомобилей.
Другое направление, в котором работают в университете, ― создание материалов с устойчивой антибактериальной и противогрибковой отделкой. В качестве примера Елена Сашина продемонстрировала маску из такого материала ― по словам эксперта, ее свойства сохраняются даже после многократных стирок.
Импортозамещение: с какими трудностями столкнулись ученые и как их решить
Перестраивать свою работу в новых условиях приходится не только рынку, но и исследователям. По словам Романа Бурковского, он и его коллеги не хотели бы отказываться от многолетнего сотрудничества с зарубежными специалистами, но сейчас также ищут новые возможности для коллабораций внутри страны. Например, у российских специалистов есть серьезные компетенции в области выращивания кристаллов ― наработки еще со времен Советского Союза, а сейчас исследователи снова стали активно заниматься этим направлением.
Если говорить о текстильной промышленности, сложнее всего здесь заместить сырьевую базу, считает Ольга Москалюк. В России есть заводы, которые производят те или иные волокнообразующие полимерные материалы, но до этих пор они делались в основном из импортных компонентов. Поэтому, как подчеркнула Ольга Москалюк, особой проработки, в том числе на уровне правительства, заслуживает вопрос малотоннажной химии ― это пигменты, катализаторы, сырье для специальных волокон, инженерные пластики и индивидуальные химические реагенты.
Среди «узких мест», которые стоит преодолеть, чтобы действительно развивать наукоемкий сектор и применять научные разработки в промышленности, Виктор Лучинин назвал вопрос налаживания системных связей между корпорациями. Сейчас, как отмечают эксперты, каждый по сути действует автономно.