Алтайский ученый рассказал об уровне науки и новых изобретениях

Алтайский ученый рассказал об уровне науки и новых изобретениях

Алтайский ученый рассказал об уровне науки и новых изобретениях

Не в деньгах счастье, считает Владимир Плотников, доктор физико-математических наук, завкафедрой общей и экспериментальной физики Алтайского госуниверситета. На его счету сотни научных работ, десятки изобретений. Одно из них вошло в топ-100 Роспатента РФ по итогам 2019 года. И ученый не считает, что надо искать лучшей жизни за границей.

Интерметаллиды

С Владимиром Александровичем мы беседуем в вузовской лаборатории физики металлов. Он показывает патент на изобретение «Способ получения тонкой нанокристаллической интерметаллической пленки на стеклянной подложке» и рассказывает, что это была последняя из шести «охранных грамот», полученных по теме бинарных и многослойных пленок системы медь-олово.

– Это большая работа, проделанная нашей аспиранткой Анной Макрушиной, имеет абсолютную мировую новизну, – объясняет ученый. – И я был соавтором Анны.

– В чем суть изобретения и как его можно использовать?

– Вопрос интересный, – улыбается собеседник. – Работа изначально проводилась в научных целях. Нам нужно было изучить протекание химических реакций на границе раздела двух металлов. Однако есть и прикладная составляющая исследования. Сейчас существует потребность в источниках высокоинтенсивных потоков электронов. Они применяются в электронно-лучевых установках, которые имеют как научное, так и прикладное применение. Для формирования мощных пучков нужны источники электронов. Исторически электроны получали методом термоэлектронной эмиссии, то есть нагревали металл, который выделял электроны, и разгоняли их в электрическом поле. Так работают все вакуумные радиолампы. Но нагрев – неэффективный способ их получения, а потом он дает низкую концентрацию электронов. Поэтому был придуман вариант, позволяющий получить большое количество отрицательно заряженных частиц без нагрева. Для этого применили прямой выход электронов под действие электромагнитного поля. Но если брать обычный материал, то нужно электрическое поле высокого напряжения в десятки тысяч вольт. Тоже нехорошо. Тогда вспомнили о явлении холодной эмиссии, для которой требуются электроды определенной формы. Один из таких вариантов – остриё. Но одного острия, которое можно сделать из любого гвоздя, мало. Требуется устройство, в котором этих остриёв было бы видимо-невидимо. Оказывается, для этого можно использовать двойные или многослойные пленки, в которых надо сформировать интерметаллическую фазу в виде совокупности островков. Каждый островок есть индивидуальный источник электронов. Когда между двумя электродами, один из которых пленка с выращенными интерметаллидами, а второй – обычный анод, приложить электромагнитное поле, то на острие пирамидки возникает гигантский градиент электрического поля. Это сила вытягивает электрон из кристаллической решетки.

Таким образом, мы создали катод, состоящий из тысяч электродов размером 100 нанометров, и поместили его в электронно-лучевую установку. Мы надеемся, что такой подход позволит получать высокоинтенсивные электронные пучки, которые можно использовать для сварки особо ответственных деталей и поверхностной обработки материалов. Электроны имеют настолько высокую энергию, что при передаче ее поверхности могут испарять часть металла. Это позволяет проводить точное расплавление, сглаживая неровности.

Изобретение можно использовать и в научных целях как источник электронов. Например, для электронного коллайдера, который находится в новосибирском Академгородке.

Спасительное серебро

Владимир Александрович показывает в угол лаборатории, где колдует аспирант Алексей Шуткин. Молодой ученый работает на той самой установке, с помощью которой был получен катод с интерметаллидами. Правда, сейчас он осаждает на пористую полимерную структуру пары серебра.

Это совсем другая, но не менее интересная работа. Задача – получить серебряную пленку на фильтрующем элементе. Серебро – интересный металл, обладающий, в частности, бактерицидными и каталитическими свойствами. А сегодня перед наукой встала задача создать безопасные фильтры для больных коронавирусной инфекцией, которые дышат через аппарат ИВЛ.

Дело в том, что в обычном двухатомном кислороде содержатся примеси трехатомного кислорода – озона, который негативно влияет на легкие больного. 
Но от него можно избавиться, если пропускать кислород через такой фильтр. Пленка серебра будет превращать озон в молекулярный кислород, действуя как катализатор реакции. 

Алмазоподобные

Еще одно направление, которым занимается лаборатория, – тонкие алмазоподобные пленки. По ним получены четыре патента.

Профессор напоминает, что существуют две устойчивые модификации углерода – алмаз и графит. Последний – всем известное вещество, алмаз же – более загадочное. Неспециалисты считают, что алмаз – это обязательно кристалл, но он бывает и в виде углеродной пленки с определенным типом связей между атомами, уточняет ученый. Такая пленка образуется при конденсации углерода на подложку из углеродного пара, который можно получить в вакууме, испаряя графитовые мишени с помощью мощного лазера. Пленку применяют в качестве диэлектрика в элементах для микроэлектроники, например в процессорах, без которых не обходится ни один компьютер.

Владимир Плотников сотрудничает с бийскими учеными, которые еще в восьмидесятых годах разработали технологию получения так называемых детонационных наноалмазов. Были получены большие объемы этого материала. Тогда именно в Алтайском госуниверситете удалось подтвердить размеры алмазов.

На традиционный вопрос о планах ученый оживляется:

– Планов у нас громадье. И основное направление опять же алмазное. Мы тесно работаем с Институтом геологии и минералогии СО РАН, который является одним из производителей синтетических алмазов. Ведем совместные работы по спеканию порошкового алмаза в компактные композитные материалы. Они могут применяться как высокопрочные материалы для обработки металлов и сплавов. Кстати, в этом году в вузе будет защищаться диссертация по теме термобарического спекания бийских наноалмазов.

Второе направление – создание высокотеплопроводящих подложек для современной мощной электроники. Алмаз – самый лучший проводник тепла, его теплопроводность в 10 раз выше, чем у серебра. Поэтому очень заманчиво сделать подложку из порошка, который является отходом алмазной промышленности.

Не хуже других

В заключение разговора мы поговорили об уровне российской науки, оснащении отечественных лабораторий современными приборами. Оказалось, что ученого в целом удовлетворяет качество оборудования его лаборатории.

– Вот посмотрите, сканирующий электронный микроскоп. Между прочим, российский, изготовлен в Зеленограде. На нем можно изучать объекты размером 1 нанометр, в частности структуру пленок. Рядом стоит мощный технологический лазер, который используется для получения алмазоподобных пленок. А чуть подальше – рентгеновская установка, – продемонстрировал Плотников.

Владимир Александрович не считает Россию отсталой в науках и технологиях страной.

– Я полгода назад был в Китае на научной конференции, где наши ученые делали доклады и смотрелись на фоне других стран очень достойно, – говорит Плотников. – Судя по публикациям, мы нисколько не уступаем европейским и американским специалистам. Другое дело, что для российских ученых не созданы такие же условия, какие их коллеги имеют на Западе. Не случайно из страны продолжают утекать умы. Сегодня в США трудятся более 200 тысяч российских специалистов. Но я не гонюсь за деньгами. Не в них счастье.

Фото автора