Проблема, решение которой нашли молодые университетские таланты, остро встала перед российским научным сообществом в 2006 году, когда вступила в силу директива Европейского Союза о запрете использования четырёх основных тяжелых металлов (кадмия, свинца, ртути, шестивалентного хрома) в промышленности. До того момента вся пьезокерамика – искусственный материал с определенными физическими показателями – создавалась на основе свинца. В новых условиях единственно возможной альтернативой оказалась «бессвинцовая пьезокерамика».

Разработка молодых сотрудников НИИ физики ЮФУ под сложным названием: «Создание электро (магнито) активных мультифункциональных наноструктурированных материалов и экологически безопасных технологий их получения для авиа-, ракетостроения, радиотехники (дефектоскопии), информационно-коммуникационной отрасли, медицинской диагностики, спинтроники» заняла первое место на Молодежном инновационном конвенте Ростовской области.  

- Мы начали работать над этой темой с 2005 года, и вот через шесть лет получили желаемый результат, - говорит Константин Андрющенко, представлявший его в номинации «Лучший инновационный проект». – Научную и практическую базу составили исследования нашего руководителя – д.ф.-м.н. Л.А. Резниченко и многих её соавторов и помощников, начатые ещё 40 лет назад. Так что над проектом многие годы работала большая группа людей – сейчас в исследования вовлечен весь коллектив отдела активных материалов НИИ физики ЮФУ, а это около 20 человек.

- Пьезокерамика – крайне сложная область исследований, - объясняют ученые. - ЦТС-19, то есть цирконат-титонат свинца, использовавшийся ранее – это двухкомпонентная система. В новых системах могут присутствовать и третье, и четвертое измерение. Количество компонентов увеличивается в разы, возможны и разный состав, и разные пропорции компонентов. Для необходимой надежности исследований нужен большой экспериментальный объем – даже не сотни, а тысячи опытных образцов. Иногда мы в теории предполагаем один результат, а на практике получаются неожиданные результаты, открываются новые свойства материала.

Однако, именно благодаря этим опытам и возможна такая тонкая настройка, или, как говорят ученые, «функциональный дизайн» итогового материала, когда при одном и том же составе компонентов достаточно поменять их пропорции, и получается материал с другими свойствами. Это значительно экономит затраты уже на этапе его получения. Одна линия производства (одна схема, один сотрудник и одни реактивы) при различном составе компонентов заменяет сразу несколько линий. Новая технология также позволяет «подогнать» свойства материала под цели конкретного конструктора или инженера, создающего аппарат на его основе, то есть максимально повысить эффективность материала.

Несмотря на то, что Константин Андрюшин будет защищать кандидатскую диссертацию по своей разработке только в этом году, полученный материал уже находит зримое практическое воплощение – на том же конвенте в номинации «Лучшая инновационная идея» первое место занял его коллега по цеху – Михаил Таланов. Его идея – не просто теория, а конкретная разработка, при создании которой проведены сотни опытов, а по итогам будут получены «Многорежимные интеллектуальные пьезокерамические материалы с гигантскими пьезоэлектрическими откликами для создания прецизионных устройств робототехники и аэрокосмической индустрии».

Кроме обозначенных сфер, уверяет Михаил, новый «интеллектуальный» материал можно будет использовать в огромном множестве других: для датчиков, манипуляторов, конденсаторов и приемников, начиная с систем раннего предупреждения землетрясений и эхолокации и заканчивая камерами мобильных телефонов. Это тем более впечатляет, если учитывать плюсы компонентов, входящих в состав разработанной системы: энегропотребление ниже в 2 раза, а эффективность и время работы – выше, как и КПД, который достигает от 70 до 98% в разных материалах. К преимуществам новых материалов, вне сомнения, относятся и малые габариты аппаратов, изготавливаемых на их основе: к примеру, самый компактный пьезомотор достигает размеров в 2 мм – среди электродвигателей таких нет. При этом по сравнению с аналогами – монокристаллами – керамики обладают значительно меньшей себестоимостью и технологичностью, то есть возможностью массового производства.

Теперь главная задача для НИИ физики - найти инвестора, готового вложить деньги в новую технологию. А пока подспорьем для молодых ученых станут премии губернатора Ростовской области за победу в конвенте - по 200 тысяч рублей.

Фотогалерея

 Анастасия Кокоева