В День российской науки «Уральский рабочий» побывал в лабораториях Уральского федерального университета и узнал, над чем работают сверхумные свердловчане.

Как стеклышко

В руках у доцента кафедры физических методов и приборов контроля качества УрФУ Арсения Кирякова небольшой кусочек стекла, но это только так кажется. На самом деле это сверхпрочная (устойчивая к радиационному, лазерному, термическому и механическому воздействию) нанокерамика. Она способна выдержать как космический холод, так и жар ракетных двигателей. А значит, такой материал будет востребован в электронной, оптической, оборонной, атомной, аэрокосмической и медицинской сферах.

— Наша керамика изготавливается по технологии схожей с изготовлением алмазов, когда подводится большое давление и относительно небольшие температуры. Происходит очень сильное уплотнение нанопорошка, за счет этого мы добиваемся прозрачности материала. Эти объекты также интересны тем, что светятся в широком спектральном диапазоне. Свечение может быть использовано в качестве люминофоров для различных дисплеев, — уточнил Киряков.

Поэтому нанокерамика важна и для авиастроения, что достаточно актуально во времена санкций. Неслучайно Уральский завод гражданской авиации сейчас занимается созданием самолетов для региональных перевозок «Ладога».

— Нанокерамика может быть использована в качестве защитных окон — иллюминаторов. В самолетах есть и огромное количество светящихся панелей, диодов. Наши материалы могут использоваться именно для этого. У керамики гораздо выше механическая прочность, отсюда возникновение каких-то внештатных ситуаций минимально. Наша керамика состоит из зерен — трещина дальше границы зерна не поползет, и материал останется целым, — отметил соавтор разработки.

Нанокерамику можно использовать, в том числе и для экранов смартфонов. Поэтому для любителей уронить телефон разработка свердловчан станет настоящим спасением.

— У вас на небольшом участке, в месте удара, может появиться скол. Скорее всего, вы его даже не заметите, но миллион раз ронять телефон не стоит, — смеется Киряков.

Порошок для энергетики

В следующей лаборатории УрФУ уральские ученые синтезируют новые материалы, а потом изучают их свойства, чтобы понять, подходят ли соединения по характеристикам для использования в электрохимических устройствах — электролизерах и топливных элементах.

— Водородная энергетика является одним из современных научных трендов. В первую очередь это связано с экологическими аспектами. Считается, что при применении водорода появляются выбросы только в виде воды. Вопросов для того, чтобы эта технология работала максимально технологично и эффективно очень много. Мы занимаемся именно разработкой материалов, которые будут использоваться в устройствах для области водородной энергетики, — рассказал директор научно-исследовательского института водородной энергетики УрФУ Павел Першин.

По словам ведущего научного сотрудника лаборатории электрохимических устройств на твердооксидных протонных электролитах ИВТЭ УрО РАН, ведущего научного сотрудника лаборатории водородной энергетики УрФУ Наталии Тарасовой, водородная энергетика активно развивается несколько десятилетий, но сегодня перед исследователями возникают новые экологические и экономические вызовы в этой сфере. Например, водород востребован на металлургических предприятиях. Топливные элементы также можно устанавливать в местах, где затруднена электрификация — в полях, удаленных деревнях и домохозяйствах.

— Мы начинаем с порошка и работаем как уже с изученными, так и новыми химическими соединениями. Из сыпучих материалов делаем керамику, на которой изучаем свойства материалов. Также определенным образом формируем порошки в слои и превращаем в пластинки, которые становятся частью электрохимических устройств, — объяснила она.

Промышленная переработка

То, что Урал промышленный край державы, ни для кого не секрет, а значит, у нас достаточно остро стоит такая проблема, как образование большого количества минерального и техногенного сырья.

— Деятельность нашей лаборатории связана с разработкой новых процессов и технологий переработки сложного минерального и техногенного сырья для извлечения цветных, благородных и редких металлов. Возьмем месторождение цветных и благородных металлов: для Урала — это медные, золотые — для всей России. Помимо качественного сырья, из недр извлекается сложное — его не удается разделить на обогатительном переделе, поэтому его не вовлекают в переработку. Оно остается, и образуются отвалы, — сообщил руководитель лаборатории перспективных технологий комплексной переработки, цветных и черных металлов УрФУ Денис Рогожников.

Такого «промышленного мусора» только от деятельности уральских предприятий накопилось десятки миллионов тонн. Эти горы отходов, по мнению Рогожникова, экологическая проблема. Поэтому разработка свердловских исследований позволяет не только на 95% извлечь ценные компоненты из сырья, но и утилизировать вредные вещества, например, мышьяк.

— Мы работаем с Уральской горно-металлургической компанией, Русской медной компанией. Активно сотрудничаем с другими российскими и зарубежными организациями. Корпорацией Казахмыс из Казахстана, Алмалыкским горно-металлургическим комбинатом и Навоийским горно-металлургическим комбинатом из Узбекистана. У нас примерно одинаковая сырьевая база и схожие проблемы — истощение ресурсов богатого сырья, — добавил Денис Рогожников.

Свердловчане уже проводили совместные испытания с Корпорацией Казахмыс. Сейчас по результатам исследований ведется строительство опытного гидрометаллургического завода.

— С узбекскими коллегами в этом году запланированы две научно-исследовательские работы. Надеемся, с выходом на испытания. Навоийский горно-металлургическим комбинат — крупнейший производитель золота (около 70 тонн в год), поэтому речь идет именно об этом драгоценном металле. Также надеемся, что будет реализован проект с «Кыргызалтын». Они хотят строить золотодобывающее предприятие и привлечь нас как исследователей, и Березовский рудник как экспертов, имеющих богатый производственный опыт, поэтому в 2022 году они к нам приезжали, — заявил Рогожников.