Познать структуру металлов

Сегодня есть два взгляда на проблему импортозамещения, в частности, в сфере материалов и оборудования. Одни эксперты уверены, что импортные составляющие заменить невозможно, другие настроены более оптимистично. И не без оснований. Так, недавно в лаборатории многофункциональных материалов Уфимского университета науки и технологий (УУНиТ) была разработана новая система энергодисперсионного микроанализа AZtecLive Lite Xplore 30. Предположительно, она позволит быстрее создавать отечественные аналоги тех или иных материалов.

Благодаря разработке можно будет, исследуя всего лишь небольшой фрагмент, проводить анализ образцов различных материалов и выяснять их состав. Правда, есть одно условие: изучаемые материалы не должны разрушаться под воздействием высокоэнергетического электронного излучения, исходящего от аналитических приборов.

Лаборатория многофункциональных материалов УУНиТ специализируется на создании многофункциональных металлических, композиционных и прочих материалов, которые предназначены для применения в сфере биомедицины, авиационной промышленности, машиностроения и нефтегазовой промышленности, а также исследованиях в области физико-химического поведения металлов и сплавов в условиях экстремальных воздействий. Промышленными партнерами лаборатории являются «ОДК-УМПО», «Силовые машины», авиакомпания S7, «ОДК-Авиадвигатель», Газпром, Технопарк авиационных технологий, Пермский национальный исследовательский политехнический университет, «Уралавиаспецтехнология», «Турбинаспецсервис», «Башнефтегеофизика» и «ТНГ-Групп».

По словам заведующего лабораторией Григория Дьяконова, новая технология расширяет научно-исследовательские возможности в процессе студенческих лабораторных работ и в то же время может оказаться полезной для коллег-ученых. Например, в лабораторию уже обращались сотрудники Уфимского государственного нефтяного технического университета, которым потребовалось провести исследование порошкового материала.

Помимо этого лаборатория участвует в развитии стратегических проектов «Дизайн функциональных материалов» (ДФМ) и «Высшая инженерная школа авиационных технологий» (ВИШАТ) программы «Приоритет 2030». Предполагается, что вскоре она переедет в новое здание – межвузовский студенческий кампус Евразийского научно-образовательного центра (НОЦ), что сделает ее работу более эффективной.

А специалисты Самарского государственного технического университета в свою очередь создали онлайн-сервис для поиска структур металлических соединений. В частности, речь идет о таком малоизученном на сегодня классе веществ, как интерметаллиды. Это вещества, образованные в результате реакций между двумя и более металлами, которые, как правило, обладают очень сложным строением – их кристаллическая структура сильно отличается от исходной структуры веществ, участвующих в реакции.

Так, пример интерметаллида – латунь, представляющая собой соединение меди и цинка. А вот сталь – это уже сплав, поскольку в ее состав входит углерод, не являющийся металлом. Интерметаллиды широко применяются в самых различных сферах, скажем, при изготовлении узлов и обшивки самолетов, турбокомпрессоров и прокладок трубных коммуникаций, а также в водородной энергетике, изготовлении микросхем и зубных имплантов.

На сегодня ученым удалось описать химические свойства и физические параметры более 20 тысяч веществ, относящихся к классу интерметаллидов. Существует электронная библиотека интерметаллидов, которой пользуются исследователи более чем в 70 странах мира.

Основная проблема в том, что пока не вполне ясна связь между структурой таких веществ и их свойствами. Если бы удалось выявить эти закономерности, это способствовало бы не только развитию фундаментальной науки, но и созданию новых материалов, которые можно было бы использовать в промышленных процессах. Именно данную задачу взялись решать сотрудники Самарского политеха.

Оригинальный математический подход позволяет не только выявлять структуру интерметаллидов, но и прогнозировать свойства новых соединений металлов для высокотехнологичной промышленности в особой программе, запускаемой в режиме онлайн. Детали проекта, который осуществляется при поддержке Российского научного фонда, опубликованы в журнале Inorganic Chemistry.

«Мы впервые обобщили данные по строению всех известных интерметаллидов, – прокомментировала старший научный сотрудник лаборатории кристаллохимии и дизайна кристаллов Международного научно-исследовательского центра по теоретическому материаловедению на базе Самарского политеха Ольга Блатова. – В первую очередь эти данные могут быть использованы и уже используются как справочная информация. На нашем интернет-ресурсе TopCryst мы опубликовали сервис поиска так называемых локальных атомных конфигураций – типичных фрагментов структур интерметаллидов (нанокластеров), которые упорядочены по способу их построения».

Для упорядочения полученных данных авторы использовали методы автоматизированного топологического анализа ToposPro, также разработанные в СамГТУ. «ToposPro позволил нам исследовать такое большое количество структур интерметаллидов, среди которых были настоящие «монстры» – исключительно сложные объекты, – рассказывает Ольга Блатова. – В созданной нами базе данных собраны типичные фрагменты подобных сеток, выделенные в автоматическом режиме. Такую работу пока больше никто в мире проделать не может».

По словам Блатовой, в работе над сервисом участвовали и студенты Самарского политеха, обучающиеся в магистратуре. Планируется привлекать их и к участию в дальнейшей деятельности по поддержанию и расширению сформированной базы данных интерметаллидов, а также в исследовательской работе с этими веществами. «В ближайшем будущем мы представим метод определения устойчивости заданной структуры интерметаллида, позволяющий более точно предсказывать возможности синтеза новых веществ и материалов этого класса», – обещает Ольга.

Ирина ШЛИОНСКАЯ