Томский государственный университет представляет собой университет исследовательского типа и ведущий инновационный центр науки и образования, отвечающий на современные запросы рынка труда и интегрированный в высокотехнологичные секторы экономики и сферы услуг.

Факультеты, научно-исследовательские институты, научно-образовательные центры ТГУ совместно с рядом институтов СО РАН активно работают в направлении развития нанотехнологий, реализуя совместно с партнерами научные и образовательные проекты и программы с использованием современного научного и технологического оборудования Томского регионального центра коллективного пользования (ТРЦКП).

Томский региональный центр коллективного пользования создан в 2006 году консорциумом Томского государственного университета и Института физики прочности и материаловедения СО РАН (ИФПМ СО РАН) с целью расширения направлений совместной деятельности, выполнения крупных поисковых, технологических и инновационных проектов, требующих объединения научно-технического потенциала и, в первую очередь, приборного парка наукоемкого оборудования.

В настоящее время ТРЦКП объединяет 11 профильных ЦКП и центр «Биотест-Нано» Томского государственного университета, ЦКП «Нанотех» и аккредитованную испытательную лабораторию «Металлтест» ИФПМ СО РАН. Центр ориентирован не только на обеспечение научно-исследовательских работ и педагогического процесса, но и на оказание услуг сторонним организациям, в том числе и в области испытаний различной продукции, включая продукцию наноиндустрии. Для этого в центре имеются соответствующие методики выполнения измерений, метрологически аттестованное оборудование, работу которого обеспечивают высококвалифицированные специалисты-операторы. Метрологическое обеспечение работ, проводимых в ТРЦКП, осуществляется Отделом стандартизации, метрологии и контроля качества НИОКР совместно с Отделом координации деятельности ЦКП научного управления ТГУ, которые подчиняются проректору по научной работе ТГУ.

ТРЦКП — испытательный центр Отраслевого отделения Центра метрологического обеспечения и оценки соответствия нанотехнологий и продукции наноиндустрии по направлению «Функциональные наноматериалы и высокочистые вещества». ТРЦКП аккредитован как испытательный центр на техническую компетентность в системе аккредитации испытательных лабораторий в соответствии с ГОСТ Р ИСО/МЭК 17025–2006 (Аттестат РОСС RU.0001.22НН07), в системе аккредитации аналитических лабораторий (Аттестат РОСС RU.0001.517686), а также в Системе добровольной сертификации продукции наноиндустрии «Наносертифика» ГК «Роснанотех» (Аттестат РОСС.RU.В503.04НЖ00.70.04.0026). Центр регулярно участвует в межлабораторных сличительных испытаниях продукции, в том числе продукции наноиндустрии.

Основные функции ТРЦКП в области метрологии и стандартизации:

• содействие в разработке и внедрении современных методов и средств измерений;
• содействие в разработке стандартных образцов состава и свойств веществ и материалов (по закрепленным областям измерений);
• содействие в разработке и метрологической аттестации методик выполнения испытаний.

С использованием современного оборудования ТРЦКП реализуется ряд крупных проектов:

Технологии получения катализаторов для производства глиоксаля парофазным окислением этиленгликоля

ТРЦКП принимает активное участие в проектах, выполняемых ТГУ по разработке катализаторов для важнейших промышленных процессов глубокой переработки нефти и газа. Одна из успешных разработок — технология получения катализаторов синтеза глиоксаля.

Благодаря высокой активности и уникальным свойствам глиоксаль находит широкое применение в производстве бризантных веществ и ракетных топлив, лекарственных препаратов (имидазол, тинидазол, метронидазол, хиноксалин, пиридазон и др.), дезинфицирующих составов и пестицидов, растворов для укрепления почв, гидроразрыва пластов, ремонта скважин, препаратов для очистки газов от серосодержащих соединений, полимеров, низкотоксичных карбамидных смол, клеев, пленок, наполнителей резиновых изделий, добавок к пластмассам, смолам, основ многих лаковых составов, строительных бетонов, растворов для дубления ценных сортов кожи, влагостойких клеев и пластырей, электронных плат и др.

Партнеры по данному проекту — ООО «Промышленная компания Новохим», ООО «Глиоксаль-Т». Разработанный катализатор превосходит по своей активности и сроку службы все зарубежные аналоги, его действие основано на функционировании высокодисперсных частиц серебра и меди, нанесенных на оксидную матрицу. Важная особенность катализатора — его термическая стабильность: он может эксплуатироваться при температуре до 700°С без потери активности.

С применением данного катализатора в Томске запущено первое российское производство глиоксаля мощностью 1000 тонн в год. Кроме проведения научных исследований и испытаний катализаторов в рамках выполнения проекта ТРЦКП были разработаны и метрологически аттестованы «Методика выполнения измерений массовой доли глиоксаля в водном растворе глиоксаля методом газовой хроматографии» (СТО ТГУ 060 — 2009, пр. 168 от 16.04.2009, Свидетельство об аттестации МВИ № 224.09.11.038/2009 от 28.04.2009) и стандартный образец состава «Глиоксаль, 40-процентный раствор».

На оборудовании центра коллективного пользования в настоящее время проходят пилотные испытания катализаторы для процессов синтеза ценных химических полупродуктов: глиоксалевой кислоты и пирувальдегида.

Технология получения субмикрокристаллических и наноструктур в крупногабаритных литых заготовках конструкционных материалов и сплавов титана методами интенсивной пластической деформации

Технология интенсивной пластической деформации включает многократное одноосное прессование в выбранном температурном режиме со сменой оси деформации и последующую прокатку. Технология позволяет получать пруток титана ВТ1-0 в наноструктурированном или субмикрокристаллическом состояниях при сохранении достаточной пластичности с механическими свойствами, сопоставимыми со свойствами титановых сплавов медицинского назначения (ВТ, ВТ16). В отличие от титановых сплавов, пруток ВТ1-0 не содержит легирующих элементов (алюминий, ванадий, молибден), вредных для живого организма, что и определяет его преимущества в качестве материала для изделий медицинского назначения. В результате опытно-конструкторской работы в рамках проекта были созданы титановые дентальные имплантаты.

Разработка имплантатов проводилась целенаправленно, благодаря инициативе заведующего кафедрой челюстно-лицевой хирургии и стоматологии общей практики ГОУ ДПО НГИУВ Росздрава (г. Новокузнецк) профессора В.К. Поленичкина.

Итогом вышеупомянутых исследований стала разработка комплекта дентальных имплантатов из титана с инструментами и принадлежностями (ТУ 942422.001–10), необходимого при проведении хирургических и ортопедических процедур. Конструкция имплантатов обеспечивает щадящее травмирование челюсти пациента (при выполнении операции имплантации происходит самонарезание костной ткани), первоначальную устойчивость при введении в костную ткань челюсти, плотный контакт костной ткани с поверхностью имплантата, капиллярное заполнение кровью элементов конструкции, что позволяет сократить сроки остеоинтеграции и восстановления здоровья пациента.

Клинические испытания показали, что разработанные имплантаты отвечают предъявляемым требованиям, имеют хорошие эксплуатационные и функциональные качества, рекомендуются к применению в стоматологической практике на территории РФ и регистрации в ФС по надзору в сфере здравоохранения и социального развития (рис. 2). После регистрации комплекта дентальных имплантатов в Росздравнадзоре планируется организовать их производство в Томске, а также организовать переподготовку врачей-стоматологов в г. Новокузнецке на базе Государственного института усовершенствования врачей.

Разработанная технология получения объемных наноструктурированных заготовок в виде прутков и пластин с высоким уровнем физико-механических и эксплуатационных характеристик также может найти применение в качестве материала для изготовления элементов конструкций современной техники (например, волноводов магнитострикционных ультразвуковых преобразователей) и эффективна при решении прикладных задач машиностроения и авиакосмической промышленности. Развитие этого направления перспективно и для изделий медицинского назначения (в том числе для изготовления деталей искусственных клапанов сердца).

Технологии создания многослойных и градиентных термически стабильных покрытий методами магнетронноионного синтеза в едином технологическом цикле

На оборудовании ТРЦКП проводятся работы в области материаловедения. С помощью магнетронного реактивного распыления металлов и бомбардировки пучками ионов высокой энергии можно синтезировать покрытия с изменяющимся по глубине структурно-фазовым и химическим составом, так называемые градиентные покрытия.

Нижний слой таких покрытий должен обеспечивать хорошее сопряжение с подложкой и высокую несущую способность, верхний — требуемые функциональные характеристики покрытий (твердость, износостойкость, жаростойкость и пр.), средний — служить в качестве переходного связующего и обладать высокой релаксационной способностью и достаточной прочностью и вязкостью.

Решение этой задачи потребовало проведения исследования структурно-фазовых состояний, определения концентрационных профилей элементов и их распределения по толщине нанокомпозитного покрытия, а также их влияния на триботехнические и механические свойства покрытий. С другой стороны, нанокристаллическое состояние покрытий неравновесное, что может приводить к изменению свойств в результате релаксации упругих напряжений, роста зерен, фазовых превращений.

Для нанесения градиентных наноструктурных покрытий разработан уникальный комплекс «СПРУТ», и проведены комплексные исследования покрытий на оборудовании Центра при отработке технологических режимов.

В рамках выполнения работ получены экспериментальные образцы и выполнены лабораторные стойкостные испытания твердосплавных режущих пластин сверл из быстрорежущей стали и проходных резцов с пластинами из твердого сплава с нанесенными слоистыми покрытиями.

Ресурс работы после нанесения этих покрытий для твердосплавных пластин увеличивается в 3–5 раз, различного типа сверл — в 3.5 раза, проходных резцов — в 2 раза, т.е. разработанные слоистые покрытия должны быть эффективны в качестве защитных покрытий инструментального назначения. Также получены экспериментальные образцы корпусов и головок с нанесенными на их рабочую поверхность слоистыми нанокомпозитными покрытиями для работы комбинированных клапанов компрессоров производства полиэтилена высокого давления.

Проведенные эксплуатационные испытания показали, что ресурс работы оборудования с использованием обработанных деталей увеличивается более чем в 2 раза.

Прочие проекты

С использованием оборудования центра коллективного пользования также реализуются следующие крупные проекты:

• создание многопрофильного производства пористых наноструктурных неметаллических неорганических покрытий (проект реализуется совместно ГК «Роснанотех» и ЗАО «ЭлеСи», создано предприятие ЗАО «МАНЭЛ»);
• разработка оригинальных технологий полупроводниковых материалов и наноструктур с заданными функциональными свойствами и создание, организация производства и вывод на рынок квантово-чувствительных сенсоров, преобразователей, элементов, устройств и систем функциональной наноэлектроники широкого назначения (проект реализуется при участии ряда промышленных предприятий, том числе с ОАО «Научно-исследовательский институт полупроводниковых приборов»);
• разработка и реализация серийного производства неорганических и органических нано- и субмикронных порошков и материалов на их основе пневмоциркуляционными методами с применением самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (проект реализуется совместно с ООО «Научно-производственное объединение «МИПОР»);
• разработка методологии изучения биобезопасности наноматериалов.

Образовательная деятельность

Образовательная деятельность в ТРЦКП организована с использованием современных исследовательских комплексов (аналитического и технологического оборудования), отвечающих мировым стандартам по техническим и эксплуатационным характеристикам приборного парка, и является частью целостной многоуровневой образовательной системы подготовки и переподготовки кадров нового поколения для наноиндустрии.

Направления образовательной деятельности ТРЦКП:

• обеспечение подготовки кадров высшей квалификации и реализация индивидуальных образовательных траекторий для магистрантов с использованием оборудования ТРЦКП;
• организация стажировок, курсов и программ повышения квалификации в ТРЦКП научных сотрудников, аспирантов, докторантов вузов и научных учреждений, а также сотрудников других организаций и представителей зарубежных научных и образовательных организаций. В ЦКП реализуются 9 программ повышения квалификации, по результатам которых выдается удостоверение государственного образца.

По заказу ГК «Роснанотех» разработана и реализована с использованием оборудования ТРЦКП программа профессиональной переподготовки «Методы и технологии формирования межфазных границ и наноструктурных неметаллических полифункциональных покрытий» (520 часов).

Программа выполнена в рамках проекта «Разработка и апробация программы опережающей профессиональной переподготовки кадров и учебно-методического комплекса, ориентированных на инвестиционные проекты ГК «Роснанотех» в области многопрофильного производства пористых наноструктурных неметаллических неорганических покрытий».

На базе ТРЦКП ежегодно проводится Школа-семинар сети центров коллективного пользования научного оборудования «Исследование и метрология наноматериалов».

Первая школа-семинар была организована в ноябре 2008 года в рамках ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007–2012 годы» и ФЦП «Развитие инфраструктуры наноиндустрии в Российской Федерации на 2008–2010 годы». Вторая школа-семинар проводилась в период с 12–16 октября 2009 года в рамках II Международной конференции с элементами научной школы для молодежи «Физика и химия наноматериалов» при поддержке ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» и ФЦП «Развитие инфраструктуры наноиндустрии в Российской Федерации на 2008–2010 годы».

На этих Школах-семинарах участники прослушали лекции специалистов ведущих фирм-производителей научного оборудования, посетили мастер-классы и практические занятия с использованием приборной базы ТРЦКП.

В 2010 году школа приобрела более прикладной характер, была усилена метрологическая составляющая мероприятия.

Третья школа-семинар прошла в ноябре 2010 года в рамках Всероссийской конференции «Взаимодействие вузов и НИИ с предприятиями в рамках разработки и реализации программ инновационного развития предприятий. Научная и метрологическая поддержка комплексных проектов по созданию высокотехнологичного производства» (8–13 ноября 2010 года).

Для участия в мероприятии были приглашены представители отделений Центра метрологического обеспечения нанотехнологий и продукции наноиндустрии РФ (ЦМО), специалисты-операторы центров коллективного пользования вузов и академических институтов, а также представители предприятий и вузов, реализующих комплексные проекты по созданию высокотехнологичного производства, - победителей конкурса по Постановлению Правительства РФ № 218 от 9 апреля 2010 года. В рамках III школы-семинара традиционно прошли курсы повышения квалификации с использованием современного аналитического оборудования ЦКП.

Мероприятие стало информационным полем для обмена мнениями и дискуссий между руководителями отделений ЦМО и представителями предприятий реального сектора экономики по вопросам потребности отраслей промышленности РФ в разработке новых стандартных образцов продукции и методик измерений параметров материалов, а также выявления необходимости создания новых нормативно-методических документов, регулирующих деятельность промышленности, и актуализации действующих.

Участие в работе представителей метрологических отделений и центров коллективного пользования, созданных на базе институтов академических наук и вузов РФ, позволило наладить научно-технические связи для эффективного использования уникального измерительного и испытательного оборудования и потенциала высококвалифицированных научных кадров ЦКП, а также повышения квалификации специалистов ЦКП в области обеспечения единства измерений.

Сегодня Томский региональный центр коллективного пользования — это неотъемлемая часть инфраструктуры подготовки кадров для науки, высшей школы, реального сектора экономики, развития научных разработок и фундаментальных исследований для наноиндустрии, метрологического обеспечения новых технологий.

Авторы:
О.В. Бабкина, Г.Е. Дунаевский, И.В. Ивонин — Томский государственный университет
П.П. Каминский — Институт физики прочности и материаловедения СО РАН

Катализатор парофазного окисления этиленгликоля

Комплект дентальных винтовых внутрикостных имплантатов из наноструктурированного/ультрамелкозернистого титана с инструментами и принадлежностями

Плазменный магнетронно-дуговой комплекс «СПРУТ»

Источник:

• Журнал «Российские нанотехнологии» (том 6, № 1-2, 2011)