Когда появится ультратонкий и сверхпрочный «материал мечты»?

О. ЖУРАВЛЕВА: В Москве 16–35. Вас приветствует «Дневной разворот» на «Эхе Москвы». Ольга Журавлева, Алексей Осин. Здравствуйте. Наш гость – Дмитрий Гольберг, профессор университета г. Цукуба (Япония), кандидат физико-математических наук. Дело в том, что Дмитрий Викторович у нас не только в Цукубе трудится, но еще и в Национальном исследовательском технологическом университете МИСиС, в новой научно-исследовательской лаборатории «Неорганические наноматериалы» руководит проектом. Что же это за проект, скажите, пожалуйста, Дмитрий Викторович. Это вот наши любимые нанотехнологии. 

Д. ГОЛЬБЕРГ: Добрый день. Этот проект был создан по инициативе Министерства науки и технологий, Министерства образования в 2011 году, была так называемая программа, вторая волна мегагрантов для ведущих ученых, которые хотят приложить свои усилия в России. И на основе довольно сильной селекции были выявлены 39 проектов, которые ведущие ученые со всего мира ведут в российских университетах. Мне посчастливилось получить такой проект в Институте стали и сплавов совместно с моими давними коллегами, поскольку я много лет назад закончил этот университет, но уже 20 лет, как я уехал в Японию и живу в городе Цукуба, что в 50 километрах от Токио. Это научный городок, где 170 научно-исследовательских институтов, большой университет. Я также преподаю, будучи профессором. И этот проект, так называемый мегагрант, посвящен изучению нанотрубок из нитрида бора и их применению в композиционных материалах, легких композиционных материалах на основе алюминия. Проект стартовал в октябре прошлого года и рассчитан на два года, до декабря 2013 года. Так как я имею постоянную позицию в Японии, я на общественных началах являюсь научным руководителем, консультантом это лаборатории в МИСиСе.

О. ЖУРАВЛЕВА: Вы удаленно консультируете или вы находитесь в лаборатории?

Д. ГОЛЬБЕРГ: По условиям договора с бывшим министром Фурсенко ведущие ученые должны физически присутствовать в местах, где они выиграли грант, до 4 месяцев.

О. ЖУРАВЛЕВА: Это как в Монако – чтобы налоги платить в Монако, нужно жить полгода.

Д. ГОЛЬБЕРГ: Я думаю, налоги здесь не самое главное, здесь главное, чтобы физическое присутствие ведущего ученого стимулировало процесс.

• А. ОСИН: Российской стороне была интересна тема исследований или ваша персона?

Д. ГОЛЬБЕРГ: И то, и то, я думаю. Когда эти проекты оценивались международными экспертами, здесь было две составляющих. Первая – это имя самого ученого, его индекс цитируемости, его список публикаций. И вторая – условия, которые предоставляет принимающий университет. Т.е. в моем случае всё очень хорошо совпало, и бывший ректор МИСиСа, а теперь уже министр Дмитрий Викторович Ливанов, мой тезка, оказал очень существенную поддержку, не только деньги шли от министерства, но и университет также софинансировал организацию этой лаборатории в Москве. Т.е. деньги выделялись уже не от министерства, а финансирование шло от университета. За счет этого были выделены площади, были отремонтированы площади под лабораторию, это 150 квадратных метров, что в центре Москвы довольно сложно найти.

О. ЖУРАВЛЕВА: Я так понимаю, что и приборы, которые вам требуются…

? Д. ГОЛЬБЕРГ: Нет, приборы, это всё идет за счет фондов мегагранта.

О. ЖУРАВЛЕВА: А когда закончится проект, то МИСиС лишится этой лаборатории?

Д. ГОЛЬБЕРГ: Нет, лаборатория остается физически присутствовать, но на настоящий день вопрос дальнейшего финансирования не проработан.

**А. ОСИН: Занятный момент: вы живете в городе, наверное, не очень большом… **

Д. ГОЛЬБЕРГ: Да, это 200 тысяч человек.

А. ОСИН: В котором располагаются 170 институтов. А лаборатория здесь, она должна быть непременно в центре Москвы, площадью 150 квадратных метров.

Д. ГОЛЬБЕРГ: Это не связано со сравнением городов.

А. ОСИН: Я о менталитете.

Д. ГОЛЬБЕРГ: Я сам москвич, я родился в Москве, я понимаю, как тут сложно найти место для лаборатории. Тем не менее, я повторюсь, всё совпало: и МИСиС предоставил хорошую заявку, и с моей стороны был подан интересный проект.

О. ЖУРАВЛЕВА: Если можно, объясните на тряпочках, на кошечках, какова главная задача проекта.

А. ОСИН: У меня еще вопрос к самому механизму работы этой структуры. Как получается: вы приезжаете сюда, 4 месяца эти, вы даете какие-то задания. Кому? Что это за люди? Кто на вас работает?

Д. ГОЛЬБЕРГ: Люди были набраны заново. Т.е. был объявлен конкурс. Сотрудники лаборатории – это вновь прибывшие сотрудники, они не были до этого сотрудниками МИСиС.

О. ЖУРАВЛЕВА: А вы их сами выбирали?

Д. ГОЛЬБЕРГ: Это всё было по конкурсу. Мы проводили скайп-конференции из Японии, я проводил интервью, отбирал наилучшие кадры, которые на настоящий день возможны в России.

А. ОСИН: Я не спрашиваю размеры, но достойная ли зарплата у тех, кого вы отобрали? Они заинтересованы?

Д. ГОЛЬБЕРГ: Я бы предпочел не обсуждать финансовые моменты. Но я скажу, что онa более чем достойная.

А. ОСИН: Я цифры не спрашиваю.

Д. ГОЛЬБЕРГ: Зарплаты более чем достойные, в несколько раз выше, чем в среднем в науке по стране.

А. ОСИН: Вы довольны своим выбором?

Д. ГОЛЬБЕРГ: На настоящем этапе я очень доволен. Во-первых, уже закончен ремонт, что тоже не так просто в Москве сделать за короткое время. Уже отремонтированы офисы, уже есть готовая лаборатория, закуплена оргтехника, закуплены первые приборы. И самое главное – мы уже купили японский микроскоп, который уже установлен, уже начал работать. Я сам микроскопист, для меня это самое важное – иметь прибор, на котором можно что-то изучать и мерить.

А. ОСИН: Правильно ли я понял, что работа сейчас на начальной стадии? Сейчас те силы, которые вы отобрали, они в эти прекрасные лаборатории придут.

Д. ГОЛЬБЕРГ: В состав лаборатории входит несколько кандидатов наук, несколько докторов наук, основная движущая сила – это молодежь, аспиранты, студенты, которые сами аффилированы с МИСиСом. Я еще веду и образовательную деятельность, т.е. пытаюсь молодежь вовлечь в нанотехнологический процесс. Это довольно модно и интересно.

А. ОСИН: Еще один вопрос. То, что вы будете делать с людьми, которых вы отобрали, в этой лаборатории, которую вы создали, оно продолжает ли ваше исследование, которое вы ведете в Японии, или же это какое-то новое ответвление?

Д. ГОЛЬБЕРГ: Естественно, это перекликается с тем, что мы делаем в Японии, поскольку особенно на первом этапе проекта, когда здесь еще всё не сформировано, у меня уже какие-то заделы идут с японской стороны. Потому что у меня тоже большая группа в Цукубе, около 25 человек работают со мной. Мы делаем параллельные исследования. Кое-что можно сделать в Японии, кое-что можно сделать здесь. Т.е. это получается комплементарная лаборатория. То, что за счет российских фондов и российского финансирования можно купить здесь, у меня нет в Японии. А то, что есть в Японии, нет здесь. Т.е. мы удваиваем ваши возможности.

О. ЖУРАВЛЕВА: А нет такой проблемы между странами, что это важно для престижа, для науки – что такое, он работает на два дома?

Д. ГОЛЬБЕРГ: Проблема есть. Поэтому официально я не являюсь сотрудником Института стали и сплавов.

О. ЖУРАВЛЕВА: Да, везде написано – профессор г. Цукуба.

Д. ГОЛЬБЕРГ: Я являюсь научным руководителем, что можно объяснить как научный консультант. Т.е. заведующий лабораторией – это человек из МИСиСа, который штатная единица МИСиСа.

О. ЖУРАВЛЕВА: Это Дмитрий Владимирович Штанский.

Д. ГОЛЬБЕРГ: Да. С другими странами, видимо, это легче происходит, но с Японией это очень сложно, поскольку там довольно сложные юридические основы для людей, которые работают в национальных лабораториях. Т.е. всё, что связано с публикациями, сейчас это оформлено как совместная научная деятельность. Т.е. если мы издаем какую-то статью научную, проблем не будет, потому что у меня уже порядка 30 различных групп, с которыми я общаюсь и с которыми я «коллаборирую» по всему свету. Т.е. здесь проблем нет. Проблемы могут возникнуть на этапе патентов, на этапе каких-то коммерческих приложений. Но это всё будет оговариваться по каждому отдельному случаю с юристами из Японии, с юристами из России. Пока еще рано об этом говорить, поскольку мы на начальном этапе.

О. ЖУРАВЛЕВА: Я напомню, у нас в гостях Дмитрий Гольберг – профессор университета г. Цукуба (Япония), кандидат физико-математических наук, тот самый человек, который сейчас возглавляет крайне интересный и еще только в начальной стадии проект, который развернут на базе МИСиСа. Скажите, вы когда заявку присылали, вы чем привлекли? Вы что хотели предложить?

Д. ГОЛЬБЕРГ: Заявка была сильна тем, что есть так называемые нанотрубки. Я не знаю, насколько вы вовлечены в эти нанотехнологичные исследования…

О. ЖУРАВЛЕВА: К нам приходили, пару раз рассказывали о нанотехнологиях. Мы понимаем, что их не видно.

Д. ГОЛЬБЕРГ: Видимо, мне нужно пояснить. Это объекты, которые в тысячу раз тоньше человеческого волоса, поэтому, естественно, обычный человек…

О. ЖУРАВЛЕВА: Но они полые, эти трубки.

Д. ГОЛЬБЕРГ: ***Они полые, поэтому называются нанотрубками. Обычно эти объекты известны в системе углерода, т.е. графитные нанотрубки, они уже известны с 91 года, уже почти доведены до этапов коммерческих приложений. Но это углерод. А наша лаборатория в Цукубе стояла у истоков производства совершенно других нанотрубок, которые называются белые нанотрубки, потому что они белого цвета, состоят из двух элементов – бор и азот, т.е. эти элементы рядом с углеродом в периодической системе, но за счет того, что материал состоит из двух элементов, которые имеют различную электроотрицательность, есть перенос заряда, и свойства электрические совершенно разные, это во-первых. Во-вторых, эти нанотрубки, они очень теплостойкие, в отличие от углеродных, которые на воздухе горят при температурах 500–600 градусов. Нанотрубки из нитрида бора, они стабильны до тысячи градусов Цельсия. Т.е. уже сразу возникает мысль – применить эти материалы для высокотемпературных применений, не только для комнатных.

Есть такой металл, как алюминий, известный всем, металл очень легкий, очень пластичный, но, к сожалению, очень мягкий. И все конструкции, которые даже нас сейчас окружают, возможно, алюминиевые сплавы, алюминиевые материалы, они легкие, но мягкие. И идея упрочнить эти материалы, чтобы сделать то, что мы называем «материал мечты» (был такой слоган нашего проекта), это сделать материал, который почти не будет отличаться, даже будет иметь плотность ниже, чем алюминий, но иметь прочность такую, как имеют нанотрубки. А нанотрубки имеют прочность – в случае нитрида бора это около 30 гигапаскалей. Гига – это 10 в 9-й степени паскаля, т.е. это приблизительно в 30 раз прочнее, чем самая прочная сталь.

О. ЖУРАВЛЕВА: А где должны применяться такие материалы?

Д. ГОЛЬБЕРГ: Эти материалы могут применяться везде, где нужны конструкционные материалы, которые выдерживают высокие напряжения, высокие температуры.

А. ОСИН: Самолеты строить?

Д. ГОЛЬБЕРГ: Насчет самолетов я бы посчитал, что пока рановато говорить об этом, поскольку это вещь очень важная и опасная. Но с точки зрения фундаментальных исследований это очень перспективно. Потому что если нам удастся совместить свойства этих двух материалов…

А. ОСИН: Я как раз хотел спросить, как вы алюминий с нанотрубками…

Д. ГОЛЬБЕРГ: Много всяких способов, которые мы уже и в Японии опробовали, и здесь мы будем их пробовать. Я немножко поясню насчет того, где мы будем использовать. Вы правы, что это могут быть любые конструкции, связанные с самолетостроением, с космосом, это могут быть детали любых машин. А возвращаясь к тому, как мы будем их делать, скажу, что существуют различные методы. Первый метод, который лежит на поверхности и который во многих лабораториях уже применяют, это порошковая металлургия. Т.е. нанотрубки представляют из себя порошок, белый порошок, который выглядит как наркотики, например. У меня всегда есть проблемы, когда я езжу через границу, потому что материал выглядит подозрительно. Тем не менее, эти вопросы решаются***.

Дальше смешивается порошок из алюминия, смешивается порошок из нанотрубок, дальше выполняется горячее прессование, с большими усилиями, при высоких температурах вы получаете компакт. И дальше уже можно изучать свойства этого компакта. На основе предварительных тестов уже во многих лабораториях мира показан, что идея работает, т.е. этот компакт становится прочнее чистого алюминия. Дальше у нас есть другие методы. Например, мы можем делать так называемое спиннингование, это когда смешивается жидкий алюминий с раствором нанотрубок, т.е. эта таблеточка может плавиться в индукционной печи, и дальше разливается на быстровращающийся медный барабан, который охлаждается водой. У вас получается уже не то что в тысячу раз тоньше человеческого волоса, а реальный материал, который выглядит как алюминиевая фольга и может быть длиной до 5–6 метров. Но эта фольга уже содержит текстурированные нанотрубки внутри себя.

А. ОСИН: Этот материал представляет из себя металл?

Д. ГОЛЬБЕРГ: База – это алюминий, он выглядит как металл. Но если вы положите этот материал в электронный микроскоп, вы увидите, что там распределены, как волосы, нанотрубки из нитрида бора, которые не горят при высоких температурах…

О. ЖУРАВЛЕВА: Я прошу прощения, напоминает, когда в создании автомобильных покрышек стали включать эти нити для упрочнения.

Д. ГОЛЬБЕРГ: Да. Допустим, у меня теннисная ракетка, которую я использую, она содержит углеродные… они называются не нанотрубки, а нано-fibers (это такие же трубки, но с очень узким каналом, их легче делать, но они, действительно, упрочняют). В Японии уже есть целые компании, которые производят лыжи, ракетки, резиновые шасси для самолетов, которые упрочнены. Но повторюсь, что углерод, он горит при высоких температурах. Т.е. материалы используются только до 400–500 градусов Цельсия. Нитрид бора стабилен. Т.е. эти трубки, они могут служить при более высоких температурах, которые важны в эксплуатации.

А. ОСИН: Понятно, авиакосмическая, автомобильная отрасли – там всегда твердые и жаростойкие материалы востребованы. А в медицинской отрасли как вы видите применение?

Д. ГОЛЬБЕРГ: Скорее всего это будет использоваться в виде покрытий. Потому что покрытия из нитрида бора, из гексагонального или даже кубического – это обычные химические инертные покрытия, т.е. они не взаимодействуют ни с чем. Они не окисляются, они химически не взаимодействуют с человеческим телом. Они безвредны. Вы, видимо, знаете проблему с асбестом, что он вызывает ускорение раковых опухолей. Этого не происходит с нитридом бора из-за того, что материал химически пассивен, он не вступает в реакции с живыми клетками. И еще одно преимущество – из-за того, что нитрид бора состоит из двух элементов и есть перенос заряда, есть так называемое упорядочение нанотрубок не только вдоль оси, но и поперек, потому что каждый бор любит, чтобы над ним был атом азота, потому что есть перенос заряда.

**О. ЖУРАВЛЕВА: Т.е. это как кристаллическая решетка получается? **

Д. ГОЛЬБЕРГ: Получается как монокристалл. И за счет этого упорядочения нанотрубки из нитрида бора абсолютно прямые, они выглядят как палки, как иглы. А если вы возьмете нанотрубки из углерода, обычно они как червяки, они изогнутые.

О. ЖУРАВЛЕВА: Т.е. это еще и красиво.

Д. ГОЛЬБЕРГ: Да. Кроме того, это практически важно. Потому что если вы добавляете углеродные трубки в металлические композиты, они обычно образуют такие клубки, и эти клубки вызывают сильное напряжение и разрушение в металле.

О. ЖУРАВЛЕВА: Т.е. неоднородные делаются.

Д. ГОЛЬБЕРГ: Да. Потому что есть какие-то макропустоты, где возникают трещины. Нанотрубки из нитрида бора, поскольку они абсолютно прямые, тонкие, их можно очень хорошо текстурировать и распределять внутри.

О. ЖУРАВЛЕВА: Я хотела задать самый последний вопрос, он от Тани. У нас много очень активных слушателей из Черноголовки, они интересуются: «Разве всем этим уже давно не занимаются в Черноголовке?» Вы сотрудничаете еще с какими-нибудь российскими лабораториями? Или уж взял грант – и сиди на нем.

Д. ГОЛЬБЕРГ: Честно сказать, пока нет. У меня много друзей в нанотехнологиях. Но насколько я знаю, нанотрубки из нитрида бора в России никто делать не может. Наша задача – как раз попытаться наладить это производство здесь. Углеродных нанотрубок делают много, делают и в России, и за рубежом. Но наша группа в Японии, она как раз известна тем, что мы единственные, кто может это делать в больших количествах. Вы понимаете, для композитов нужны не миллиграммы, а нужны килограммы.

А. ОСИН: Что есть в Японии и чего нет у нас, это я примерно представляю. А что есть у нас и чего нет в Японии, вот об этом я хотел узнать.

О. ЖУРАВЛЕВА: Мы подумаем об этом уже в следующий раз.

Д. ГОЛЬБЕРГ: У нас есть много денег пока.

• О. ЖУРАВЛЕВА: Это немаловажно. У нас в гостях был профессор университета города Цукуба (Япония) Дмитрий Гольберг, он кандидат физико-математических наук и он же глава проекта, который разрабатывается в МИСиСе, в новой научно-исследовательской лаборатории «Неорганические наноматериалы». Спасибо большое, Дмитрий Викторович.

Д. ГОЛЬБЕРГ: Спасибо за внимание. До свидания.

http://echo.msk.ru/…896004-echo/