Уникальный аппаратно-программный комплекс разработают ученые Санкт-Петербургского государственного университета. Диагностический комплекс на основе атомно-силового микроскопа позволит проводить глубинный анализ промышленного оборудования, не останавливая его работу.

Совместный проект ученых СПбГУ и ЗАО «Инструменты нанотехнологии» (г. Зеленоград) стал победителем конкурса, проводимого Правительством РФ. Диагностический комплекс создается на основе атомно-силового микроскопа.

В разработке заинтересованы многие промышленники: комплекс пригодится предприятиям топливно-энергетического комплекса, нефтехимии, металлургии, машиностроения — везде, где существует необходимость контроля качества материалов и конструкций. Например, разрабатываемые приборы и методики смогут выявлять металлургический брак, дефекты изготовления и монтажа оборудования. Ведь как показывает практика, значительное число поломок связано с низким качеством материалов, сварки, термообработки.

Диагностический комплекс может применяться для контроля состояния действующего оборудования. Это особенно важно в связи с тем, что если ранее капитальные и профилактические ремонты проводились ежегодно, то сейчас периоды между ремонтами могут достигать трех-четырех лет. Такая тенденция объяснима: любая остановка производства влечет за собой значительные потери прибыли, в которых предприятия, естественно, не заинтересованы. Следовательно, существенно повышаются требования к достоверности и точности диагностики. Важно иметь такую аппаратуру, которая будет проводить анализ прямо на месте.

Прибор, созданный по новой технологии, будет располагаться на малогабаритной платформе, что позволяет крепить его на металлоконструкции сложной формы и под любым углом. Большой плюс разработки — во многих случаях диагностика даже не потребует перерывов в работе.

Наконец, детальные исследования микро- и наноструктуры металла помогут установить причины аварий при эксплуатации оборудования. Они позволяют наиболее точно восстановить последовательность событий, приведших к отказу, а значит, и разработать меры по предотвращению подобных инцидентов в дальнейшем.

До сих пор зондовая микроскопия для анализа качества материалов и конструкций не применялась. Между тем, она открывает новые возможности в этой области.

«На ощупь человек может определить, твердая поверхность или мягкая, гладкая или шероховатая, горячая или холодная, но осязательные способности человека ограничиваются масштабами миллиметра. Атомно-силовой микроскоп располагает «органом осязания» с чувствительностью порядка нескольких нанометров, — объясняет Александр Добротворский, доктор химических наук, профессор химического факультета СПбГУ. — Эти объекты примерно в миллион раз меньше тех, которые мы можем пощупать руками. Такие методики хорошо известны в области оптической металлографии, но применительно к атомно-силовой микроскопии их еще только предстоит разработать».

Зонд, представляющий собой сверхтонкое острие, регистрирует все неоднородности, и создается трехмерное изображение микроскопического участка металла с увеличением от сотен до десятков тысяч раз. Что особенно важно, разрабатываемые приборы позволяют определить, из чего состоит неоднородность. Это создает дополнительные возможности для оценки работоспособности материала.

Интересно, что у этих приборов есть и другое применение. Как отмечает Александр Добротворский, «они позволят глубже изучить структуру наноматериалов. Поэтому, решая конкретные задачи нашего проекта, мы одновременно создаем широкую исследовательскую базу в области нанотехнологий. Тем самым, будут достигнуты важные «побочные» результаты для университетской науки в целом».

«Предложенная для конкурса тема является продолжением многолетней работы лаборатории физической электроники НИИ Физики СПбГУ, — говорит Вера Адамчук, доктор физико-математических наук, профессор, главный научный сотрудник. — Первые наши успехи в разработке и применении зондового микроскопа были отмечены Университетской премией еще в 1989 году. Последние годы мы активно изучаем образцы реальных металлоконструкций совместно с ЗАО «Нанотехнологии МДТ» (НТ-МДТ) с помощью разрабатываемых и выпускаемых ими зондовых атомных микроскопов. Основными исполнителями этой работы являются наши аспиранты и студенты. Выделяемое финансирование позволит поддержать молодых ученых, а также купить самое современное оборудование, что немаловажно для создания конкурентоспособной базы прикладных исследований».

Опытный образец прибора и методики предполагается разработать в течение трех лет. Именно такой срок предусмотрен грантом Правительства. По мнению Александра Добротворского, идея конкурса, безусловно, заслуживает одобрения, так как он нацелен на привлечение научного потенциала вузов к решению практических задач. Это актуально, потому что сейчас центр тяжести прикладных разработок переносится на вузы.

«Государственная политика в сфере науки, в частности, данный конкурс, ставит перед нашим университетом стратегическую цель — сотрудничество с крупными промышленными предприятиями, — говорит Александр Добротворский. — Университетская наука должна обратить внимание на реальные запросы промышленников, не относиться к прикладным разработкам как к задачам «второго сорта». В любой такой работе имеется зерно, которое объединяет в себе фундаментальную науку и практическое значение».

Проект ЗАО «Инструменты нанотехнологии» и СПбГУ «Разработка приборного обеспечения и методик диагностики состояния конструкционных материалов действующего оборудования методами сканирующей зондовой микроскопии» стал победителем открытого публичного конкурса по отбору организаций на право получения субсидий на реализацию комплексных проектов по созданию высокотехнологичного производства.

Конкурс проводился по Постановлению Правительства РФ № 218 «О мерах государственной поддержки развития кооперации российских высших учебных заведений и организаций, реализующих комплексные проекты по созданию высокотехнологичного производства», утверждённого правительством России 9 апреля 2010 года. Постановлением предусмотрена возможность выделения субсидий производственным предприятиям сроком от 1 до 3-х лет, объёмом финансирования до 100 млн. рублей в год для финансирования комплексных проектов организации высокотехнологичного производства, выполняемых совместно производственными предприятиями и высшими учебными заведениями.

Нефтеперерабатывающая станция Raffineria di Roma, Италия

Источник: Управление по связям с общественностью СПбГУ Управление по связям с общественностью СПбГУ