Инновационный котелок. Как советские учёные партизанам выжить помогли

О том, как новые материалы изменят нашу жизнь и каково место России в этой области науки, АиФ.ru поговорил с Артёмом Огановым, профессором Сколтеха, автором метода компьютерного предсказания кристаллических структур. В его лаборатории были открыты десятки "невозможных" материалов с суперсвойствами, порой не вписывающиеся в традиционные научные представления.Победитель победита- Артём, в предыдущем интервью "АиФ" вы упомянули, что наша страна стала одним из мировых лидеров в науках о материалах. Какие у нас есть достижения в этой области исследований?- Россия всегда была среди лидеров в материаловедении - в том числе на этом держались наши успехи в ВПК, космической отрасли и т.д. Но традиционно сильное материаловедение в России - эмпирическое (основанное на экспериментах и наблюдениях), а теперь у нашей страны появились и передовые позиции в теоретическом материаловедении, что связано с несколькими научными центрами.Для начала скажу о том, чем занимается наша лаборатория. Разработанным мною методом пользуются тысячи учёных по всему миру. Он позволяет предсказывать структуру вещества по его составу и заданным условиям. Например, по конкретным свойствам, которые вам нужны и которые вы хотите получить.Традиционно новые материалы создаются методом проб и ошибок. Это не очень научный способ, но другого до недавних пор не было. Очень хорошо известно, что многие свойства можно вычислить как производные энергии кристалла от положения атомов в его структуре. К числу таких свойств относятся упругие свойства, скорости звука, теплопроводность, колебательный спектр, теплоёмкость и др. Для этого требуется знать только кристаллическую структуру. Для уже синтезированного вещества её можно экспериментально определить, а для ещё не синтезированного - нужно предсказать. Предсказывая структуру, мы получаем ключ к представлениям о свойствах материала ещё до того, как он будет создан.И это делается не путём лабораторного эксперимента, который порой длится годами, а на компьютере. И это можно сделать быстро и надёжно. Так вы можете предсказывать новые материалы со свойствами, которые значительно превосходят уже известные. Вплоть до рекордных, превзойти которые уже невозможно.В России есть и другие лаборатории мирового уровня: в Екатеринбурге это научная группа Владимира Анисимова, в Самаре - Владислава Блатова, в Ростове-на-Дону - Александра Солдатова, и ряд других.- Какие именно материалы были предсказаны и получены в вашей лаборатории?- Мы занимаемся сверхтвёрдыми, магнитными материалами, термоэлектриками, сверхпроводниками. А также ищем новые формы уже существующих лекарственных препаратов.Вот конкретные примеры. Мы предсказали материал, который затем был синтезирован - это борид вольфрама. Он обладает феноменальной твёрдостью, превосходит по этому свойству победит, традиционно используемый в бурении, сверлении и т. д. Это означает, что теперь можно создавать резцы и свёрла нового поколения. И сам процесс бурения станет дешевле, потому что новый материал значительно более износостойкий и не надо покупать резцы за границей - их можно производить в России.Такого рода материалы с исключительной твёрдостью и трещинностойкостью можно применять в медицине - делать из них скальпели и прочие инструменты. Можно использовать их и как наконечники пуль и снарядов, способных пробивать любую броню.Ещё один проект - создание новых постоянных магнитов. Это важно для железных дорог на магнитной левитации, а также может удешевить ветряные электростанции и другие технологии.Третье направление - новые сверхпроводники, также предсказанные с помощью нашего метода. Всегда считалось, что сверхпроводимость возможна лишь при очень низких температурах. Мы же предсказали и экспериментально создали материалы, которые обладают этим свойством при температуре, близкой к комнатной. Уже опубликованы наши результаты по сверхпроводимости при -112°С (кажется, что это холодно, но на самом деле значительно превышает недавний рекорд сверхпроводимости), а также получены экспериментальные данные по сверхпроводимости при -10°С в новом нашем материале. Важно, что эти материалы сначала были предсказаны и лишь затем получены экспериментально.Где нужны сверхпроводники? Например, в поездах на магнитной подушке, развивающих скорость выше 400 км/ч. Сейчас в России обсуждается проект поезда со скоростью под 1000 км/ч. Без новых сверхпроводников его создание будет невозможно. Впрочем, околокомнатная сверхпроводимость, о которой я рассказал, пока что существует лишь при высоких давлениях.Круче графена- Вы также назвали термоэлектрики. Это ведь материалы, превращающие тепло в электричество? Можно ли будет с их помощью извлекать электроэнергию прямо из нагретого воздуха или воды?- Не совсем так. Термоэлектрики преобразуют в электричество не само тепло, а разницу температур. Нужен контраст - чтобы было что-то горячее и что-то холодное.Это достаточно старая область исследований, она развивается с конца XIX века. Сложность в том, что применение таких материалов ограничено крайне низким КПД, а он зависит от их свойств. Сейчас по всему миру учёные прикладывают усилия, чтобы найти термоэлектрические материалы с улучшенными свойствами. Мы тоже это делаем. Если удастся удвоить или утроить КПД, термоэлектрические технологии смогут применяться гораздо шире.- Где, например?- Например, в автомобилях. Представьте себе, что мы сможем улавливать тепло, которое машины выбрасывают в окружающую среду, и превращать его в электричество. То же самое можно делать на ТЭЦ, которые выделяют много тепла в атмосферу. Термоэлектрики будут давать электроэнергию на разнице температур этих выбросов и окружающей среды.Даже тепло нашего тела можно использовать для этой цели. Есть технология, которая позволяет подзаряжать часы от контраста температур человеческого тела и воздуха. Понятно, что это может пригодиться не только туристам, но и военным, которые смогут использовать электронные приборы там, где нет никаких источников энергии.Приведу пример из нашей истории, не очень известный. Я сам узнал о нём лишь недавно. Во время Великой Отечественной войны немцы удивлялись, как наши партизаны, находясь в лесах неделями и даже месяцами, ухитряются всё это время использовать свои радиостанции - ведь в лесу их негде заряжать. Не от пней же они их заряжают! А секрет крылся в котелках, которые они использовали для приготовления пищи. Благодаря академику Абраму Иоффе во время войны специально для партизан были разработаны котелки с термоэлектрическими элементами. Когда котелок висел на огне, за счёт разницы температур между пламенем костра и варящимся супом эти элементы вырабатывали электроэнергию. Её было вполне достаточно для зарядки портативных радиостанций.Я был поражён, когда услышал эту историю. Этот пример показывает, насколько хорошо мы можем мобилизоваться во время войны, когда приходит беда. И, с другой стороны, не умеем грамотно распорядиться своими разработками в мирное время, коммерциализировать их. Сейчас Япония выпускает такие котелки как инновационный продукт для туристов. А что мешало нам наладить их производство после войны?- Вы вместе с зарубежными коллегами создали борофен - двумерный кристалл бора в виде листа толщиной в один атом. Говорят, этот материал перспективнее знаменитого графена? Где он найдёт применение?- Мы пока сами не знаем. Статью о борофене мы опубликовали в 2015 году. Ему сулят большое будущее, но исследователи только изучают его свойства.Кстати, в отличие от графена, борофен - это не один материал, а целый класс. У него несколько модификаций, они зависят от толщины слоя, от того, что используется в качестве подложки. Одни модификации являются хорошими проводниками, другие не проводят электричество вовсе. А третьи проводят только в одном направленииТ.е. перед нами целая палитра материалов с необычными свойствами и разными применениями. Есть мнение, что борофен пригодится при создании наноэлектронных устройств и батарей нового типа.   

Также по теме: