Ученые Томского политехнического университета научились выращивать алмазные покрытия со скоростью, в 10 раз опережающей существующие на рынке технологии. Первую специализированную установку уже продали в Японию. Чем томичи смогли удивить японцев, что такое наноалмазы и как сделать гибкое прочным - в материале РИА Томск.

Заказ промышленности

Больших чудес в алмазоподобных покрытиях нет: они наносятся десятки лет. Но в России промышленной технологии для этого не существует, поэтому, например, твердосплавный инструмент у нас на 100% привозной. И целые отрасли промышленности - от угольной до полупроводниковой - зависят от импорта. И однажды заказ от промышленности пришел...

Заведующий научно-производственной лабораторией "Импульсно-пучковых, электроразрядных и плазменных технологий" ТПУ доктор технических наук Геннадий Ремнев вспоминает:

"Как-то коллеги из НИИПП посетовали в разговоре: мол, в Томске чем только ученые не занимаются, а алмазных покрытий никто не делает. Для них это было актуально: алмаз не просто твердый - у него еще и высокая теплопроводность, раз в пять выше, чем у меди. А значит, можно повысить удельную мощность полупроводниковых изделий".

Тот разговор шестилетней давности стал отправной точкой для формирования в лаборатории нового направления работ. Руководит им с самого начала кандидат технических наук Степан Линник.

47883_9.jpg 

Геннадий Ремнев говорит, что нанесение алмазного покрытия на твердосплавный инструмент позволяет увеличить его твердость. На фото: установка для осаждения cvd алмаза в плазме аномального тлеющего разряда

Правильные алмазы

Алмазная тема возникла не на пустом месте: исторически специализация лаборатории - создание импульсных ускорителей заряженных частиц наносекундной длительности.

"Большинство экспериментальных работ по исследованию и изменению свойств покрытий, моделированию воздействия мощных потоков плазмы делается в России, Китае, Белоруссии и Казахстане с использованием наших ускорителей", - отмечает Геннадий Ремнев.

Имея под рукой такой ресурс, было бы странно его не использовать, поэтому материаловедение выделилось в отдельное направление работы лаборатории. Разработав собственный метод активации плазмы на ускорителях, ученые смогли увеличить скорость осаждения алмазной пленки в 10 раз.

Если типичная скорость осаждения - один микрон в час, то у политехников - с использованием плазмы аномально тлеющего разряда - получилось довести ее до десяти микрон в час.

"Чтобы формировался именно алмаз, а не, скажем, графит, нужно заставить по-особенному работать плазменный источник. Осаждение идет из газовой фазы. За основу был взят метод горячих нитей: вольфрамовые проволочки нагревают метан в смеси с аргоном, чтобы сформировать плазму с нужными свойствами. Метан разлагается на водород и углерод, и углерод осаждается на нагретую подложку", - поясняет Ремнев.

Водород, в свою очередь, обладает очень важным в этом процессе свойством: он вытравливает углерод, кроме того, который находится в виде алмазной кристаллической решетки. Таким образом, растет именно алмазная пленка.

Слой алмазной пленки - всего несколько микрон (1 микрон = 10−6 метра). По физическим свойствам искусственно выращенное алмазное покрытие не отличается от природного алмаза: в первую очередь, это прочность, изоляционные свойства, хорошая теплопроводность.

"Одну из установок по осаждению алмазных покрытий на твердосплавный инструмент мы продали в Японию. Причем не просто продали - мы продолжаем работать как партнеры. Например, известно, что алмаз - диэлектрик, то есть не проводит электрический ток. А японцам нужно было покрытие, которое бы проводило ток. И мы добились этих результатов", - рассказывает Ремнев.

Ученые лаборатории разрабатывают для ЦЕРНа алмазные детекторы для контроля положения пучков заряженных частиц. Два пучка заряженных частиц разгоняются навстречу друг другу на скоростях, близких к скорости света. И они должны точно попасть друг в друга. А кольцо коллайдера - 27 километров...

"Мы умеем растить пленки большого размера с высокой скоростью, что снижает удельную стоимость таких покрытий", - подчеркивает ученый.

Работы в этом направлении поддержаны Российским фондом фундаментальных исследований - коллектив получил грант на изучение основ синтеза сверхизносостойких композиционных покрытий на основе алмаза и кубического нитрида бора. Результатом должно стать создание нового поколения твердосплавного режущего инструмента.

Также реализуется грант ТПУ - "Плазменные технологии синтеза функциональных нанокомпозитных покрытий с повышенной термостойкостью и физико-механическими характеристиками". Фундаментальные исследования проводятся в Исследовательской школе физики высокоэнергетических процессов, прикладные - в Инженерной школе новых производственных технологий.

Новые свойства

Сейчас физики исследуют еще более интересные структуры - наноразмерные алмазные пленки, у которых очень маленький размер кристаллита.

"Ведь что такое пленка? В бриллианте могут быть несколько монокристаллов, и граница между ними практически не видна. Поликристаллическая пленка включает в себя множество таких кристаллитов, только маленьких. А если мы сделаем их очень маленькими, десятки нанометров, то можно закладывать в материал определенные свойства", - рассказывает ученый.

Например, покрытие может стать еще более устойчивым к радиации. Или - очень гибким, при сохранении характеристик твердости.

Для работы в области материаловедения ТПУ пригласил ведущих специалистов в этих областях: профессора Йиндриха Мусила (на фото справа) из университета Западной Богемии (Чехия) и профессора Владимира Углова (слева) из Белорусского госуниверситета.

Источники

Томские ученые научились выращивать алмазные покрытия
РИА Томск (riatomsk.ru), 06/08/2018
Уникальная технология: в России научились выращивать перспективные алмазные покрытия
123ru.net, 06/08/2018
В Томске научились выращивать "неуязвимые" алмазные покрытия
Новости@Rambler.ru, 06/08/2018
В Томске научились выращивать "неуязвимые" алмазные покрытия
Российская газета (rg.ru), 06/08/2018
Уникальная технология: в России научились выращивать перспективные алмазные покрытия
SMIonline (so-l.ru), 07/08/2018
Уникальная технология: в России научились выращивать перспективные алмазные покрытия
Око планеты (oko-planet.su), 07/08/2018
"Неуязвимые" алмазные покрытия: новая технология РФ заинтересовала Японию
AsJust.ru, 08/08/2018
"Неуязвимые" алмазные покрытия: новая технология РФ заинтересовала Японию
Политэксперт (politexpert.net), 07/08/2018
"Неуязвимые" алмазные покрытия: новая технология РФ заинтересовала Японию
Cont.ws, 08/08/2018
"Неуязвимые" алмазные покрытия: новая технология РФ заинтересовала Японию
Хорошие новости России (rus.vrw.ru), 08/08/2018
"Неуязвимые" алмазные покрытия: новая технология РФ заинтересовала Японию
Империя (imperiyanews.ru), 08/08/2018
Новая российская технология позволила увеличить в 10 раз скорость выращивания алмазных покрытий
Техносфера (tehnoomsk.ru), 13/08/2018

Похожие новости

  • 09/01/2017

    ТГУ создает 3D-фильм о раскопках курганов в тувинской Долине царей

    ​Сотрудники Томского госуниверситета (ТГУ) планируют в 2017 году выпустить фильм в 3D об археологических раскопках в тувинской Долине царей, сообщила РИА Томск завлабораторией "Артефакт" Ольга Зайцева.
    1138
  • 04/10/2016

    В Airbus Safran Launchers заинтересовались созданным в Томске наноматериалом

    ​Airbus Safran Launchers (совместное предприятие авиакосмического концерна Airbus Group и французской корпорации Safran) заинтересовалась разработанной в Томском госуниверситете технологией получения наноматериала - легкого, как алюминий, и прочного, как сталь, сообщил завлабораторией высокоэнергетических и специальных материалов ВУЗа Александр Ворожцов.
    1290
  • 02/06/2017

    Алтайский госуниверситет встречает молодых ученых - участников Всероссийского конкурса СНО

    ​1 июня Алтайский государственный университет встречает участников III Всероссийского конкурса студенческих научных обществ и конструкторских бюро, в котором примут участие более 60 студенческих научных объединений со всей России.
    1359
  • 28/06/2016

    3D-технологии завоевывают мир

    ​Вслед за автомобилями с автопилотом на дороги выходят самоуправляемые маршрутки. Первенцем новой концепции стал микроавтобус "Olli", созданный компанией Local Motors в сотрудничестве с IBM.  Как сообщает 3Dtoday, Local Motors наиболее известна в качестве первого производителя 3D-печатных автомобилей, а IBM предоставила необходимое аппаратное и программное обеспечение для интеграции 3D-печатного транспорта в облачный искусственный интеллект IBM Watson.
    1769
  • 03/07/2017

    Абитуриенты Томского госуниверситета создали бота для Telegram, сообщающего результаты ЕГЭ

    ​Абитуриенты Владимир Лебедев и Денис Шарапов подали документы в ТГУ одними из первых. Для поступления они выбрали недавно созданный Институт прикладной математики и компьютерных наук. Такой выбор не был спонтанным - ребята давно уже занимаются программированием, а примерно месяц назад они создали бота для Телеграм, который сообщал о результатах ЕГЭ.
    1085
  • 20/03/2018

    Способ активации нанопорошка алюминия, разработанный учеными ТПУ, вошел в 100 лучших изобретений России

    ​Способ активации нанопорошка алюминия путем термического воздействия, разработанный научным коллективом Томского политехнического университета, вошел в число ста лучших изобретений России за 2017 год.
    518
  • 13/03/2018

    В Томске создают безэкипажный катер для работы с подводными аппаратами

    ​Безэкипажный катер, который разрабатывают ученые и магистранты Томского политехнического университета (ТПУ), позволит обслуживать подводные аппараты и навигационное оборудование для них, сообщил ТАСС научный руководитель проекта, заведующий лабораторией телекоммуникаций, приборостроения и морской геологии ТПУ Юрий Чурсин.
    418
  • 07/07/2016

    В ТПУ разработали универсальный порошок для дактилоскопии

    ​Универсальный порошок для дактилоскопии разработали в Томском политехническом университете. Авторами идеи стали студенты Энергетического института ТПУ. Основные преимущества новой разработки - получение более четкого следа отпечатка и универсальность.
    1379
  • 06/07/2016

    В Томском политехе разработали агроробота

    Ученые Юргинского технологического института (ЮТИ) Томского политехнического университета вместе со студентами разрабатывают агроробота, который сможет пахать землю, обрабатывать растения от вредителей и косить траву.
    1455
  • 07/08/2017

    Магистрант ТПУ будет разрабатывать алгоритмы для работы с большими данными

    ​Абитуриент Томского политехнического университета Алексей Кульневич - выпускник Северного (Арктического) федерального университета имени имени М. В. Ломоносова (г. Архангельск) - стал победителем олимпиады "Прорыв".
    882