Научный коллектив Томского политехнического университета занимается разработкой принципиально новой технологии по активации порошков металлов высокоэнергетичным СВЧ-излучением с импульсами наносекундной длительности. Способ, предложенный политехниками, позволит активировать вещество быстрее. Кроме того, порошки будут обладать улучшенными свойствами. Работы поддержаны госзаданием «Наука».

По словам руководителя проекта, научного сотрудника лаборатории СВЧ-технологии Инженерной школы ядерных технологий ТПУ Андрея Мостовщикова, для активации порошков в настоящее время в основном используются два метода: химический и механоактивации. Однако у каждого из них есть ряд существенных недостатков.

«Отрицательной стороной химического метода является загрязнение порошков, что может помешать их использованию в медицине, фармакологии, при производстве катализаторов. А в процессе механоактивации осуществляется, по сути, перемол порошка. Механическое воздействие приводит к изменению морфологии частиц: их внешнего вида, распределения частиц по размеру. То есть мы получаем порошок с другими физическими параметрами», — поясняет ученый.

Предложение политехников заключается в том, чтобы использовать для активации порошка внешнее энергетическое воздействие, что позволяет изменять такое специальное свойство порошков, как химическая активность.

При этом вещество остается чистым и никак не изменяется распределение частиц по размерам. Кроме того, такой порошок обладает улучшенными характеристиками, что позволяет все процессы, в которых он будет принимать участие, проводить в более ресурсоэффективном режиме.

Добавим, научный коллектив также разработал метод активации нанопорошка алюминия путем термического воздействия. Проект вошел в число ста лучших изобретений России за 2017 год. Как поясняет Мостовщиков, новый способ отличается технической реализацией и скоростью. Так, термический метод предполагает получасовое воздействие, а в рамках разрабатываемой технологии СВЧ-модифицирования подобный эффект можно будет достичь за полминуты.

«Речь идет о технологии модифицирования микро- и нанопорошков металлов высокоэнергетичным СВЧ-излучением с импульсами наносекундной длительности: от нескольких наносекунд до нескольких микросекунд.

В чем особенность обычной промышленной СВЧ-печи: в ней используется достаточно мощное непрерывное излучение частотой в 2,45 гигагерц, подобранное так, чтобы взаимодействовать в основном с молекулами воды, вызывая их колебания и разогрев продукта. Наше конкурентное преимущество заключается в том, что мы можем генерировать импульсы короткой длительности и различной частоты, что позволяет значительно сократить потери энергии на нагрев самого образца. Поэтому мы сможем не только запустить процессы, которые просто невозможны в простой СВЧ-печи, но и можем ими избирательно управлять: какие-то отсекать, а какие-то — усиливать», — объясняет Андрей Мостовщиков.

Работы в рамках госзадания «Наука» ведутся с 2017 года. Проект рассчитан на три года. В состав научного коллектива, кроме Андрея Мостовщикова, входят профессор отделения естественных наук Школы базовой инженерной подготовки Александр Ильин, заведующий научно-исследовательской лабораторией СВЧ-технологии Инженерной школы ядерных технологий Павел Чумерин, главный эксперт этой же лаборатории Юрий Юшков, а также аспиранты и студенты. За прошедшее время научная группа уже установила оптимальные режимы облучения, проанализировала широкий спектр материалов, определила ряд зависимостей: как разные металлы взаимодействуют с излучением; в чем разница между микронными и наноразмерными порошками; выявила ряд интересных закономерностей. В настоящее время на установках ТПУ ведутся уточняющие эксперименты на основе полученных ранее результатов.

«Что нам остается сделать: уточнить все моменты, отделить эффекты, которые определяются металлической составляющей частиц, от эффектов, которые определяются оксидной оболочкой частиц. Еще одна важная часть проекта: непосредственное испытание порошков в различных изделиях: керамических материалах, полимерах. В целом задача проекта — изучение короткоимпульсного излучения и его взаимодействия с порошками металлов.

На выходе мы должны получить работающую технологию, включающую в себя приборную базу, ряд рекомендаций, как прибором пользоваться, научную составляющую — описание процессов, которые будут происходить при действии излучения на различные порошки»,

— отмечает ученый.

По словам Андрея Мостовщикова, во время проведения исследования ученые использовали широкий спектр порошков из алюминия, железа, вольфрама, меди, никеля, кобальта, марганца, молибдена и других — всего около 15 наименований металлов. Кроме того, были рассмотрены и оксидные системы: оксид алюминия, железа, меди, несколько оксидов редкоземельных металлов. Все исследования велись на лабораторных установках, однако, замечает ученый, еще одно преимущество разработки политехников: отсутствие необходимости серьезного изменения действующих установок.

«Наша задача — подобрать оптимальный алгоритм для каждого вещества. А реализация в виде установок — это не такой сложный процесс. Сложнее определить рабочие диапазоны, алгоритмы, по которым будут работать промышленные установки», — подчеркивает он.

Работы, ведущиеся в Томском политехе, уже вызывают серьезный интерес у потенциальных партнеров. Так, научный коллектив работает с Иркутским алюминиевым заводом (один из крупнейших и старейших алюминиевых заводов в Восточной Сибири и Российской Федерации, входит в состав объединенной компании «РУСАЛ» — ред.). Есть и другие заинтересованные предприятия, что обусловлено современными тенденциями материаловедения, делающими ставку на работу с композитными структурами.

 Порошки металлов.JPG

Фото: порошки металлов 

 

Похожие новости

  • 26/08/2016

    Российские и немецкие ученые разрабатывают молекулярные переключатели для электроники

    ​Физики из Томского госуниверситета (ТГУ). а также их коллеги из Германии, работают над изучением новых свойств органики, наблюдаемых при взаимодействии органических молекул с металлом. Перспективное исследование, как отмечают его авторы, найдет применение в молекулярной электронике будущего.
    1184
  • 25/10/2017

    Томские химики разработают экологичную технологию очистки «дизеля» от серы

    ​Одной из важнейших задач современной нефтепереработки является удаление полиароматических углеводородов, серы и ее соединений из дизельного топлива. Для этого широко используется гидроочистка, в процессе которой происходит выделение большого количества газов, загрязняющих атмосферу.
    550
  • 17/07/2017

    Ученые ТПУ снабдили химические сенсоры «ловушками» для токсичных веществ

    ​Ученые Томского политехнического университета совместно с коллегами из Университета химии и технологии (Чехия, Прага) создали новые химические сенсоры для спектрометров комбинационного рассеивания — приборов, позволяющих с высокой точностью определить количественный и качественный состав вещества и его структуру.
    534
  • 23/01/2018

    Сибирские радиофизики выяснили, от чего зависят свойства композитных материалов

    Радиофизики экспериментально доказали, что  конструкция и   технология изготовления  нанотрубок влияют на характеристики композитного материала. Ученые описали электрофизические свойства композитов, в которых можно получать заданные свойства, меняя состав.
    540
  • 24/07/2018

    В Томске подвели итоги конкурса «Постдок ТПУ как аналог докторантуры»

    ​В Томском политехническом университете подвели итоги конкурса «Постдок ТПУ как аналог докторантуры», созданный для поддержки перспективных проектов молодых кандидатов наук. Проекты получают финансирование из средств Программы повышения конкурентоспособности ТПУ.
    145
  • 24/01/2017

    К 2019 году начнется промышленный выпуск бериллия по технологии ТПУ

    ​Запуск первой очереди производства бериллия в городе Краснокаменск Забайкальского края по технологии, разработанной в Томском политехническом университете (ТПУ), запланирован на конец 2018-го – начало 2019 года, сообщил во вторник журналистам проректор вуза по науке Александр Дьяченко.
    802
  • 21/11/2017

    Томские ученые разработали дезодорант для очистных сооружений

    ​"В теплое время года многие очистные сооружения возле городов источают неприятные запахи. Ученые Инжинирингового химико-технологического центра Томского государственного института (ИХТЦ ТГУ) разработали и опробовали нейтрализатор запаха для очистных сооружений.
    422
  • 02/07/2018

    Томская студентка разрабатывает новую форму «молекулярного сита» для очистки газа

    ​Победительница конкурса УМНИК-2017 студентка ТГУ и сотрудник ИХТЦ Альфия Угаганова работает над технологией получения новой формы цеолитных сорбентов для очистки природного газа. Молекулярный фильтр создадут на основе микросферических цеолитных сорбентов.
    153
  • 17/03/2017

    Ученые ТГУ предложили свой способ снижения веса самолетов

    Ученые Томского государственного университета разработали специализированное покрытие, благодаря которому на 30 и более процентов можно уменьшить вес летательных аппаратов. Созданная в ТГУ технология не имеет в России аналогов и позволит снизить расходы на запуск и эксплуатацию аэрокосмической техники.
    1000
  • 12/08/2016

    В ТГУ разрабатывают импортозамещающие огнезащитные составы

    ​Сотрудники Инжинирингового химико-технологического центра Томского государственного университета (ТГУ) разрабатывают технологии производства импортозамещающих огнезащитных составов для древесины и металла, сообщает местное издание.
    907