Технологии цифровой печати объектов, как двумерных (2D), так и трехмерных (3D), стремительно развиваются во всем мире. К сожалению, в России за время перестройки была разрушена база, которая позволила бы нашей стране занять достойное место в этой области. Над тем, чтобы преодолеть отставание, работают ученые Института физики полупроводников им. А. В. Ржанова СО РАН.

О трудностях и успехах рассказал заведующий лабораторией физики и технологии трехмерных наноструктурдоктор физико-математических наук, профессор Виктор Яковлевич Принц.

О печати в России
- В сфере 2D и 3D печати Россия сегодня отстает на 10 - 15 лет, и в будущем это непременно скажется на состоянии экономики. Мы хорошо знаем как сильно изменила нашу жизнь полупроводниковая микро- и нанотехнология. 60 лет микроэлектроники дали компьютеры, телевизоры, мобильные телефоны, интернет, навигаторы, флэш-память, ноутбуки и так далее. Наноэлектроника позволяет формировать десятки миллиардов транзисторов на одном чипе. Уже в ближайшие десятилетия ожидается цифровая промышленная революция, смена технологического уклада. Цифровые микро- и нанотехнологии развиваются очень быстро. Известны уже прототипы новых материалов, с полезными свойствами, не встречающимися в природе, уникальные дифракционные и фокусирующие элементы микро-нанооптики, сформированные на срезе световодов, массивы различных 3D сенсоров на чипе, гибкая электроника, микро- нанороботы и многое другое. Нам необходимо интенсивно развивать наши возможности.

Что касается цифровой 3D-печати, называемой также аддитивной технологией, то она позволяет слой за слоем формировать любые сложные трехмерные формы, согласно компьютерной модели. Технологии 3D печати являются быстро развивающимися движущими составляющими цифровой промышленной революции. В настоящий момент эти технологии, находится в стадии развития, то есть их не всегда можно использовать для создания объектов в промышленных масштабах, хотя уже сегодня некоторые компании производят с их помощью, например, детали для самолетов. Ученым 3D-печать дает возможность быстрого прототипирования: до мелочей проработать нужный объект и посмотреть, как он будет выглядеть в реальности. Для этого можно использовать самые разные материалы, - металл, керамику, диэлектрики, полимеры, - притом производство будет безотходным.

Все это развивается столь быстрыми темпами, что, по прогнозам, влияние технологии 3D-печати на мировой ВВП может к 2025 году достичь $550 млрд. Россия планирует занять 2 % этого рынка - очень небольшая цифра, но даже этот показатель, по-видимому, недостижим. Сегодня у нашей лаборатории практически нет конкурентов в стране: мы взяли на себя задачу разработать новые методы, которые позволили бы с помощью технологии 2D и 3D-печати массово делать уникальные структуры, материалы, приборы для нанофотоники, микрооптики, микро-наноэлектроники, например, метаматериалы - искусственные материалы, свойства которых (акустические, электромагнитные, механические, сейсмические и другие) намеренно конструируются на микро- и наноуровне. Разработанные нами ранее технологии формирования трехмерных структур и приборов хорошо стыкуются с технологиями 3D печати - при этом создается синергетический эффект.

О Российском научном фонде
- Российский научный фонд сделал шаг в нужном направлении - он увидел, что технологии 2D и 3D печати, которые так популярны в мире, совершенно не развиты в России, и создал специальные гранты, по которым сегодня работает и наша лаборатория. Это два проекта, один из них посвящен 2D печати (печатные технологии получения материалов и электронных устройств на основе графена под руководством доктора физико-математических наук Ирины Вениаминовны Антоновой), а другой - 3D печати (разработка аддитивных технологий, то есть технологий послойного синтеза для создания элементной базы фотоники и микроэлектроники, которой руковожу я).

Мы взялись за эту работу два с половиной года назад. Как и другие проекты, финансируемые Фондом, наши были амбициозными, тяжелыми, но интересными - это вызов, требующий проявить творчество, чтобы не только догонять, но формировать свои собственные направления и технологии. Финансирование каждого проекта 5 милионов рублей в год на 10 участников проекта. По сравнению с другими грантами это большие деньги, позволяющие нам покупать оборудование, которого остро не хватает. В первый год мы купили 2D-принтер за 4 миллиона, а в прошлом - 3D-нанопринтера, который будем собирать сами. Значительные средства расходуются на приобретение материалов. Важно также то, что финансирование РНФ позволяет не заниматься постоянным поиском мелких грантов, а работать над основной задачей.

Другое преимущество поддержки РНФ заключается в том, что одно из условий - участие молодежи. Половина работников в обоих наших грантах - аспиранты и младшие научные сотрудники, и это очень важно, потому что для развития технологий мало поставить установку на стол и научить кого-то нажимать несколько кнопок: нужны высококвалифицированные думающие специалисты, люди, которые любят свое дело, способны разобраться в тонкостях технологических операций и предлагаться свои решения.

Третье преимущество грантов РНФ - это стимулирование публикаций в высокорейтинговых журналах, с импакт-фактором 5 и больше.

О разработках
- 3D-печать в микро- и нанообласти - это мировая проблема, и она требует новых методов, которые позволят массово создавать не отдельные трехмерные объекты, а их массивы на большой площади. Разработка технологий на стыке с 3D-и 2D-печатью усиливает их возможности - именно этим мы занимаемся у себя в лаборатории: предлагаем новые методы, разрабатываем новые материалы для принтеров.

Направления работы самые разные. Например, наша технология сворачивания, признанная в мире, позволяет формировать нанотрубки - основу наношприцов. Благодаря атомноострым стенкам и тонким краям шприц может проникать в клетку, не разрушая ее - это может быть полезно для разных медицинских и медикобиологических задач. 3D печать формирует дополнительные элементы для системы инъекций.

3D-принтеры позволяют печатать любыми веществами, от металла до стекла, и мы дополнительно создаем собственные материалы. Например, добавляем двуокись ванадия, неорганическое соединение, испытывающее фазовый переход: при комнатной температуре оно является полупроводником, но, нагреваясь до 68 С° градусов, становится металлом. Созданные на его основе композиты заимствуют эти свойства, и поэтому они интересны для практических применений. На базе частиц двуокиси ванадия мы придумали несколько новых устройств для управления электромагнитным излучением, они представляют собой массив искусственных элементов-резонаторовс размерами, малыми по сравнению с длиной волны излучения. Сегодня одним из самых востребованных направлений считаются разработки терагерцовых метаматериалов. ТГц-излучение излучение представляет интерес для медицинской диагностики и визуализации (например, раковых клеток), терагерцовые спектры несут информацию оструктуре сложных биологических комплексов, позволяют идентифицировать биоорганические вещества, взрывчатые вещества в системах безопасности и так далее. Проблема в том, что природные материалы, позволяющие управлять этим излучением, отсутствуют, поэтому мы сами разработали и напечатали их. Микрорезонаторы в них имеют сложную форму - их можно создать только с помощью 3D печати.

Мы также занимаемся ростом графена - это направление чрезвычайно важно, хотя в России не развито. Графен и чернила на его основе используются для формирования с помощью 2D- и 3D печати элементов электроники и сенсоров.

Мы будем уделять больше внимания не только цифровым микро- и нанотехнологиям, но и гибридным технологиям - объединениям уже разработанных нами достижений. Уже сейчас мы видим сильный синергетический эффект от их использования, и будем работать в этом направлении дальше.

Наталья Бобренок

Похожие новости

  • 31/05/2016

    Новосибирские ученые исследуют кровеносную систему

    ​Кровеносная система лежит в основе функционирования головного мозга, и в области её работы ещё много «белых» пятен. Сибирские учёные в сотрудничестве с медиками решили устранить некоторые из них.  Исследование имеет и прикладной выход: уже создана уникальная система мониторинга нейрохирургических операций, метод повышения качества магнитно-резонансной томографии, а также инструментарий для персонализированного моделирования протекания некоторых болезней.
    1483
  • 01/03/2018

    Исследования группы российских ученых помогут при изучении новых полимерных материалов

    ​Ученые из Института ядерной физики им. Г.И. Будкера СО РАН (ИЯФ СО РАН) и  Научно-технологического центра уникального приборостроения РАН (НТЦУП РАН), подведомственных ФАНО России, совместно с коллегами из Российского университета дружбы народов (РУДН) провели серию экспериментов по исследованию термостимулированных поверхностных плазмон-поляритонов (ТППП).
    306
  • 30/08/2016

    В Новосибирске создали быструю флешку на основе мультиграфена

    Согласно результатам, полученным учеными из Института физики полупроводников им. А.В. Ржанова СО РАН, флеш-память с использованием мультиграфена по быстродействию и времени хранения информации может превосходить аналоги, основанные на других материалах.
    1271
  • 25/07/2016

    Новосибирские учёные разрабатывают лазеры в зелёном диапазоне

    ​Сотрудники Института физики полупроводников СО РАН и лаборатории молекулярной фотоники НГУ занимаются одним из самых актуальных на сегодня направлений в области лазерных технологий — созданием зелёных светодиодов и лазерных диодов (за синие светодиоды в 2014 году ученые из Японии и США получили Нобелевскую премию).
    1102
  • 22/05/2015

    Электрон похудел

    В новосибирском Академгородке получен уникальный материалСАМЫЙ обычный, известный из школьного курса физики электрон преподнес сюрприз: он вдруг потерял массу. Точнее, он движется так, словно ее нет.
    1345
  • 02/02/2018

    Алексей Шулунов: радиофотоника - одно из важнейших направлений электроники

    ​До второго десятилетия нынешнего века в промышленности планеты прошли и ныне проводятся три направления развитии - пара, электрона, атома. "В настоящее время в мире идет переход на четвертый уровень, основывающийся на технологиях фотона, - отметил известный руководитель отечественной оборонной промышленности, руководитель рабочей группы № 19 Научно-технического совета Военно-промышленной комиссии при правительстве РФ, академик МАИ Алексей Шулунов, - эти технологии используют свойства фотонов, частиц, не имеющих массы покоя и заряда, что позволяет преодолеть принципиальные физические ограничения "классической" электроники.
    637
  • 18/09/2017

    Ученые ИФП СО РАН создают суперсцепляющий материал

    Возможно, первый «человек-паук» на планете будет новосибирцем: фантазии голливудских сценаристов – будни ученых Академгородка. Сегодня в Институте физики полупроводников работают над материалом, который сделает возможным появление «людей-ящериц».
    547
  • 25/08/2016

    Новосибирские ученые помогут выявить опухоль за три минуты

    ​Утверждение сибирских физиков звучит фантастично. Человек сдает кровь, ее проверяют на специальной установке, которая через несколько минут выдает график. У здорового человека это набор пиков, напоминающих расческу.
    940
  • 17/03/2017

    Сибирские физики создадут точнейшие атомные часы

    Ученые из Института лазерной физики Сибирского отделения Российской академии наук, Новосибирского государственного университета и из Новосибирского государственного технического университета разработали сверхстабильный лазер для атомных часов, который позволит российским физикам создать устройства для измерения времени, не уступающие в точности западным аналогам, говорится в статье, опубликованной в Journal of Physics: Conf.
    1244
  • 22/12/2017

    Новосибирские физики сконструируют для лунной базы солнечные батареи

    ​Освоение других планет - давняя мечта человечества. Но ее невозможно реализовать, не решив энергетическую проблему. Новосибирские физики предложили способ усовершенствовать солнечные батареи для работы в космосе.
    320