Поговорить с разработчиком и исследователем отечественных наножидкостей, да ещё и созданных из наноалмазов, удалось на крутом берегу Енисея, в Академгородке. Горы на другом берегу на глазах затягивало сизым дымом от лесных пожаров. Справиться с этой напастью можно с помощью наножидкости, считает кандидат физико-математических наук Александр Лобасов.

Чудо из-под крана

— Где вы эту наножидкость берёте, да ещё в таких количествах?

— Готовлю сам. Открываю водопроводный кран. Добавляю нанопорошок – субстанцию из мельчайших, в миллиардные доли метра, частиц. Наножидкость – это любая жидкость с добавленными наночастицами. Это могут быть металлы, оксиды металлов, другие частицы, но размером от 1 до 200-300 нанометров. В последние годы во всём мире активизировались исследования таких жидкостей, потому что научились делать такие мелкодисперсные порошки. А вот наноалмазы имеют размер около пяти нанометров.

— Как же такие маленькие частицы получают? Истолочь настоящий алмаз, я так понимаю, практически невозможно.

— В основном плазменными технологиями. Зажигают плазменную дугу, в дуге распыляются наночастицы. Их никто не просеивает, конечно, такого мелкого сита, наверное, и нет. Размеры частиц зависят от настройки установки. Нам привозят уже готовый порошок – на этикетке написано: «Оксид алюминия, такая-то фаза, такой-то размер».

— И сколько такие порошки стоят?

— Мы покупаем по 10, 20 и даже 30 тыс. рублей за килограмм. Наноалмазы чуть дороже, там другая технология, их изготавливают взрывным, детонационным способом в камере. Но их и меньше применяют, меньше в них потребность. Хотя материал очень интересный.

— Хорошо, вы отсыпали горсть наноалмазов в жидкость. А в чём теперь её «наность»?

— В том, что она кардинально изменила свои свойства. Наночастицы имеют гораздо большую тепло- или электропроводность. А поскольку они очень маленькие, вся жидкость резко меняет свойства тоже. Алмаз как таковой – очень интересный минерал, благодаря плотной кристаллической структуре он обладает одной из самых высоких теплопроводностей. Например, металлы: золото, медь, серебро – имеют теплопроводность 300-400 Ватт/м*К, а у алмаза 2000-3000 Ватт/м*К. У воды, которую мы используем для переноса тепла в системах отопления, теплопроводность всего 0,7 – на четыре порядка ниже.

Так вот, в нановоде наноалмазов немного, буквально 0,1% объёма. Естественно, что специально подготовленная вода используется только для охлаждения микроэлектроники, где нужно микроскопическое количество этих веществ. Микробатарея может в несколько раз увеличить вычислительную мощность компьютера.

Такие же теплопроводящие структуры используют и в космонавтике – радиоизотопные термоэлектрические генераторы (РИТЭГ) обеспечивают уже 42 года работы «Вояджеров», исследующих Вселенную за пределами Солнечной системы.

С алмазами на огонь

— Давайте вернёмся к лесным пожарам. Как же тушить тайгу такими наножидкостями?

— Вся суть авиационного пожаротушения заключается в том, что надо перекрыть окислителю доступ к горючему материалу, к траве и деревьям. Но кислород из атмосферы убрать невозможно. Значит, нужно охладить горючий материал, древесину, снизить температуру очага горения – ниже температуры воспламенения. Вода ведь так и работает. А теперь представьте, что вместо неё используется наножидкость с теплопроводностью, в 10 тыс. раз большей! Соответственно, она и энергии больше заберёт у пламени.

— Но это наверняка дороже? Ведь пожарные самолёты забирают на борт от 12 до 40 тонн воды!

— Да, но на 12 тонн потребуется всего 12 кг порошка, или 240-360 тыс. рублей. Зато скорость и энергозатраты испарения жидкости вырастут на 40%. А если использовать схожий, но гораздо более дешёвый нанографит, те же углеродные частицы, – будет ещё дешевле. Таким образом, повысим скорость тушения пожаров, сократим время использования самолётов.

Топливо, зеркало, медицина

— А какие ещё варианты использования наножидкостей изучаются?

— Новые виды топлива, присадки для увеличения сгорания. При впрыске в цилиндр нужно бензин как можно быстрее испарить для более эффективного и экологически чистого сгорания. На Западе уже проводят такие исследования – с повышением мощности двигателя. Там тоже есть свои нюансы – в частности, как удалять продукты сгорания тех же оксидов металлов, не будут ли они налипать на внутреннюю поверхность двигателя.

Очень важное использование в солнечных электростанциях конвективного типа, когда используются не фотоэлементы, а зеркала, нагревающие бак с теплопроводящей жидкостью. Сейчас это соляные растворы, вызывающие активную коррозию оборудования. Стоит заменить соль на воду с наноалмазами – и коррозия будет сведена к минимуму, увеличится срок службы агрегатов. А если найдём более дешёвую альтернативу, то после выработки электроэнергии жидкость с остаточным теплом можно будет использовать для обогрева зданий в обычных радиаторах. И это только теплофизическое применение жидкостей.

Есть интересные мысли по точечной доставке лекарств. Например, поры здоровой клетки имеют размер около 10 нанометров, поры раковой – около 30. Теперь нужно к наноалмазу размером 5 нанометров прицепить молекулу лекарства – и она сможет «протиснуться» и уничтожить только больную клетку. Слышал, что и в стоматологии были эксперименты по лучшей дезинфекции пломб.

— А сколько карат весит каждый наноалмаз? И сильно ли он блестит?

— В одном карате содержится несколько триллионов наноалмазов! (Смеётся). Их невозможно разглядеть глазом, через лупу, и даже не в каждый микроскоп увидеть можно. Только в электронный. А внешне наноалмазы – даже не серый, а практически чёрный, невзрачный порошок, похожий на графит.

— А если случайно чихнуть, и пару граммов наноалмазов сдует – вас ругать будут?

— Ругать, конечно, не будут. Ущерба-то рублей на пятьдесят. Но вообще, надо аккуратно с расходными материалами обращаться.

— Какой объём наноалмазов вы пропускаете через свои руки в течение года?

— Около 10-20 кг нанопорошков за год через меня проходит. Из них процентов десять – наноалмазы. Но они не самые дорогие. Те же графеновые нанотрубки гораздо дороже.

Наномиллиарды рублей

— Почему на исследования таких мелких частиц нужны огромные деньги, и не меньше?

— За все исследования не отвечу. Понятно, что разработки конкретных технологий, особенно космических, построение опытных образцов – дело очень дорогое. Но нам, фундаментальным исследователям, денег нужно гораздо меньше. И порядок цифр из расчёта на год – миллионы и десятки миллионов рублей. Впрочем, это всё равно сопоставимо с расходами на зарплату учёных. Ведь при зарплате в 30 тыс. рублей на год сотруднику понадобится более полумиллиона, а если в лаборатории работают три человека и один руководитель, это уже 2-2,5 млн в год только на зарплату.

— Если исследованиями наножидкостей не заниматься здесь и сейчас, в Красноярске, что случится?

— Отстанем от жизни, от мира. Но, надеюсь, это уже невозможно. Мы встроены в систему мировой науки. К счастью для учёных, а значит, и для всех остальных жителей, государство всё больше внимания уделяет науке. Ведь улучшить нашу жизнь можно только так: человек существо социальное и научно-техническое.

— Мы разговариваем, а я ловлю себя на мысли, что это какой-то бред. Триллионы алмазов в одном карате… Этого простой человек никогда не увидит. Как убедиться, что нанотехнологии работают?

— Только повторными экспериментами. Например, как быстро можно нагреть помещение обычной водой и наножидкостью. Главный принцип науки – повторяемость экспериментов, проверка. Если обычный человек не хочет заниматься проверкой всего и вся, ему остаётся только верить в науку. Как в магазине: вы же, покупая хлеб, не проверяете каждый раз, как именно его испекли, какой у него состав – просто берёте с полки, не задумываясь, доверяя своим землякам-пекарям. В науке так же.

— А кто может использовать ваши результаты работы?

— Заказчик наш – Российский фонд фундаментальных исследований (РФФИ), все отчёты мы отправляем в фонд, то есть это государственная собственность. И уже фонду решать, кто, как именно и за какие деньги будет этим пользоваться. Но, по большому счёту, все результаты публикуются в совершенно свободном доступе, с ними может ознакомиться, повторить и развить на их основе своих исследований каждый желающий. Это и есть главный принцип фундаментальной науки.

Сергей Митрухин

Источники

Тушить лес алмазами. Сибирский ученый - о возможностях нанотехнологий
Российский фонд фундаментальных исследований (rfbr.ru), 29/07/2019
Тушить лес алмазами
Академгородок (academcity.org), 31/07/2019

Похожие новости

  • 06/08/2019

    Российские ученые разработали систему, прогнозирующую вероятность появления лесных пожаров

    ​Красноярские ученые разработали систему, способную спрогнозировать появление лесных пожаров и оценить степень их усиления на всех этапах, сообщил ТАСС директор Института леса имени В. Н. Сукачева Александр Онучин.
    230
  • 31/12/2017

    Топ-10 исследований российских ученых 2017 года по версии РНФ

    Около 35 тысяч российских ученых проводили и проводят фундаментальные исследования при поддержке Российского научного фонда (РНФ). Ежемесячно в российских и зарубежных СМИ выходят десятки новостей об их достижениях.
    2942
  • 28/01/2017

    Красноярский научный центр СО РАН представил три крупных проекта для создания прорывных технологий

    ​ФИЦ Красноярский научный центр СО РАН представил три крупных проекта, направленных на создание прорывных технологий: адаптированного к сибирским условиям картофеля, трехуровневой системы дистанционного зондирования Земли и молекулярных врачей-нанороботов.
    1477
  • 01/11/2017

    Сибирские ученые изучили новый тип нанопластин для применения в медицине

    ​Ученые из Института физики имени Л. В. Киренского Красноярского федерального исследовательского центра Сибирского отделения РАН совместно с коллегами из Сибирского федерального университета впервые изучили магнитные свойства, структуру и состав новых наночастиц семейства халькогенидов (элементов 16-й группы периодической системы, к которым относятся кислород, сера, селен, теллур, полоний и ливерморий).
    1207
  • 14/12/2018

    Почти «марсианская» технология

    ​Мы продолжаем следить за работой наших ученых по ликвидации органических стоков, попадающих в воды озера Байкал. Напоминаем, что данная работа осуществляется в рамках государственной программы, и активное участие в ней принимают новосибирские ученые-энтузиасты, инициаторы проекта «Экодом».
    820
  • 23/05/2019

    Ученые РФ разработали экспресс-метод для оценки химической безопасности овощей и фруктов

    ​Красноярские ученые разработали экспресс-метод на основе биолюминесцентного теста для быстрой и эффективной оценки наличия пестицидов и тяжелых металлов в овощах и фруктах, который дает результат в 10-20 раз быстрее аналогичных способов.
    422
  • 03/02/2018

    Ученые новосибирского Академгородка представили новейшие достижения СО РАН

    ​​Перед Днем российской науки-2018 три крупнейших института СО РАН – Институт ядерной физики им. Будкера, Институт химической биологии и фундаментальной медицины и Институт гидродинамики им. Лаврентьева  – открыли свои двери для посетителей.
    2178
  • 13/01/2017

    Лабораторные работы: ученые и инновации

    ​Ученые факультета наук о материалах и химического факультета МГУ им. М.В.Ломоносова совместно с научной группой под руководством Михаэля Гретцеля (EPFL, Швейцария) определили причину, по которой органо-неорганические перовскиты формируются в виде нанонитей.
    2339
  • 10/09/2019

    Сибирские ученые используют дроны для мониторинга саранчи

    ​С помощью беспилотников энтомологи из Новосибирска определяют участки, где растет полынь с примесью разнотравья: именно в таких местах предпочитает жить местная саранча в период сниженной активности.
    114
  • 12/04/2019

    В Иркутске прошла научная сессия, посвященная 70-летию академической науки Восточной Сибири

    Об истории и основных достижениях академических учреждений Восточной Сибири рассказали на научной сессии 3 апреля в ИДСТУ СО РАН. В мероприятии приняли участие представители Республики Монголия, правительства Иркутской области, вузов города.
    672