Нано против света и воды

17 июля 2014

Автор: Ясиновская Елизавета

«Вышла сухой из воды»: так можно было бы сказать о строительной плитке с символической надписью Du, которую поднял из резервуара специальный кран и тем самым ознаменовал открытие восьмого нанотехнологического центра РОСНАНО. Сухой плитка оказалась потому, что она была обработана гидрофобным полиструктурированным покрытием — его разработали участники стартапа «Защитные покрытия», поселившегося, как и 40 других проектов, в новоявленном наноцентре на территории особой экономической зоны «Дубна». Это один из сразу нескольких стартапов открывшегося комплекса, которые уже имеют производство и начали зарабатывать первые деньги, однако, по словам главы ОАО «РОСНАНО» Анатолия Чубайса, этот центр задумывался сразу как «фабрика по производству стартапов», поэтому на достигнутом не остановится.

От «умных» проектов до космецевтики

РОСНАНО вложило в двухмиллиардный проект «Дубна» чуть более половины финансовых средств, а остальное проинвестировали партнеры — «Концерн „РТИ Системы”», ОИЯИ (Объединенный институт ядерных исследований), «Фирма АйТи. Информационные технологии» и сама особая экономическая зона, на земле которой и расположился наноцентр. «Для нас открытие наноцентра в Дубне — это большое событие, поскольку оно является и итогом работы с Объединенным институтом ядерных исследований, с городом, Московской областью, с особой экономической зоной, и одновременно стартом генерирования постоянного потока стартапов, — сказал Чубайс. — На мой взгляд, здесь уже есть жемчужины и бриллианты, которые, правда, еще необходимо огранить».

В списке этих «жемчужин» — и совместный с НИТУ «МИСиС» проект по производству квазикристаллов (новый тип «упаковки» атомов металлов в твердом веществе), которые при нанесении на сложные поверхности, способны продлить срок службы машинных деталей и лакокрасочных покрытий; и проект «Умные адгезивы», реализуемый командой дубнинского наноцентра вместе с Институтом элементоорганических соединений РАН и МГУ им. Ломоносова, под «присмотром» крупных ученых Михаила Фельдштейна и Алексея Хохлова; а также проект «Космецевтический инкубатор» — то есть бизнес-инкубатор в области производства косметики с фармакологическими свойствами. Этот проект с несколькими стартапами по космецевтике существует совместными силами наноцентра и косметического объединения «Свобода», которое будет создавать инновационную продукцию на своих площадях. Однако особняком стоят два проекта в сфере «умных покрытий» — по гидрофобным составам и электрохромным стеклам.

Боязнь воды — на пользу

«Защитные гидрофобные покрытия, которые разрабатываются в этих стенах, придают поверхностям водоотталкивающий эффект и антисептические свойства, — представил один из своих лучших проектов директор наноцентра „Дубна” Алексей Гостомельский. — Покрытие можно адаптировать под любые материалы — будь то стекло автомобиля, окно или фасад здания, стройматериалы, дерево, ткань или обувь». Конечно, гидрофобизирующие составы известны давно — около 30 лет, и первое их поколение, которое придавало поверхностям лишь некоторые водоотталкивающие свойства, делалось на восковой основе, а затем появились разработки из диоксида кремния. Но ученые по всему миру очень долго пытались хорошо закрепить гидрофобизатор на поверхности — он отталкивался и от нее тоже. В России эту проблему решить удалось.

Разработки велись с 2009 года в дубнинском Научно-исследовательском институте прикладной акустики (принадлежит Федеральной службе по техническому и экспортному контролю РФ) — и первые успешные образцы были получены еще тогда. Сегодняшние гидрофобизирующие составы способны держаться, к примеру, на самом уязвимом лобовом стекле автомобилей до полугода.

Они подходят под российские погодные условия и даже способны предотвратить образование наледи.

Для достижения еще большего гидрофобного эффекта, как предполагает Роман Новичков, кандидат химических наук, технический директор проекта и собственно разработчик составов, необходимо обработать ими поверхность во время покраски автомобиля: «Для создания закрепленной текстуры можно нанести состав аэрографом-распылителем на слегка подсохший слой краски. Модифицированные наночастицы не войдут в краску до конца, поскольку вязкость и плотность большая, но останутся на определенной глубине и будут закреплены в красочном слое как в матрице — и это вызовет еще более длительный супергидрофобный эффект».

Некоторые строительные компании и ряд сетевых автодилерских центров, таких как Genser и «Рольф», уже реализуют дубнинские составы для обработки стекол под собственной торговой маркой. «Пользователи могут приобрести набор для полировки и самостоятельно распылить состав пульверизатором, выдержать 15 секунд и затем отполировать поверхность тряпкой», — пояснил Дмитрий Брунь, менеджер проекта.

Он рассказал также, что весной этого года российскими нанопокрытиями было обработано около 1000 автомобилей в Москве, и на сегодняшний день выручка этого проекта составила миллион рублей.

Кроме того, нанотехнологический центр уже начал переговоры со службой эксплуатации зданий и сооружений «Сбербанка»: пилотное нанесение отечественного гидрофобного покрытия уже состоялось в офисе на 1-й Тверской-Ямской в Москве, а в Дубне наносоставом обработаны стекла городских автобусов и фасад церкви.

Алексей Гостомельский также напомнил о других применениях гидрофобного состава: совместно с учеными из Троицка дубнинская команда разрабатывает медицинскую шину из картона. Возможность нарезки позволяет использовать ее для любых частей тела, но медицинским службам важно, чтобы она не намокала, и гидрофобное покрытие решает эту проблему, хотя и значительно удорожает стоимость картона.

Также перспективным является текстильное направление в создании гидрофобных составов: оно привлекательно для инвесторов, но сложно в реализации — из-за обилия разновидностей тканей, которые при нанесении состава не должны менять структуры и сохранять все свои качества по износоустойчивости. Но пока в этой области российские разработки увенчались успехом: одежда, обработанная отечественным составом из простого аэрозольного баллончика, выдерживает 3–4 стирки. «Коллеги из Лондона, которые занимаются эксплуатацией водных объектов и канализаций, попросили нас разработать состав для тканей, чтобы защитить одежду служащих, — рассказал Дмитрий Брунь. — Мы разработали его, но понимаем, что с этой технологией на рынке будет сложно продвигаться, поскольку уже накопилось много негативных мнений о малоэффективных аналогах». Однако наши ученые верят в успех, поскольку дубнинский гидрофобный состав стоит дешевле зарубежных и более устойчив к истиранию, а кроме того, способен отталкивать не только воду, но и органические соединения: «Наши ребята научились модифицировать формулу состава таким образом, — пояснил Брунь. — Что к ней можно „пришить” перфторированные „хвосты”, вызывающие биофобный эффект».

Стекло, которое избавит от света

Электрохромными стеклами занимались также в дубнинском НИИПА, но совместно с мордовским и ульяновским центрами нанотехнологий, входящими в сеть ОАО «РОСНАНО». Теперь же это направление — один из стартапов технологической компании Comberry, занятой в области фотовольтаики, силовой электроники и «умных» покрытий. И хотя стеклами-«хамелеонами» в России занимаются и в Московском университете — в совместном проекте нескольких факультетов, дубнинские ученые ООО «СмартЭлектроГласс» не концентрируются на одной технологии и предлагают сразу несколько вариантов светопрозрачных конструкций и стекол, способных к регулируемому затемнению и осветлению с помощью малого тока. Речь идет и о композитах из сплавов стекла и различных химических материалов, и об электрохромных пленках, которые можно наклеивать на вторичные стекла, но в любом случае «умные» стекла можно будет применять и для межофисных перегородок, и для полного остекления зданий, и для затемнения автомобильных стекол.

«Электрохромная технология предлагает с помощью приложения небольшой контактной разности потенциалов, до 5 вольт, изменять светопропускаемость оптических устройств», — объяснил Алексей Чувашлев, кандидат химических наук, сотрудник НИИПА и разработчик технологии производства конструкций с управляемым светопропусканием (с ней он стал победителем конкурса У. М. Н.И.К. в 2012 году). Он готов продемонстрировать сразу несколько образцов «умных» стекол — на основе неорганических, органических и более сложных гибридных соединений: «Если это образец, созданный на органической основе, то работает он следующим образом: между двумя стеклами помещается уникальный адгезив, выполняющий скрепляющую функцию устройства и обеспечивающий электропроводность и подвижность ионов. То есть в нем находятся активные вещества, которые при наложении разности потенциалов на стекла, вызывают обратимую электрохимическую реакцию. Один из ее компонентов — окрашивание. Когда мы выключаем напряжение, происходит обратный процесс рекомбинации, и стекло вновь обесцвечивается».

У «органической» технологии есть существенный недостаток: под действием ультрафиолета вся органика буквально «выгорает» за несколько лет. Поэтому Алексей и его коллеги взялись за более стабильные разработки — например, технологию на основе оксидных слоев: «Мы наносим на проводящую поверхность стекла активную пленку: с одной стороны это оксид вольфрама, а с другой — контрэлектрод, и окрашивание происходит благодаря изменению электронной конфигурации пленки и ее взаимодействию с оптическим спектром. Эта технология позволяет регулировать светопропускаемость не только в видимом диапазоне спектра, но и в инфракрасном — а ведь существенная часть солнечного спектра идет как раз в нем, и это значит, что мы можем охлаждать помещения с „умными” стеклами летом, сокращая затраты на кондиционирование».

Есть и разработки на основе соединений оксида алюминия, оксида кремния и оксида хрома, на полиакрилатной и полиуретановой матрице, а также на основе гибридных органическо-неорганических соединений с литий-ионными мембранами (практически все энергетические устройства сегодня работают на литии). По словам Чувашлева, сегодня на продолжение разработок всех этих технологий обещано около 60 миллионов рублей — таков новый цикл финансирования, но ученые, занятые электрохромными стеклами, по-прежнему ждут и инвесторов, и своего крупного индустриального заказчика, под которого они смогли бы доработать одно из направлений до конца. Не исключено, что возможности нового центра нанотехнологий, в который переехало оборудование перспективных стартапов, позволят через несколько лет нам, простым пользователям, остеклять балконы отечественными электрохромными стеклами с гидрофобным покрытием.

Источник: STRF.ru, 17.07.2014