Научный азарт

Их появление в рамках национального проекта «Наука и университеты» служит не только достижению технологического суверенитета страны, но и привлечению молодежи в науку. Во главе научного коллектива каждой лаборатории стоит молодой ученый, а трудятся в них аспиранты и магистранты высших учебных заведений республики. Корреспонденты газеты «РБ» побывали в молодежных лабораториях, которые действуют на базе Института проблем сверхпластичности металлов РАН, и узнали, чем занимаются ученые.

Материалы будущего

По указу главы Башкирии Радия Хабирова в октябре 2021 года на базе Евразийского НОЦ были созданы первые шесть молодежных лабораторий. В их числе — лаборатория «Физика и механика углеродных наноматериалов», возглавила ее молодой доктор физико-математических наук, профессор РАН Юлия Баимова. Изначально лаборатория создавалась на три года, но по результатам работы срок продлили еще на пять лет.

— Мы занимаемся математическим моделированием механических и физических свойств новых углеродных материалов, — пояснила заведующая лабораторией. — Экспериментировать с ними сложно и дорого, во многих институтах даже нет соответствующего оборудования. Поэтому мы моделируем условия экспериментов и разрабатываем различные методы для улучшения и дальнейшего применения уже существующих материалов.

Речь идет, в частности, о двумерных материалах, которым прочат большое будущее в электронике. Это материалы толщиной в один атом, обладающие уникальными свойствами и открывающие возможности для создания более компактных и гибких устройств. Самый известный из них — графен, создание которого в 2010 году было отмечено Нобелевской премией по физике. Он до сих пор не производится в промышленных масштабах, производство очень сложное и дорогое, поэтому ученые продолжают поиски аналогов.

— Мы также изучаем пористые углеродные материалы и композиты, их свойства и способы получения, — рассказала Юлия Баимова. — Пористые материалы обладают особой тепло- и электропроводностью, их можно использовать для создания новых устройств памяти, транзисторов, гибких сенсорных экранов. А композиты — это материалы, состоящие из двух разных компонентов. Недавно мы смоделировали способы получения абсолютно нового вида композитов. Экспериментаторы, основываясь на наших результатах, смогут начать синтез нового материала. Дело это не быстрое, мы занимаемся фундаментальной наукой, а от нее до практики довольно большой путь.

В России пока что очень мало подобных теоретиков, поэтому к ученым молодежной лаборатории порой обращаются экспериментаторы из крупнейших научных центров. Например, недавно в Сколково создали новый углеродный материал, а разобраться в том, как формируются его свойства, помогла лаборатория. А экспериментаторы из Объединенного института высоких температур РАН в Москве получили композиты на основе графена и металла с помощью плазменного реактора, и снова не обошлось без теоретической поддержки наших молодых ученых.

— Молодежь сегодня не спешит идти в науку главным образом из-за того, что для них нет достойных ставок в научных институтах, — отмечает Юлия Баимова. — В Институте проблем сверхпластичности металлов, например, аспирантов обычно устраивали на ставку стажера-исследователя, но зарплата там совсем небольшая, а ведь молодые люди в таком возрасте часто уже имеют семью. Одна только наша лаборатория создала десять рабочих мест в науке, мы набрали аспирантов на ставки младших научных сотрудников. К счастью, сегодня молодые ученые имеют возможность получать большую поддержку от республики.

Для молодежных лабораторий была закуплена современная техника и мебель, молодые ученые имеют возможность ездить в командировки и на стажировки, в том числе в другие страны. Аспиранты из лаборатории «Физика и механика углеродных наноматериалов» ездили в Китай, где учились работать на микроскопах совместно с экспериментаторами, а также в Казахстан. Кроме того, двое младших научных сотрудников получили материальную помощь — два миллиона рублей на жилье, благодаря чему смогли купить квартиры в ипотеку.

Соединить несоединяемое

Опыт был признан удачным, и в конце 2023 года Евразийский НОЦ объявил о «второй волне» — создании еще десяти молодежных лабораторий. Одной из них стала также появившаяся на базе Института проблем сверхпластичности металлов РАН для реализации технологического проекта «Цифровые производственные технологии для авиакосмической техники» лаборатория «Современные методы сварки» под руководством молодого ученого — кандидата технических наук Эльвины Галиевой.

— Мы проводим фундаментальные исследования, пытаясь соединить между собой несвариваемые материалы — жаропрочные никелевые сплавы, используемые в авиационной промышленности, — пояснила заведующая лабораторией. — Такие инновационные технологии необходимы для создания биметаллических деталей. В разных частях авиационного двигателя температура и нагрузки могут отличаться между собой, поэтому детали из двух видов сплавов с разной жаропрочностью способны повысить энергоэффективность авиационных двигателей.

Существуют разные методы соединения: сварка плавлением, лазерная, ультразвуковая и другие. Ученые лаборатории изу­чают свойства сплавов и экспериментируют, пытаясь понять, какие из них можно соединить между собой и какие для этого должны быть условия, например, температура и давление.

— Это направление развивается давно, — рассказала Эльвина Галиева. — Научно-техническим заделом при открытии лаборатории стали разработки института, сделанные при моем непосредственном участии. Технические решения этих разработок защищены патентами. Один из этих патентов, «Способ изготовления биметаллического изделия», вошел в десятку лучших российских разработок среди молодых ученых.

В лаборатории «Современные методы сварки» работают как магистранты, так и аспиранты, которые еще студентами приходили в институт делать научную работу. Одна из сотрудниц лаборатории три недели обучалась технологии ультразвуковой сварки в школе перспективных технологий производства Фучжоуского университета в Китае.

— В России в последние десятилетия исследования в области ультразвуковой сварки, в отличие от сварки пластмасс и полимеров, практически отсутствуют, — поделилась впечатлениями от поездки младший научный сотрудник, аспирантка Эльвина Шаяхметова. — В китайском университете мы пробовали работать на их установках, изучали особенности. Обу­чение шло на английском языке. У нас здесь пока есть две установки: одна самосборная, вторая — российского производства, и такой опыт очень пригодится для дальнейшей работы.

Коллектив молодежной лаборатории имеет возможность пользоваться всем оборудованием института, например, микроскопами с высокой разрешающей способностью и установками для механических испытаний, где они сваривают материалы и оценивают прочность полученных соединений.

— Недавно нам впервые удалось получить прочное и качественное соединение — наш первый важный успех. Это такой азарт для молодых ученых! — отметила заведующая лабораторией. — Следующим шагом станет исследование твердофазных соединений при рабочих температурах для оценки их кратковременных механических свойств и жаропрочности, которые соответствуют реальным условиям эксплуатации деталей с такими соединениями из жаропрочных никелевых сплавов.

СПРАВКА

Институт создан решением Совета Министров СССР от 24 октября 1985 года и постановлением Президиума Академии наук СССР от 26 декабря того же года. Институт входит в состав отделения энергетики, машиностроения, механики и процессов управления Российской академии наук. В структуре института пять лабораторий, в том числе одна молодежная, один исследовательский отдел, в составе которого имеется еще одна молодежная лаборатория, три лаборатории с научным оборудованием общего пользования и Инновационный центр с опытным производством. В настоящее время в ИПСМ РАН работает 120 человек, из них 71 исследователь, в том числе 35 молодых ученых в возрасте до 39 лет. Среди исследователей – один академик РАН, десять докторов наук, в том числе один профессор РАН, 36 кандидатов наук.

ИПСМ РАН является одним из ведущих исследовательских центров России в области материаловедения и технологии обработки материалов. Главными целями исследований института являются разработка конструкционных и функциональных материалов с повышенными эксплуатационными и функциональными свойствами путем управления их структурой и разработка инновационных технологий изготовления ответственных изделий из металлов и сплавов для стратегических отраслей промышленности. Здесь проводится весь спектр материаловедческих исследований, начиная от фундаментальных проблем физики конденсированных сред и заканчивая разработкой технологий получения конкретных изделий и небольших партий этих изделий.

Тематика фундаментальных исследований охватывает следующие направления: исследование процессов, происходящих в металлах и сплавах при пластической деформации, сверхпластической штамповке и формовке, твердофазном соединении (сваркой давлением, сваркой трением с перемешиванием, линейной и ротационной сваркой трением, лазерной и ультразвуковой сваркой и т.д.), исследования в области физики и технологии металлических наноматериалов, исследование нелинейных явлений в кристаллических твердых телах, углеродных и других двумерных наноматериалов; разработка новых сплавов (сталей специального назначения, интерметаллидных сплавов на основе алюминия), технологий обработки сплавов на основе алюминия, магния, титана, никеля и др.

Прикладные исследования направлены на разработку промышленных технологий получения объемных и листовых наноструктурных полуфабрикатов из металлов и сплавов, точной объемной сверхпластической штамповки деталей авиационных двигателей и ДВС, сверхпластической раскатки дисков газотурбинных двигателей, интегральных технологий изготовления многослойных ячеистых конструкций методом сверхпластической формовки и твердофазного соединения.