Направленный синтез: как ферритовые наночастицы стали драйвером российской промышленности

В лабораториях ученые все чаще делают открытия, которые некоторое время назад могли бы показаться научной фантастикой. Исследователи применяют ферримагнитные соединения в самых разных сферах, от СВЧ-радиоэлектроники до водородной энергетики. Об этом мы уже рассказывали в материале «Ферриты — фавориты». В продолжении темы предлагаем узнать, как используют эти соединения в радиолокации и в биотехнологиях.

Потомственный химик, кандидат химических наук Кирилл Мартинсон — лауреат премии Президента РФ в области науки и инноваций для молодых ученых. Старший научный сотрудник лаборатории материалов и процессов водородной энергетики Физико-технического института имени А. Ф. Иоффе РАН сегодня ведет исследования сразу по нескольким направлениям работы с ферритами. Советник директора Научно-исследовательского института прикладного материаловедения АО «Концерн ВКО „Алмаз-Антей“» рассказал Наука.рф о подготовке к запуску центра по ферритовым, керамическим и композитным материалам.

— Кирилл, почему именно наука стала Вашим призванием?

 — На это повлияли два ключевых фактора. Во-первых, это семья, еще в раннем детстве я оказался в химической лаборатории. Мой дедушка Игорь Георгиевич — кандидат химических наук, бабушка Лидия Назаровна — тоже химик, как и мой троюродный брат. Поэтому вопрос выбора профессии передо мной, собственно, и не стоял. Во-вторых, уже на втором-третьем курсе, серьезно взявшись за химию, я понял, что мне не просто нравится эта сфера, а интересно еще и открывать новое, заниматься наукой. Определенное влияние оказало и то, что в детстве я читал много научной фантастики: Стругацких, Лема, Хайнлайна и Азимова. Конечно, тогда мое восприятие науки было детским, но желание стать частью большого процесса познания и внести свой вклад в создание новых технологий появилось как раз в то время.

— Во время обучения в аспирантуре как Вы развивали компетенции исследователя?

 — Здесь очень важен вклад в твое развитие научного руководителя и коллектива кафедры, именно они помогают аспиранту делать первые шаги в науке. Моей научной специальностью в вузе была физическая химия и химия твердого тела. А первым научным руководителем и руководителем при защите кандидатской диссертации — Вадим Игоревич Попков, вторым — Игорь Борисович Пантелеев. Они не просто научили и помогли освоить методологическую базу исследования, но и стимулировали мой интерес к научной деятельности. Не менее важную роль сыграло знакомство с директором Научно-исследовательского института прикладного материаловедения АО «Концерн ВКО „Алмаз-Антей“» Любовью Александровной Нефедовой, которая была одним из моих преподавателей на третьем курсе института и в дальнейшем помогла внедрить лабораторную технологию в промышленный контур. Если бы не было этой синергии между мной и моими наставниками, то даже самое пламенное стремление к исследовательской работе мне не удалось бы реализовать.

– Над какими проектами работает Ваша научная группа?

 — Обобщая, можно сказать, что мы занимаемся функциональными материалами: сложными активными системами и композитами. По сути, мы синтезируем новые материалы, занимаемся тонкой настройкой их состава, структуры и, как следствие, свойств. А затем ищем различные области прикладного применения, где эти материалы могут быть полезны. Это может быть СВЧ-радиоэлектроника, водородная энергетика, катализ, биотехнологии, фармацевтическая область. Кстати, вместе с моим теперь уже коллегой Вадимом Попковым мы получили премию Президента РФ в области науки и инноваций для молодых ученых за исследования по направлению СВЧ-радиоэлектроники.

— Вы имеете в виду разработку на основе ферритов?

 — Да, мы разработали новый способ синтеза СВЧ-ферритовой керамики, который ускоряет и удешевляет производство, расширяет возможности контроля параметров как на стадии создания предкерамического ферритного порошка, так и на стадии получения керамики. Мы с Вадимом были первыми, кто получил метастабильную гексагональную модификацию ортоферритов тербия (Tb) и гольмия (Ho) в объемном порошковом виде.

— А какую морфологическую форму получали до вашего открытия?

 — Ранее удавалось синтезировать только тонкие пленочные образцы. В результате нам удалось улучшить конечные характеристики изделий, например, фазовращателей. Это одно из перспективных направлений для технологий двойного назначения. Премию нам вручили за модификацию метода растворного горения — термическую обработку рентгеноаморфных продуктов горения. Дополнительная стадия синтеза создает условия для получения материалов, которые ранее было сложно синтезировать. Вообще у нас с Вадимом Попковым много общих проектов, но ферриты — одно из основных направлений, мы занимаемся этой темой уже около восьми лет, еще со времени моего обучения в аспирантуре.

— Какие возможности открыло для Вас получение премии Президента РФ?

 — Разумеется, денежное вознаграждение — приятный момент, но еще больше меня вдохновил новый статус и обретение новых контактов. Это расширяет сам диапазон возможностей, например, установилась коммуникация с представителями промышленности. Тебя воспринимают уже не просто как человека с какими-то идеями, но как ученого, способного успешно реализовать и внедрить свои разработки.

— Над какими еще научными проектами Вы работаете?

— Продолжая тему ферритов, отмечу направление по радиопоглощающим композитным материалам. Ферриты уникальны тем, что могут использоваться, например, в радиолокации. С их помощью можно «видеть» или «скрывать» объекты, здесь мы говорим о радиопоглощении и радиоотражении. Мы также активно работаем над полимерными композитными материалами с добавлением ферритовых наночастиц для снижения радиозаметности различных объектов. И третье направление – биокомплексы, а именно — феррит-хитозан с достаточно широкой сферой применения. Это катализ, фотокатализ и пищевая промышленность.

— Расскажите, пожалуйста, о Ваших исследованиях, связанных с феррит-хитозаном.

— Мы получаем хитозан не из традиционного хитинового сырья (ракообразных), а из грибов. У нас хитозан выступает в качестве полимерной матрицы, в которую мы вводим наночастицы ферритов. Такой направленный синтез наноструктур позволяет регулировать различные функциональные характеристики, например, магнитные. Подобный контроль расширяет спектр применения материалов и, помимо ферритов, легко адаптируется также к другим оксидным системам.

— Какое научное оборудование Вы используете в процессе работы?

— Мы используем классические физико-химические методы характеризации, начиная от порошковой рентгеновской дифрактометрии, сканирующей электронной микроскопии и заканчивая брауновской спектроскопией, вибрационным магнитометром для получения магнитных характеристик. Наше физико-химическое оборудование для лаборатории материалов и процессов водородной энергетики закупает ФТИ им. А. Ф. Иоффе РАН, а для Научно-исследовательского института прикладного материаловедения — АО «Концерн ВКО „Алмаз-Антей“». В принципе, у нас стандартное оборудование, необходимое для цепочки «состав — структура — магнитные, электромагнитные и каталитические свойства». Хотя, например, есть и каталитические установки, которые мы собирали сами.

— Сервис «НАША ЛАБА» упрощает процесс поиска и подбора оборудования и расходных материалов?

 — Считаю, что этот сервис значительно облегчает эти задачи. Если еще пять лет назад с поиском возникали сложности, а представленное там оборудование было в основном испытательное, то сейчас в этом реестре можно найти практически все. И отечественных решений становится с каждым годом все больше. Напомню, что проект курирует Координационный совет по делам молодежи в научной и образовательной сферах Совета при Президенте РФ по науке и образованию.

— А Вы оценивали потенциал Ваших исследований для реального сектора экономики?

 — Наш проект по радиоэлектронике родился из диалога с нашими партнерами. Не могу не отметить важную роль генерального директора АО «Научно-производственное объединение „Северо-Западный региональный центр Концерна ВКО „Алмаз-Антей“ — Обуховский завод» Михаила Львовича Подвязникова и генерального директора ООО «Новые технологии и материалы» Александра Геннадьевича Карпенко. На всех этапах проекта они оказывали огромную поддержку, предоставили возможность использовать их промышленные площадки. Кроме того, наши партнеры назвали номенклатуру изделий, на которые был спрос, и мы постарались наши наработки, теоретическую и экспериментальную базу использовать для того, чтобы закрыть потребности этого сектора рынка. То же самое с радиопоглощающими покрытиями, мы создавали материалы, которые «не уйдут в стол», а будут нужны на производстве. Думаю, если ученый ведет прикладные, а не фундаментальные исследования, он должен четко понимать, где это можно внедрить.

— Какие направления Вы определяете как стратегически важные для дальнейшего развития?

 — В прошлом году было принято решение о создании центра по ферритовым, керамическим и композитным материалам на базе НПО «Северо-Западный региональный центр Концерна ВКО „Алмаз-Антей“ — Обуховский завод». Это стало возможным благодаря генеральному директору концерна — Яну Валентиновичу Новикову. Соответственно, сейчас основное направление работы нашей научной команды — это подготовка и запуск этого центра. Разработанную и апробированную на ферритах технологию мы планируем распространить на радиопоглощающие композиционные материалы, биодобавки (пищевую промышленность, фармацевтику), конструкционную керамику и ее элементы.

— На Ваш взгляд, почему молодым людям сегодня стоит выбирать научные специальности?

– Мне кажется, что со времен подъема науки в СССР в 60-х годах, государство не поддерживало ученых так, как сейчас. И эта тенденция обозначилась с начала 2000-х годов. Правительство понимает, что это перспективно, потому что без инженеров, без научных сотрудников не будет производства и технологий. А это краеугольный камень любого сильного государства, которое стремится к развитию и лидерству на внешней политической арене.

— Какими возможностями поддержки для молодых ученых Вам удалось воспользоваться?

 — Я очень хорошо помню свои первые гранты от Фонда содействия инновациям, когда мне удалось выиграть конкурс «Умник». Грант составлял на тот момент полмиллиона рублей. Тогда для меня, магистра, эти полмиллиона дали понимание того, что мои знания могут приносить реальные деньги. Такие победы, конечно, мотивируют продолжать заниматься наукой дальше. У Российского научного фонда есть целая линейка молодежных грантов, как раз рассчитанная на людей, которые делают только первые шаги в научной деятельности. И когда я выиграл первый грант Российского фонда фундаментальных исследований, еще учась в аспирантуре, меня это, конечно, тоже очень вдохновило.

— Как Вы считаете, что может мотивировать молодых ученых к развитию?

 — Думаю, что любой человек рано или поздно задается вопросом: «А зачем я живу?» И в этом отношении наука сама по себе дает ответ на вопрос о смысле жизни, потому что, если человек открывает что-то новое, приносит новое знание в мир, пускай даже крупицу этого нового знания, он фактически решает, наверное, основную задачу человеческой цивилизации — выживание. А выживание без развития технологий, без разработки новых материалов, новых продуктов просто невозможно. Хотя, конечно, смысл жизни человека состоит не только в этом. Семья тоже очень важна. Но именно ответ на вопрос «Что хорошего и полезного я приношу в этот мир?» — вселяет уверенность в себя, приносит человеку чувство удовлетворения.

— Кирилл, а как Вы проводите свое свободное время?

 — Наука настолько многогранна, что может забирать все свободное и несвободное время, но, разумеется, есть и другие занятия. Безусловно, это чтение книг, например, научной фантастики. У меня, кстати, есть любимая цитата из романа Роберта Хайнлайна «Луна — суровая хозяйка»: «дарзанебы», то есть «дармовой закуски не бывает». Меня эта фраза мотивирует к развитию. Есть схожее по смыслу распространенное английское выражение, которое в русском переводе звучит как «бесплатный сыр только в мышеловке». Еще люблю большой теннис, хотя не так часто удается в него играть, но я стараюсь время от времени. И важный аспект — общение с друзьями и родными, потому что человек — существо биосоциальное.

Беседовала Светлана Минеева