«Умные» материалы для медицины, космоса и электроники станут еще умнее
Ткань с интеллектом, биосовместимые покрытия для имплантатов, композиты для сверхчувствительных сенсоров и 3D-эндопротезы – это всё уже реально существующие материалы, которые разрабатывают в российских университетах, ставших участниками программы «Приоритет 2030». Благодаря государственной поддержке и грантам эти исследования шагнут еще дальше. Ученые из вузов программы рассказали, какими новыми свойствами будут обладать «умные» материалы.
Томский государственный университет направит часть гранта на создание к 2023 году материаловедческого центра разработки новых технологий получения материалов для медицины и оборонной промышленности.
«Новые имплантационные материалы будут способны выдерживать знакопеременные физиологические нагрузки со стороны биологических тканей в интервале 6 % обратимых деформаций. Это симметричные циклические деформации на имплантат со стороны биологических тканей, в частности при дыхании. Например, имплантаты для замещения фрагментов или целых рёбер. По конфигурации они будут полностью соответствовать восполняемым дефектам и выполнять функции утраченных органов», – объяснила Екатерина Марченко, заведующая лабораторией медицинских сплавов и имплантатов с памятью формы ТГУ.
Работа центра также предполагает создание разнообразных материалов, в частности, легких металломатричных композитов на основе алюминия и магния для авиакосмической промышленности, керамических материалов и композитов с аномальными свойствами – сверхнизким коэффициентом трения и высокой твердостью, основная область использования которых – специальная техника, судостроение и космос.
Еще одно направление работы нового материаловедческого центра – это разработка технологий получения материалов высокой чистоты. Она позволит повысить выносливость имплантатов в 3 раза. С использованием моделирования будут разработаны технологии получения гиперупругих 3D-эндопротезов из титановых сплавов, которые сократят процесс изготовления индивидуального имплантата до 2 часов.
В Саратовском национальном исследовательском государственном университете имени Н. Г. Чернышевского займутся разработкой наноматериалов для гибкой и сенсорной электроники.
«В рамках программы „Приоритет 2030“ в СГУ имени Н. Г. Чернышевского будет разработана технология формирования гибридных наноструктурных материалов, основу которых составят однослойные углеродные нанотрубки и моно-/слоистые графеновые листы, располагающиеся на подложке из диоксида кремния, – рассказал проректор по научной работе и цифровому развитию СГУ Алексей Короновский. – Синтезируемые наноматериалы составят основу при конструировании гибких прозрачных экранов, медицинских датчиков, газовых сенсоров и автоэмиссионных катодов плоских радиационностойких электронных устройств. Новый гибридный наноматериал будет демонстрировать наибольшую твердость, электропроводность и плотность для подобных углеродных наноструктур».
Ученые Санкт-Петербургского государственного университета промышленных технологий и дизайна продолжат активно изучать нанотехнологические процессы отделки тканей. В СПбГУПТД уже созданы инновационные материалы с самоочищающейся поверхностью.
Доцент кафедры химических технологий им. проф. А. А. Хархарова СПбГУПТД Наталья Дащенко считает: «Они, безусловно, представляют интерес для дальнейшей разработки и создания на их основе инновационного текстиля и изделий с новыми, в ряде случаев уникальными, свойствами, полезными для потребителей <…>. Новые виды „умных“ тканей, безусловно, найдут применение как для специальных целей, так и в бытовой сфере».
Санкт-Петербургский вуз – участник программы «Приоритет 2030» – будет реализовывать направления «Цифровой промышленный дизайн», «Композиционные материалы», «„Умные“ одежда и ткани».
В Университете ИТМО основное внимание будет уделено совершенствованию композитных материалов для сверхчувствительных сенсоров, а также расширению области применения уникальных гибридных перовскитов в оптоэлектронике и «зеленой» энергетике.
Благодаря финансированию по программе «Приоритет 2030» в вузе будет создано 5 М-платформ – специальных экосистем для развития сотрудничества с индустриальными партнерами и институтами развития.
Как уточняет Алексей Слобожанюк, координатор стратегического проекта «Научно-технологический прорыв», декан инженерно-исследовательского факультета ИТМО: «Несколько М-платформ и фронтирных лабораторий будут использовать новые композитные материалы, в том числе двумерные, которые будут применяться при создании сверхчувствительных сенсоров для перехода к высокотехнологичному здравоохранению. Отдельный акцент – на реализации „зеленых“ технологий и экологичных проектов. Так, одно из перспективных направлений исследований научных групп ИТМО связано с использованием прорывных материалов – перовскитов, которые могут существенно упростить разработку устройств альтернативной энергетики, при этом сохранят или даже смогут превзойти существующие аналоги по эффективности».