В МИНИСТЕРСТВЕ НАУКИ И ТЕХНОЛОГИЙ РФ

Сегодня мы вас подробно знакомим с критическими технологиями под названием "Новые материалы и химические продукты", которые вошли в федеральную целевую научно-техническую программу на 1996-2000 годы "Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития науки и техники гражданского назначения" см. N 7, 1997.

КРИТИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ "НОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ХИМИЧЕСКИЕ ПРОДУКТЫ"

Технология "Новые материалы и химические продукты" осуществляет разработку, синтез и получение исходных данных для промышленного производства важнейших химических продуктов и материалов с улучшенными потребительскими свойствами в максимально короткие сроки. При этом снижаются затраты на НИОКР, увеличивается экологическая безопасность продукта, технологии и минимизируются затраты на создание и эксплуатацию производства.

I. Материалы для микро- и наноэлектроники: - монокристаллы, пластины и эпитаксиальные структуры кремния, арсенида галлия и других соединений A₃В₅, многослойные гетероэпитаксиальные структуры (в том числе квантово-размерные) на основе твердых растворов соединений А₃В₅, А₂В₆ и твердых растворов германий-кремний;

• - монокристаллы и пленочные композиции на основе алмаза и карбида кремния;
• - тонкопленочные полупроводниковые структуры для сенсоров;
• - материалы для фото-, электроно-, рентгенорезисторов, а также для защиты и герметизации интегральных схем;
• - металлические мишени для напыления проводящих пленок;
• - особо чистые исходные материалы, химические реактивы и контейнерные материалы, используемые в соответствующих технологических процессах.

Материалы для микроэлектроники используются при создании современной электронно-вычислительной техники, систем передачи электроэнергии на большие расстояния, систем управления точными технологическими процессами (электролиз и т.д.) и телекоммуникаций (волоконно-оптические линии, спутниковая связь, телевидение высокого разрешения), современной бытовой электронной аппаратуры, тепловизионных систем народнохозяйственного и оборонного назначения, высокочувствительной аппаратуры для мониторинга окружающей среды и контроля радиационной безопасности.

II. Композиты:

• - полимерные композиционные материалы (КМ) - новые виды волокон и частиц, материалов с использованием этих волокон);
• - металлические КМ, в том числе металлополимерные и дисперсно-упрочненные на основе алюминиевых и других сплавов;
• - керамические и базальтовые КМ, космические конструкционные материалы, в том числе углерод-углеродные.

Технология создания и производства композитов разрабатывается в интересах авиакосмической промышленности, судостроения, электронной техники, энергетики, электротехнической и радиотехнической промышленности, транспорта, строительства, медицины. Использование КМ позволяет создать современную конкурентоспособную технику нового поколения.

III. Полимеры: - прогрессивные конструкционные полимерные материалы (сверхпрочные, термостойкие, смеси и сплавы пластмасс); - модифицированные крупнотоннажные полимеры; - функциональные полимерные материалы с оптическими свойствами (искусственный хрусталик, линзы, призмы, дифракционные решетки).

Полимерные материалы имеют широкий спектр применения в космической и электронной технике, строительстве (полимеры, армированные нетканным полотном, для изготовления дешевой и легкой кровли), здравоохранении (материалы для искусственного хрусталика глаза с изменяющимися спектральными характеристиками) и пищевой промышленности (полимеры функционального назначения - мембраны для повышения срока годности пищевых продуктов путем создания упаковки с регулируемой газовой средой).

IV. Керамические материалы и нанокерамика:

• - высококачественные ультра- и нанодисперсные порошки для производства оксидной и бескислородной керамики со стабильным химическим, фазовым и гранулометрическим составом;
• - новые виды армирующих элементов (нитевидных кристаллов, волокон, микросфер, дисперсных частиц);
• - высокопрочные термостойкие композиционные материалы: нанокерамические, на основе тугоплавких соединений нитридов, карбидов, оксидов и высокопроизводительные экологически чистые технологии их получения;
• - научные основы проектирования специализированного технологического оборудования с автоматизированной системой управления и контроля качества керамических материалов, изделий и производства.

Основные области применения - машиностроение, космическая, инструментальная промышленность (теплонапряженные элементы двигателей, износостойкие пары трения, фильтры, сопла, бандажи, нитеводители, тигли, контейнеры для плавления особо чистых веществ, термопарные чехлы, лезвийный, штамповый, измерительный и абразивный инструмент); химическая промышленность (каталитические нейтрализаторы и сажевые фильтры ДВС, фильтры и мембраны для очистки и разделения различных сред, химически стойкие детали насосов и запорной арматуры); электротехника (металлокерамические вакуумплотные узлы и электроизоляторы, источники питания на основе твердых электролитов - ZrO₂, конденсаторы, пьезоэлементы, резисторы); медицина (биоимплантаты); военная техника и средства индивидуальной защиты.

V. Материалы и сплавы со специальными свойствами:

• - магнито-мягкие аморфные, нанокристаллические, микрокристаллические сплавы (включая электротехнические стали, магнитострикционные сплавы на основе железа);
• - магнито-твердые деформируемые сплавы, сплавы с заданными физическими свойствами;
• - износостойкие и теплостойкие порошковые сплавы. Эти материалы применяются практически во всех видах современных изделий космической техники, электромашиностроения, в металлургии, машиностроении, трансформаторо- и приборостроении, электронной, телевизионной, бытовой и медицинской технике.

VI. Сверхтвердые материалы:

• - синтез исходных фуллеренов;
• - разработка аппаратов для создания высоких гидростатических давлений и прессовое оборудование;
• - определение условий синтеза сверхтвердых и ультратвердых материалов и их оптимизация;
• - исследование физико-механических и химических свойств синтезируемых материалов в зависимости от условий получения;
• - установление эксплуатационных характеристик новых материалов и областей их эффективного применения;
• - организация опытно-промышленного и серийного производства сверхтвердых и ультратвердых материалов из фуллеренов.

Фуллерены применяются в изготовлении инструментов для обрабатывающей промышленности и буровой техники, в создании лезвийных инструментов для металлообработки, в качестве конструкционных материалов для ракетно-космической техники, в микроэлектронике сверхтвердых образцов, обладающих полупроводниковыми свойствами и низкой теплоемкостью.

VII. Биосовместимые материалы:

• - материалы с улучшенными и заданными медико-техническими свойствами (с мозаичной гидрофильно-гидрофобной поверхностью, имитирующей на субмолекулярном уровне структуру нативной ткани организма; углеродные и фторсодержащие покрытия; спирторастворимые материалы; термочувствительные материалы; экологически чистые биодеградируемые материалы бактериального происхождения; оптически прозрачные материалы для офтальмологии);
• - гибридные материалы с использованием биологических структур (молекула, клетка).

Область применения - здравоохранение (общая и сердечно-сосудистая хирургия, терапия, биотехнология, офтальмология, стоматология, ортопедия), пищевая и нефтехимическая промышленность.

VIII. Катализаторы: - гетерогенные и гомогенные катализаторы, биокатализаторы (в зависимости от технологии с целью максимального повышения эффективности конкретного каталитического процесса).

Использование катализаторов нацелено на ресурсо- и энергосбережение во всех подотраслях химической, нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности, энергетике, транспорте, фармацевтической, пищевой и других отраслях, обеспечивает сокращение расхода сырья, электричества, тепла и энергоносителей в основных и вспомогательных производствах, а также кардинальное улучшение их экологических показателей.

Новые поколения катализаторов и новейшие высокоэффективные технологии на основе каталитических процессов применяются в нефтепереработке и нефтехимии, в химической промышленности - в производстве полупродуктов и мономеров для основного и тонкого органического синтеза, для получения крупнотоннажных химических продуктов и удобрений, полимерных материалов; в фармацевтической промышленности - для получения лекарств, витаминов, средств защиты растений и других биологически активных веществ; в природоохранной деятельности - для очистки газообразных и жидких выбросов промышленности, энергетики, транспорта; в новейших технологиях для энергетики, связанных с экологически чистыми и автономными энергосистемами и освоением нетрадиционных и возобновляемых энергоресурсов.

IX. Мембраны.

Технология разделения жидких и газообразных сред на полупроницаемых тонких пленках - мембранах - имеет несколько основных направлений. В зависимости от размеров разделяемых частиц и движущей силы разделения различаются группы мембранных процессов: микрофильтрация, ультрафильтрация, нанофильтрация, обратный осмос, газоразделение, электродиализ, гемодиализ, диализ, первопарация.

Области применения:

• - обработка и очистка воды (обессоливание, получение сверхчистой воды для электронной промышленности, водоподготовка в энергетике, бытовые водоочистители, очистка и регенерация промышленных и бытовых стоков);
• - газоразделение (выделение углекислого газа при добыче природного и нефтяного газов, обогащение воздуха кислородом для медицинских и производственных целей, создание нейтральных сред на основе воздуха с повышенным содержанием азота, извлечение водорода из технологических газовых смесей, создание регулируемой газовой среды для хранения сельскохозяйственной продукции);
• - химическая промышленность (производство хлора и каустика, концентрирование химикатов, регенерация или очистка растворителей, моющих растворов и масел, выделение металлов и т.п.);
• - пищевая промышленность (производство молочных продуктов, вина, фруктовых и овощных соков, пива, сахара, кофе, извлечение белков и лактозы из молочной сыворотки, стерилизация, концентрирование, осветление, обессоливание);
• - биотехнология и медицина (стерилизация растворов медицинских препаратов и физиологических растворов, сбор клеточных культур, генная инженерия, очистка и концентрирование биологически активных веществ и лекарственных препаратов, гемодиализ, оксигенация крови и др.).

X. Дизайн химических продуктов и материалов с заданными cвойствами:

• - формирование банков данных известных структур и свойств выбранных классов химических продуктов и материалов;
• - конструирование молекулярных и супрамолекулярных структур, компьютерное создание структур с заданными свойствами с использованием принципа "структура - свойства" или моделирование молекулярного узнавания;
• - разработка и оптимизация процесса синтеза и технологических принципов организации производства.

Дизайн применяется в производстве:

• - жизненно важных лекарств и средств диагностики, экологически безопасных средств защиты животных и растений;
• - заказных реактивов и особо чистых продуктов и материалов нового поколения для опто- и микроэлектроники, биоинженерии, лазерной техники, средств отображения и передачи информации; оптически прозрачных, тепло- и электропроводящих, химически- и терморадиационностойких полимеров, энергохромных материалов;
• - химикатов-добавок новых поколений для придания материалам и изделиям износостойкости, химической, термической, световой, магнитной, радиационной устойчивости, повышения качества и снижения затрат при производстве масел и смазок;
• - резинотехнических, пластмассовых изделий;
• - в текстильной промышленности при создании новых композиционных, керамических и пожароустойчивых материалов;
• - в строительстве при создании новых вяжущих систем, специальных бетонов и растворов, гидроизоляционных материалов, клеев и герметиков;
• - для создания новых поколений люминофоров, красителей, средств очистки воды, пищевых добавок, обеспечивающих повышение питательных, вкусовых качеств продуктов питания, снижение затрат на их производство и получение.

Республиканский исследовательский научно-консультативный центр экспертизы Госкомитета РФ по науке и технологиям (РИНКЦЭ)
http://www.extech.msk.su

Химический факультет МГУ