Новости

28 июня, 2017 13:24

Напечатать будущее

Фото Юлии Поздняковой
О трудностях и успехах рассказал заведующий лабораторией физики и технологии трехмерных наноструктурдоктор физико-математических наук, профессор Виктор Яковлевич Принц. 
 
О печати в России
 
 — В сфере 2D и 3D печати Россия сегодня отстает на 10 —15 лет, и в будущем это непременно скажется на состоянии экономики. Мы хорошо знаем как сильно изменила нашу жизнь полупроводниковая микро- и нанотехнология. 60 лет микроэлектроники дали компьютеры, телевизоры, мобильные телефоны, интернет, навигаторы, флэш-память, ноутбуки и так далее. Наноэлектроника позволяет формировать десятки миллиардов транзисторов  на одном чипе. Уже в ближайшие десятилетия ожидается цифровая промышленная революция, смена технологического уклада. Цифровые микро- и нанотехнологии  развиваются очень быстро. Известны уже прототипы новых материалов, с полезными свойствами, не встречающимися в природе, уникальные дифракционные и фокусирующие элементы  микро-нанооптики, сформированные на срезе световодов, массивы различных 3D сенсоров на чипе, гибкая электроника, микро- нанороботы и многое другое. Нам необходимо интенсивно развивать наши возможности.
 
Что касается цифровой 3D-печати, называемой также аддитивной технологией, то она позволяет слой за слоем формировать любые сложные трехмерные формы, согласно компьютерной модели. Технологии 3D печати являются быстро развивающимися движущими составляющими цифровой промышленной революции. В настоящий момент эти технологии, находится в стадии развития, то есть их не всегда можно использовать для создания объектов в промышленных масштабах, хотя уже сегодня некоторые компании производят с их помощью, например, детали для самолетов. Ученым 3D-печать дает возможность быстрого прототипирования: до мелочей проработать нужный объект и посмотреть, как он будет выглядеть в реальности. Для этого можно использовать самые разные материалы, — металл, керамику, диэлектрики, полимеры, — притом производство будет безотходным.
 
Все это развивается столь быстрыми темпами, что, по прогнозам, влияние технологии 3D-печати на мировой ВВП может к 2025 году достичь $550 млрд. Россия планирует занять 2 % этого рынка — очень небольшая цифра, но даже этот показатель, по-видимому, недостижим. Сегодня у нашей лаборатории практически нет конкурентов в стране: мы взяли на себя задачу разработать новые методы, которые позволили бы с помощью технологии 2D и 3D-печати массово делать уникальные структуры, материалы, приборы для нанофотоники, микрооптики, микро-наноэлектроники,  например, метаматериалы — искусственные материалы, свойства которых (акустические, электромагнитные, механические, сейсмические и другие) намеренно конструируются на микро- и наноуровне. Разработанные нами ранее технологии формирования трехмерных структур и приборов хорошо стыкуются с технологиями 3D печати — при этом создается синергетический эффект.
 
О Российском научном фонде
 
 — Российский научный фонд сделал шаг в нужном направлении — он увидел, что технологии 2D  и 3D печати, которые так популярны в мире, совершенно не развиты в России, и создал специальные гранты, по которым сегодня работает и наша лаборатория. Это два проекта, один из них посвящен 2D  печати (печатные технологии получения материалов и электронных устройств на основе графена под руководством доктора физико-математических наук Ирины Вениаминовны Антоновой), а другой — 3D печати (разработка аддитивных технологий, то есть технологий послойного синтеза для создания элементной базы фотоники и микроэлектроники, которой руковожу я).
 
Мы взялись за эту работу два с половиной года назад. Как и другие проекты, финансируемые Фондом, наши были амбициозными, тяжелыми, но интересными — это вызов, требующий проявить творчество, чтобы не только догонять, но формировать свои собственные направления и технологии. Финансирование каждого проекта 5 милионов рублей в год на 10 участников проекта. По сравнению с другими грантами это большие деньги, позволяющие нам покупать оборудование, которого остро не хватает. В первый год мы купили 2D-принтер за 4 миллиона, а в прошлом — 3D-нанопринтера, который будем собирать сами. Значительные средства расходуются на приобретение материалов. Важно также  то, что финансирование РНФ позволяет не заниматься постоянным поиском мелких грантов, а работать над основной задачей.
 
Другое преимущество поддержки РНФ заключается в том, что одно из условий — участие молодежи. Половина работников в обоих наших грантах — аспиранты и младшие научные сотрудники,  и это очень важно, потому что для развития технологий мало поставить установку на стол и научить кого-то нажимать несколько кнопок: нужны высококвалифицированные думающие специалисты, люди, которые любят свое дело, способны разобраться в тонкостях технологических операций и предлагаться свои решения.
 
Третье преимущество грантов РНФ — это стимулирование публикаций в высокорейтинговых журналах, с импакт-фактором 5 и больше.
 
 
О разработках 
 
 — 3D-печать в микро- и нанообласти — это мировая проблема, и она требует новых методов, которые позволят массово создавать не отдельные трехмерные объекты, а их массивы на большой площади. Разработка технологий на стыке с 3D-и 2D-печатью усиливает их возможности — именно этим мы занимаемся у себя в лаборатории: предлагаем новые методы, разрабатываем новые материалы для принтеров. 
 
Направления работы самые разные. Например, наша технология сворачивания, признанная в мире, позволяет формировать нанотрубки — основу наношприцов. Благодаря атомноострым стенкам и тонким краям шприц может проникать в клетку, не разрушая ее — это может быть полезно для разных медицинских и медикобиологических задач. 3D печать формирует дополнительные элементы для системы инъекций.
 
3D-принтеры позволяют печатать любыми веществами, от металла до стекла, и мы дополнительно создаем собственные материалы. Например, добавляем двуокись ванадия, неорганическое соединение, испытывающее фазовый переход: при комнатной температуре оно является полупроводником, но, нагреваясь  до 68 С° градусов, становится металлом. Созданные на его основе композиты заимствуют эти свойства, и поэтому они интересны для практических применений. На базе частиц двуокиси ванадия мы придумали несколько новых устройств для управления электромагнитным излучением, они представляют собой массив искусственных элементов-резонаторовс размерами, малыми по сравнению с длиной волны излучения. Сегодня одним из самых востребованных направлений считаются разработки терагерцовых метаматериалов. ТГц-излучение излучение представляет интерес для медицинской диагностики и визуализации (например, раковых клеток), терагерцовые спектры несут информацию оструктуре сложных биологических комплексов, позволяют идентифицировать биоорганические вещества, взрывчатые вещества в системах безопасности и так далее. Проблема в том, что природные материалы, позволяющие управлять этим излучением, отсутствуют, поэтому мы сами разработали и напечатали их. Микрорезонаторы в них имеют сложную форму — их можно создать только с помощью 3D печати.
 
Мы также занимаемся ростом графена — это направление чрезвычайно важно, хотя в России не развито. Графен и чернила на его основе используются для формирования с помощью 2D- и 3D печати элементов электроники и сенсоров.
 
Мы будем уделять больше внимания не только цифровым микро- и нанотехнологиям, но и гибридным технологиям — объединениям уже разработанных нами достижений. Уже сейчас мы видим сильный синергетический эффект от их использования, и будем работать в этом направлении дальше. 
29 июня, 2022
Ученые СПБГУ переосмыслили свойства органических катализаторов и описали их «магнитное» действие
Российские ученые определили главный фактор, влияющий на активность катионных органических катализ...
29 июня, 2022
Гидробиологи обнаружили новые виды микроракообразных на плато Путорана
Исследователи описали видовой состав ракообразных, населяющих водоемы плато Путорана — уникального...