Александр Пак никогда не собирался становиться ученым. Во всем виновата его соседка по парте. Она позвала студента энергетического факультета за компанию на практику в лабораторию, а теперь — научно-исследовательский центр «Экоэнергетика» инженерной школы энергетики Томского политеха. И вот уже семь лет он по 8-10 часов каждый день работает с самыми разными реактивами и образцами материалов и решает проблемы мировой энергетики.
Контринтуитивно 🙂
Молодой ученый запатентовал способ получения карбида кремния. Еще его можно назвать сверхтвердой керамикой. Ставить эксперименты именно с этим веществом он начал не случайно. Материалы для опытов с кремнием проще всего найти. Они лежат у нас под ногами: это песок и зола.
Мы любим научпоп. Послушайте про это изобретение в нашем подкасте:
«В мире всем физикам и химикам интуитивно понятно, что воздействие высоких температур на кремний в итоге в воздушной среде дает оксид кремния. Мы решили пойти, как говорят ученые, контринтуитивно. Когда провели наши первые эксперименты, то поняли, что при определенных условиях вместо оксида можно получить карбид», — объясняет Александр.
Обычно карбид кремния получают в вакуумных установках. Из них откачивают воздух, а потом закачивают аргон, гелий или иной инертный газ. Для производства в таком случае нужен вакуумный насос, вакуумная камера, несколько специалистов, контроллеры расхода, шланги, большие расходы электроэнергии и так далее.
Команда ученого обработала золу плазмой дугового разряда самого обычного сварочного аппарата. Оказалось, при определенных параметрах дугового разряда возникает «облачко» газа, которое не позволяет кислороду попадать в зону, где происходит процесс. В итоге исследователям понадобилось много труда, любопытных студентов и 50 тысяч рублей для сбора экспериментальной установки в минимальной комплектации. С помощью плазмы на открытом воздухе в ней изготавливается карбид кремния. Точную сумму, которая нужна для производства и обслуживания вакуумных установок, ученый назвать не смог, однако все равно очевидно, что уникальный прибор томских ученых сделает производство карбида кремния в разы дешевле.
Теоретически справиться с установкой может школьник. В автоматическом режиме нужно всего лишь насыпать золы в графитовую банку, поставить в прибор и нажать кнопку «пуск». Но экспериментальный образец постоянно требует дополнительных настроек, поэтому к нему допускают только ученых и студентов.
Могут ли отходы приносить пользу
Всего в команде Александра Пака 20 человек. Помимо студентов, аспирантов и магистрантов разных факультетов есть даже несколько школьников. Трое из них учатся в лицее при ТПУ, одна девушка — в школе «Перспектива». Их пока допускают только к анализу данных.
Одна из проблем мировой науки сейчас – сделать отходы вместо бесполезного балласта возобновляемым ресурсом. Ее тоже успешно решает Александр Пак своим изобретением. Ведь зола с ТЭЦ, которую используют для получения карбида кремния, может стать источником дохода. Сейчас же приходится оплачивать ее утилизацию.
Александр убежден: не каждому нужно становиться ученым.
«Наша лаборатория открыта для любого человека, который приходит к нам за знаниями. Мы даем шанс каждому. Дальше он либо уйдет сам, если поймет, что ему неинтересно, либо поменяет приоритеты и останется. Не существует специфических признаков, по которым сразу можно определить: этот человек точно станет ученым», — считает молодой исследователь.
Керамический нож из обычной золы
Карбид кремния — сверхтвердый и тугоплавкий материал. «Чистые» образцы такой керамики применяют в ракетной технике и бронежилетах. Пока томские исследователи не достигли такого уровня, но работают в этом направлении.
Но даже в неочищенном виде у материала довольно широкая сфера применения. В основном это режущие инструменты. Для кухонных ножей материал тоже недостаточно чист, но вот для инструментов на различных заводах точно подойдет. Тем более что такой «нож» можно нагреть до 1000 градусов, а он при этом не повредится. Пока исследователи не нашли предприятий, которым была бы нужна их керамика из золы.
«Не скажу, будет ли нож из карбида кремния дешевле, но точно острее и тверже металлического», — поясняет Александр.
Дальше-то что
Запатентованная технология получения карбида кремния и установка для его изготовления дают команде Александра Пака находиться на острие науки в своих поисках. Сейчас во всем мире ученые пытаются синтезировать уникальные материалы, которые раньше не существовали. К таким материалам можно отнести высокоэнтропийные карбиды. Они обладают непредсказуемыми свойствами. Высокоэнтропийными их называют из-за того, что в их кристаллической решетке оказываются атомы разных размеров, и под микроскопом решетка выглядит «покореженной».
Первый опыт уже был. Высокоэнтропийный карбид синтезировали из титана, циркония, ниобия, гафния, тантала, а также углерода.
«Это большая редкость и удача для нас — синтезировать материал, который был открыт совсем недавно, и сделать это собственным методом на создаваемых в нашей научной группе дуговых реакторах. Мы планируем оптимизировать процесс синтеза для получения более чистого материала без примесей, снизить энергоемкость, а также исследовать свойства материала и синтезировать высокоэнтропийные карбиды другого химического состава», — говорит Александр.
