На «Больших вызовах» – 2025 участники направления «Новые материалы и нанотехнологии» работают над созданием многофункционального защитного покрытия для нержавеющей стали. Оно одновременно обладает противокоррозионным, супергидрофобным и самоочищающимся свойствами. Сталь с такой модификацией поверхности может применяться в судостроении, промышленном оборудовании и строительстве. Проект реализуется под руководством ведущих научных сотрудников Института физической химии и электрохимии им. А. Н. Фрумкина РАН и школьников из разных регионов России.
Проект основывается на идее двухстадийной обработки металла. Сначала поверхность нержавеющей стали проходит лазерную модификацию — это позволяет изменить её структуру на микро- и наноуровне. Затем обработанный металл выдерживается в растворе нетоксичного ингибитора коррозии, благодаря чему формируется наноразмерное защитное покрытие. Такой подход позволяет значительно повысить стойкость металла к коррозии в хлорид-содержащих средах, например, в морской воде.
.jpg)
«Коррозия металлов и сплавов — это серьёзная проблема в различных областях промышленности. По некоторым оценкам, до 20% всего выплавляемого в мире металла ежегодно разрушается именно из-за неё. Для предотвращения экономических потерь — вследствие простоев, дорогостоящего ремонта или замены оборудования, а также экологических — из-за аварий — важно искать надёжные и безопасные способы защиты металлов», — подчёркивает ведущий научный сотрудник ИФХЭ РАН Галина Редькина.
На сегодняшний момент команде уже удалось получить покрытие на стали, которое отталкивает воду. Школьники провели первые тестирования: измеряя контактный угол смачивания поверхности водой, подтвердили ее супергидрофобные — то есть водоотталкивающие — свойства. Для сравнения исследователи провели аналогичные измерения на необработанном металле, и поверхность оказалась с противоположными свойствами — гидрофильной.
Для того чтобы лучше понять структуру и состав обработанной поверхности металла, команда под руководством наставников использует комплексный подход, применяя специальные методы: рентгеновскую дифрактометрию, атомно-силовую и сканирующую электронную микроскопии.
«Наши предварительные данные показывают, что стойкость образцов стали к питтинговой коррозии с супергидрофобным покрытием значительно возрастает. Это значит, что покрытие действительно эффективно и может применяться в реальных условиях», — объясняют разработчики.
Дарья Касьянова из Оренбурга в Сириусе впервые. До этого она разрабатывала собственный проект по созданию нанокомпозита, но, получив возможность выбрать тему уже на программе, решила перейти к работе с металлами.
«До этого я никогда не пробовала проводить лазерную обработку. В Сириусе есть всё необходимое оборудование, и я, наконец, смогла попробовать то, о чём читала и что планировала. Это очень ценный опыт. В будущем я мечтаю стать профессиональным учёным, развиваться в химии и материалах, возможно — сделать что-то действительно полезное. И если будет возможность, я бы хотела продолжить работу по этой теме и дома — уже на базе нашего регионального центра по модели Сириуса», — рассказывает Дарья.
Участница проекта уже освоила измерения контактного угла смачивания, научилась работать на потенциостате и участвовала в приготовлении различных растворов. Впереди — более сложные методы анализа поверхности и участие в финальной защите проекта.
.jpg)
«Всё началось с лекции в МГУ, на химическом факультете. Я тогда училась в седьмом классе и впервые по-настоящему заинтересовалась тем, какие новые материалы можно создавать. Поэтому начала серьезно заниматься химией, очень много училась и смогла пройти отбор на “Большие вызовы” — это уже моя вторая поездка в Сириус. Мне очень нравится, что здесь мы можем действительно заниматься наукой: работать с приборами, делать что-то руками, узнавать новое на практике. В будущем мечтаю стать специалистом в области медицинской химии и работать над изобретениями, которые смогут помогать людям», — говорит Мария Попова из Москвы.
В ближайшие недели команда продолжит тестировать покрытие в условиях, приближенных к реальной морской среде. Это поможет оценить, как долго сохраняются его супергидрофобные свойства и насколько устойчивым к коррозии остаётся материал. Также планируется проанализировать полученный защитный слой с помощью высокоточных микроскопических методов.
Проект не завершится с окончанием программы — он продолжится в лаборатории ИФХЭ РАН, где уже ведутся исследования подобных покрытий на других металлах, таких как алюминий, цинк и углеродистая сталь. Полученные в Сириусе наработки станут частью большой научной работы, которая в будущем может лечь в основу новых решений для промышленности и инфраструктуры.
