Новые материалы

Создание новых материалов определяет прогресс человеческой цивилизации на протяжении многих тысячелетий. Вся история человечества связана с разработкой и открытием новых материалов: каменный век, бронзовый век, железный век, век полимеров и наноматериалов. Но только с развитием фундаментальных наук и экспериментальной техники материаловедение из искусства превратилось в науку, значение которой возрастает с огромной скоростью. Изменения укладов жизни человечества связаны с открытием и освоением производства новых материалов.

Материалы — это ступени развития нашей цивилизации, а новые материалы — это трамплин для прыжка в будущее. Разработка новых материалов одно из важнейших направлений, определяющих развитие всех отраслей промышленности, медицины и сферы услуг.

Уже в ранние исторические эпохи (в каменном, бронзовом и железном веках) появление новых материалов позволяло расширить пределы человеческих возможностей. В 21-м веке требования,  возникающие к материалам в передовых отраслях промышленности, в таких, как аэрокосмическая, автомобильная, электронная, требуют все новых и новых материалов.

Одним из направлений, которому во всех промышленно развитых странах уделяется особое внимание, являются «умные» материалы, из которых изготавливаются конструкции с адаптивно изменяющимися свойствами. Разрабатываются «умные» обшивки корпусов морских судов, самоупрочняющихся лопастей вертолетов, звукопоглощающих промышленных конструкций.

Способность получать вещества и материалы с заданными свойствами — это неотъемлемое условия развития человечества. Когда у природы не хватает «фантазии» сделать продукт с нужными качествами, человеку приходится создавать его искусственно. И эти материалы и технологии их получения предстоит разрабатывать вам в недалеком будущем.

1. Разработка технологии переработки ПЭТ пластика для создания конструкционных материалов с помощью аддитивных технологий
2. Природные диены — возобновляемое высокоэффективное сырье для создания многофункциональных материалов
3. Оценка устойчивости антибактериальных составов на текстильных изделиях
4. Разработка трехслойных конструкций из полимерных композитов для замены металлических в судовых элементах и деталях
5. Проводящие покрытия из серебряных и углеродных нанопроволок

Описание проектов
(проекты могут быть изменены и дополнены)

1. Разработка технологии переработки ПЭТ пластика для создания конструкционных материалов с помощью аддитивных технологий

Руководитель проекта: Багреев А.Ю.

Аннотация: На сегодняшний день в Российской Федерации ежегодно образуется несколько миллиардов тонн пластиковых отходов и с каждым годом его количество неуклонно растет. Большую часть отходов уничтожают путем захоронения или сжигания, что неизбежно наносит вред окружающей среде. Однако, существуют и альтернативные решения данной проблемы, например, утилизация пластиковых отходов, что является не только экономически выгодным, но и экологически предпочтительным.

Целью данного проекта является разработка технологии переработки ПЭТ пластика для создания конструкционных материалов с помощью аддитивных технологий 3D печати. Для достижения данной цели обучающимся будет предложено решить целый ряд инженерных задач, связанных с созданием устройств для измельчения, экструдирования и намотки утилизированного пластика, а также подбором режимов его трехмерной печати и исследованием свойств полученного конструкционного изделия на его основе. В рамках данного проекта обучающиеся получат не только теоретические знания о структуре и свойствах полимерных материалов, но также приобретут полезные экспериментально-исследовательские навыки прототипирования, программирования, пространственного моделирования, сборки и отладки портативных лабораторных устройств.

Партнеры проекта: Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС», Сколковский институт науки и технологий

2. Природные диены – возобновляемое высокоэффективное сырье для создания многофункциональных материалов

Руководитель проекта: Сорока Л.С.

Аннотация: В настоящее время остро встает проблема по поиску и использованию новых источников сырья использование которых, при получение различных многофункциональных материалов, соответствуют принципам ресурсосбережения, экологичности и эффективности производства. Достижение этих принципов не только  уменьшит антропогенные нагрузки на окружающую среду, но и позволит снизить угрозу воспроизводству самих природных ресурсов. Природные диены (терпены) представляют собой класс соединений, содержащий в своей структуре изопреновое звено - одно из наиболее распространенных в природе строительных блоков. Наличие как монотерпенов, так и полиизопренов, (а также возможность их получения из монотерпенов) в природном сырье,  позволяет их использовать для получения уникальных материалов, в том числе и в области энерго- и ресурсосбережения. Цель проекта: получение новых многофункциональных материалов на основе природного возобновляемого сырья (на примере природных терпенов).

Для достижения поставленной цели планируется: оценка источников сырья и  объемов его использования в производстве многофункциональных энерго- и ресурсоэффективных полимерных материалов в России, определение основных этапов их получения (в том числе с использованием принципов обратной вулканизации) и области применения.

Партнеры проекта: ПАО «СИБУР Холдинг», Национальный исследовательский Томский политехнический университет

3. Оценка устойчивости антибактериальных составов на текстильных изделиях

Руководитель проекта: Летовальцева М.А.

Аннотация: Задача — исследовать антибактериальные, механические, эксплуатационные свойства антибактериальных тканей. Объекты исследований — обработанные разными антибактериальными составами натуральные, смесовые и синтетические ткани. Необходимо оценить физико-механические и специальные свойства тканей:

1. Механические свойства ткани оценить по ГОСТу 29104.4-91. Данное исследование необходимо для изучения влияния антибактериальной обработки на текстильные материалы различного состава до и после стирок.
2. Провести оценку антибактериальной активности обработанных тканей против штаммов Staphylococcus aureus, Klebsiella pneumoniae по ГОСТу Р ИСО 20743-2012. Данное исследование позволяет определить антибактериальную активность каждого состава на разных видах текстильных основ до и после стирок. 
Патогены представляют собой потенциальную угрозу для человека, а также приобретают устойчивость к обычным противомикробным агентам. Таким образом, необходимо найти новые и устойчивые противомикробные составы. 
3. Устойчивость антибактериальной отделки оценить с помощью метода домашней стирки и сушки для испытаний по ГОСТу ISO 6330-2011. 

Возможность длительного срока носки и сохранения антибактериальной активности после стирок является важным эксплуатационными показателям для антибактериальных тканей. Антибактериальные покрытия должны быть устойчивы даже после многократных стирок. После проверки эксплуатационных свойств необходимо повторить пункты 1-3 для определения влияния стирки на прочность ткани и их антибактериальную активность. 

Данные исследования позволят сравнить существующие составы и откроют перспективы для создания более качественной антибактериальной спортивной одежды, которая сохраняет все свои функциональные свойства после многократного использования.

Партнеры проекта: Балтийский федеральный университет имени Иммануила Канта, Фонд инфраструктурных и образовательных программ (группы РОСНАНО)

4. Разработка трехслойных конструкций из полимерных композитов для замены металлических в судовых элементах и деталях

Руководитель проекта: Лукичева Н.С.

Аннотация: Полимерные композиционные материалы — многокомпонентные материалы, состоящие из полимерной основы (матрицы), армированной наполнителями из волокон, тканей, нетканых материалов, дисперсных наполнителей и др. Путем подбора состава и свойств наполнителя и матрицы, их соотношения, ориентации наполнителя можно получить материалы с требуемым сочетанием эксплуатационных и технологических характеристик. Благодаря чему полимерные композиты находят применение во всех отраслях промышленности и заслуженно называются материалами будущего.

Композиты помимо высоких прочностных характеристик, обладают высокой коррозионной стойкостью и гидрофобностью, что обуславливает их применение в судостроении. Применение композитов также позволяет снизить вес судов, в результате чего уменьшается расход топлива и увеличивается маневренность.

Партнеры проекта: Санкт-Петербургский государственный университет промышленных технологий и дизайна, Объединенная судостроительная корпорация

5. Проводящие покрытия из серебряных и углеродных нанопроволок

Руководитель проекта: Клинов Д.В.

Аннотация:  В рамках данного проекта мы разработаем проводящие, оптически прозрачные покрытия, состоящие из проводящих металлических и углеродных нанотрубок. Исследуем свойства этих покрытий (проводимость, плотность нанопроволок на поверхности и т д). Научимся модифицировать поверхность для эффективного нанесения нанопроволок. Научимся напылять проводящие металлические контакты для исследования проводимости слоя из нанопроволок. Нанесем проводящие слои из нанопроволок на поверхность эластичного полимера и изучим проводящие свойства в зависимости от растяжения полимерной пленки. Молодые исследователи соберут электрическую схему для измерения проводящих свойств слоя из нанопроволок, соберут прототип датчика растяжения и продемонстрируют практический потенциал этого устройства. Таким образом, участники проекта самостоятельно создадут работающий сенсор, проведут интересную исследовательскую работу на стыке химии, физики, материаловедения и, в целом, приобретут ценный практический опыт в конструировании устройств на основе наноматериалов и нанотехнологий.

Партнеры проекта: Университет «Сириус», Госкорпорация «Росатом», Фонд развития Центра разработки и коммерциализации новых технологий, Госкорпорация «Ростех»