С греческого «нано» переводится как «карлик». А еще приставкой «нано-» обозначают число 10 в минус девятой степени. Например, нанометр – миллиардная часть метра. Частички, имеющие такой размер, во много раз меньше пылинок, летающих вокруг нас.

Керамика с приставкой «нано»
По внешнему виду нанокристаллический порошок оксида металла похож на сверхмелкую пыль, размер его структурного элемента 10-30 нанометров. Но именно эта «невесомость» порошка и придает керамическим изделиям из него необычайную прочность и огнеупорность. Из-за размеров частиц плотность материала после спекания намного выше, чем в обычной керамике, поэтому синтезируемые наноматериалы обладают совершенно уникальными свойствами, они устойчивы к механическим и химическим воздействиям, к воздействию высоких температур.
Нанокерамика сегодня одно из перспективнейших направлений в мире, но в России оно только начинает по-настоящему осваиваться. А среди первопроходцев – ученые из ТГУ и Института прочности и материаловедения СО РАН. Научный коллектив насчитывает почти 30 человек, в него входят сотрудники кафедры теории прочности и проектирования ФТФ и лаборатории керамических композиционных материалов ИФПМ СО РАН. Возглавляет весь этот «композит-коллектив» (а также кафедру и лабораторию) доктор физико-математических наук профессор С.Н.Кульков.
– Новыми материалами, обладающими высокой твердостью и, соответственно, высокими эксплуатационными свойствами, мы занимаемся уже много лет, – рассказывает Сергей Николаевич. – Первоначально это были различные металлические композиты, состоящие из металла и тугоплавкого соединения. Фактически мы пытались совместить несовместимое: из двух разнородных веществ получить в одном материале высокую твердость и высокую пластичность. И значительно в этом деле преуспели, наши материалы и сейчас являются уникальными. А некоторое время назад СХК начал выпуск нанокристаллических порошков по собственной технологии, и у нас возникла идея создавать композиционные материалы уже на их основе.
Нанокерамика обладает рядом преимуществ перед металлами: она легче и в то же время более износостойкая, жаропрочная, не подвержена коррозии. Но главное ее преимущество – абсолютная инертность по отношению к живым организмам. Если многие металлы, такие как никель, чистый алюминий, являются канцерогенными и убивают живые клетки, то керамика по своему составу схожа с природной костной тканью. Поэтому изделия из нанокерамики получили широкое применение в биотехнологиях. Их можно использовать как носители лекарств, биофильтры для бактерий и вирусов, «сосуды» для выращивания клеток, а также как биоимплантат.
– Нанокерамика имеет механические характеристики, практически такие же, как и природная кость. При определенных условиях она может срастаться с костью, но если пойти еще дальше – можно создать некий симбиоз из керамики и костной ткани. Именно этим мы сейчас и занимаемся – совместно с Томским центром ортопедии и медицинского материаловедения. Такая работа пока не имеет аналогов в мире.
Весьма успешно нанокерамика может использоваться не только в живых организмах, но и в механических. На НПО «Сатурн» (Рыбинск) решили повысить рабочую температуру двигателя для самолетов следующего поколения. И опять на помощь приходит огнеупорная нанокерамика. В лаборатории ИФПМ СО РАН сейчас готовится первый образец лопатки для газотурбинного двигателя.

Между наукой и производством
Наш разговор прервал телефонный звонок.
– Ну вот, очередной заказ на десять тысяч штук керамических изделий – держателей базальтового волокна в высокотемпературных печах, – сказал Сергей Николаевич, положив трубку.
Это примерно три месяца работы. Заказов сегодня уже больше, чем они в состоянии сделать, а ведь малое предприятие «Нанокерамика» работает всего полгода. Создано оно было под эгидой ТГУ и ИФПМ СО РАН в рамках программы «Старт». Эту программу в прошлом году объявил Фонд им. Бортника для формирования и поддержки наукоемкого бизнеса. Одно из условий полученного гранта – создание наукоемкой компании, которая бы выпускала продукцию и работала на промышленность. Кстати, руководит предприятием «Нанокерамика» профессиональный менеджер. По словам Сергея Николаевича, каждый должен заниматься своим делом.
– Еще года два назад о нас никто почти не знал, хотя с нанокерамическими композитами мы работаем уже лет восемь. А потом был создан отдел трансфера технологий ТГУ. Его сотрудники и начали «продвигать» нас на рынок, буквально заставили участвовать в выставках. В итоге нашей разработкой заинтересовались очень многие, стали делать заказы.
Только на проходивших в прошлом году различных выставках разработки ученых ТГУ и ИФПМ СО РАН из керамических композитов с нанокристаллической структурой получили три диплома, золотую и серебряную медали. Это, так сказать, моральная поддержка. А материальная осуществляется по двум грантам Минобразования и науки (на поддержку молодых ученых и проведение маркетинговых исследований), гранту РФФИ и гранту программы Президиума РАН. Кроме того, из пяти проектов ИФПМ СО РАН, имеющих бюджетное финансирование, один – по композиционной керамике. Вот только если все эти победы перевести в денежный эквивалент, получается не так уж и много. На «муку и молоко», то есть на сырье еще хватает (благо нанокристаллический порошок на СХК стоит почти в 10 раз дешевле, чем за рубежом), а новую технику уже не купишь. И опять до боли знакомая ситуация – современнейшие материалы изготавливаются на старом оборудовании, и большие усилия тратятся на то, чтобы оно работало.
Но и при довольно скромном финансировании проекта здесь стараются не забывать о своих студентах и аспирантах (а их несколько десятков человек). Ведь ребятам постоянно приходится ездить в Академгородок, где проходят лабораторные занятия, где им предоставлены все условия для работы над курсовыми, дипломными и кандидатскими проектами. На дорогу уходит не одна сотня рублей в месяц. Возместить эти затраты и решили из гранта Минобрнауки.
Москва, Обнинск, Рыбинск, Свердловск, Омск, Красноярск – это еще не весь перечень городов, где расположены организации, с которыми сотрудничает научный коллектив кафедры и лаборатории. Список можно продолжить Штудгартским университетом (Германия), Институтом исследования металлов (Китай). Интерес к томской нанокерамике все растет.
Когда я уже уходила, раздался очередной телефонный звонок. Ученые получили новый заказ.

Наталья ШАРАПОВА