Нано против света и воды
«Вышла сухой из воды»: так можно было бы сказать о строительной плитке с символической надписью Du, которую поднял из резервуара специальный кран и тем самым ознаменовал открытие восьмого нанотехнологического центра. Сухой плитка оказалась потому, что она была обработана гидрофобным полиструктурированным покрытием — его разработали участники стартапа «Защитные покрытия», поселившегося, как и 40 других проектов, в новоявленном наноцентре на территории особой экономической зоны «Дубна». Это один из сразу нескольких стартапов открывшегося комплекса, которые уже имеют производство и начали зарабатывать первые деньги, однако, по словам главы Фонда инфраструктурных и образовательных программ (ФИОП) Анатолия Чубайса, этот центр задумывался сразу как «фабрика по производству стартапов», поэтому на достигнутом не остановится.
От «умных» проектов до космецевтики
ФИОП вложил в двухмиллиардный проект «Дубна» чуть более половины финансовых средств, а остальное проинвестировали партнеры — «Концерн „РТИ Системы”», ОИЯИ (Объединенный институт ядерных исследований), «Фирма АйТи. Информационные технологии» и сама особая экономическая зона, на земле которой и расположился наноцентр. «Для нас открытие наноцентра в Дубне — это большое событие, поскольку оно является и итогом работы с Объединенным институтом ядерных исследований, с городом, Московской областью, с особой экономической зоной, и одновременно стартом генерирования постоянного потока стартапов, — сказал Чубайс. — На мой взгляд, здесь уже есть жемчужины и бриллианты, которые, правда, еще необходимо огранить».
В списке этих «жемчужин» — и совместный с НИТУ «МИСиС» проект по производству квазикристаллов (новый тип «упаковки» атомов металлов в твердом веществе), которые при нанесении на сложные поверхности, способны продлить срок службы машинных деталей и лакокрасочных покрытий; и проект «Умные адгезивы», реализуемый командой дубнинского наноцентра вместе с Институтом элементоорганических соединений РАН и МГУ им. Ломоносова, под «присмотром» крупных ученых Михаила Фельдштейна и Алексея Хохлова; а также проект «Космецевтический инкубатор» — то есть бизнес-инкубатор в области производства косметики с фармакологическими свойствами. Этот проект с несколькими стартапами по космецевтике существует совместными силами наноцентра и косметического объединения «Свобода», которое будет создавать инновационную продукцию на своих площадях. Однако особняком стоят два проекта в сфере «умных покрытий» — по гидрофобным составам и электрохромным стеклам.
Боязнь воды — на пользу
«Защитные гидрофобные покрытия, которые разрабатываются в этих стенах, придают поверхностям водоотталкивающий эффект и антисептические свойства, — представил один из своих лучших проектов директор наноцентра „Дубна” Алексей Гостомельский. — Покрытие можно адаптировать под любые материалы — будь то стекло автомобиля, окно или фасад здания, стройматериалы, дерево, ткань или обувь». Конечно, гидрофобизирующие составы известны давно — около 30 лет, и первое их поколение, которое придавало поверхностям лишь некоторые водоотталкивающие свойства, делалось на восковой основе, а затем появились разработки из диоксида кремния. Но ученые по всему миру очень долго пытались хорошо закрепить гидрофобизатор на поверхности — он отталкивался и от нее тоже. В России эту проблему решить удалось.
Разработки велись с 2009 года в дубнинском Научно-исследовательском институте прикладной акустики (принадлежит Федеральной службе по техническому и экспортному контролю РФ) — и первые успешные образцы были получены еще тогда. Сегодняшние гидрофобизирующие составы способны держаться, к примеру, на самом уязвимом лобовом стекле автомобилей до полугода.
Они подходят под российские погодные условия и даже способны предотвратить образование наледи.
Для достижения еще большего гидрофобного эффекта, как предполагает Роман Новичков, кандидат химических наук, технический директор проекта и собственно разработчик составов, необходимо обработать ими поверхность во время покраски автомобиля: «Для создания закрепленной текстуры можно нанести состав аэрографом-распылителем на слегка подсохший слой краски. Модифицированные наночастицы не войдут в краску до конца, поскольку вязкость и плотность большая, но останутся на определенной глубине и будут закреплены в красочном слое как в матрице — и это вызовет еще более длительный супергидрофобный эффект».
Некоторые строительные компании и ряд сетевых автодилерских центров, таких как Genser и «Рольф», уже реализуют дубнинские составы для обработки стекол под собственной торговой маркой. «Пользователи могут приобрести набор для полировки и самостоятельно распылить состав пульверизатором, выдержать 15 секунд и затем отполировать поверхность тряпкой», — пояснил Дмитрий Брунь, менеджер проекта.
Он рассказал также, что весной этого года российскими нанопокрытиями было обработано около 1000 автомобилей в Москве, и на сегодняшний день выручка этого проекта составила миллион рублей.
Кроме того, нанотехнологический центр уже начал переговоры со службой эксплуатации зданий и сооружений «Сбербанка»: пилотное нанесение отечественного гидрофобного покрытия уже состоялось в офисе на 1-й Тверской-Ямской в Москве, а в Дубне наносоставом обработаны стекла городских автобусов и фасад церкви.
Алексей Гостомельский также напомнил о других применениях гидрофобного состава: совместно с учеными из Троицка дубнинская команда разрабатывает медицинскую шину из картона. Возможность нарезки позволяет использовать ее для любых частей тела, но медицинским службам важно, чтобы она не намокала, и гидрофобное покрытие решает эту проблему, хотя и значительно удорожает стоимость картона.
Также перспективным является текстильное направление в создании гидрофобных составов: оно привлекательно для инвесторов, но сложно в реализации — из-за обилия разновидностей тканей, которые при нанесении состава не должны менять структуры и сохранять все свои качества по износоустойчивости. Но пока в этой области российские разработки увенчались успехом: одежда, обработанная отечественным составом из простого аэрозольного баллончика, выдерживает 3–4 стирки. «Коллеги из Лондона, которые занимаются эксплуатацией водных объектов и канализаций, попросили нас разработать состав для тканей, чтобы защитить одежду служащих, — рассказал Дмитрий Брунь. — Мы разработали его, но понимаем, что с этой технологией на рынке будет сложно продвигаться, поскольку уже накопилось много негативных мнений о малоэффективных аналогах». Однако наши ученые верят в успех, поскольку дубнинский гидрофобный состав стоит дешевле зарубежных и более устойчив к истиранию, а кроме того, способен отталкивать не только воду, но и органические соединения: «Наши ребята научились модифицировать формулу состава таким образом, — пояснил Брунь. — Что к ней можно „пришить” перфторированные „хвосты”, вызывающие биофобный эффект».
Стекло, которое избавит от света
Электрохромными стеклами занимались также в дубнинском НИИПА, но совместно с мордовским и ульяновским центрами нанотехнологий, входящими в сеть наноцентров ФИОП. Теперь же это направление — один из стартапов технологической компании Comberry, занятой в области фотовольтаики, силовой электроники и «умных» покрытий. И хотя стеклами-«хамелеонами» в России занимаются и в Московском университете — в совместном проекте нескольких факультетов, дубнинские ученые ООО «СмартЭлектроГласс» не концентрируются на одной технологии и предлагают сразу несколько вариантов светопрозрачных конструкций и стекол, способных к регулируемому затемнению и осветлению с помощью малого тока. Речь идет и о композитах из сплавов стекла и различных химических материалов, и об электрохромных пленках, которые можно наклеивать на вторичные стекла, но в любом случае «умные» стекла можно будет применять и для межофисных перегородок, и для полного остекления зданий, и для затемнения автомобильных стекол.
«Электрохромная технология предлагает с помощью приложения небольшой контактной разности потенциалов, до 5 вольт, изменять светопропускаемость оптических устройств», — объяснил Алексей Чувашлев, кандидат химических наук, сотрудник НИИПА и разработчик технологии производства конструкций с управляемым светопропусканием (с ней он стал победителем конкурса У. М. Н.И.К. в 2012 году). Он готов продемонстрировать сразу несколько образцов «умных» стекол — на основе неорганических, органических и более сложных гибридных соединений: «Если это образец, созданный на органической основе, то работает он следующим образом: между двумя стеклами помещается уникальный адгезив, выполняющий скрепляющую функцию устройства и обеспечивающий электропроводность и подвижность ионов. То есть в нем находятся активные вещества, которые при наложении разности потенциалов на стекла, вызывают обратимую электрохимическую реакцию. Один из ее компонентов — окрашивание. Когда мы выключаем напряжение, происходит обратный процесс рекомбинации, и стекло вновь обесцвечивается».
У «органической» технологии есть существенный недостаток: под действием ультрафиолета вся органика буквально «выгорает» за несколько лет. Поэтому Алексей и его коллеги взялись за более стабильные разработки — например, технологию на основе оксидных слоев: «Мы наносим на проводящую поверхность стекла активную пленку: с одной стороны это оксид вольфрама, а с другой — контрэлектрод, и окрашивание происходит благодаря изменению электронной конфигурации пленки и ее взаимодействию с оптическим спектром. Эта технология позволяет регулировать светопропускаемость не только в видимом диапазоне спектра, но и в инфракрасном — а ведь существенная часть солнечного спектра идет как раз в нем, и это значит, что мы можем охлаждать помещения с „умными” стеклами летом, сокращая затраты на кондиционирование».
Есть и разработки на основе соединений оксида алюминия, оксида кремния и оксида хрома, на полиакрилатной и полиуретановой матрице, а также на основе гибридных органическо-неорганических соединений с литий-ионными мембранами (практически все энергетические устройства сегодня работают на литии). По словам Чувашлева, сегодня на продолжение разработок всех этих технологий обещано около 60 миллионов рублей — таков новый цикл финансирования, но ученые, занятые электрохромными стеклами, по-прежнему ждут и инвесторов, и своего крупного индустриального заказчика, под которого они смогли бы доработать одно из направлений до конца. Не исключено, что возможности нового центра нанотехнологий, в который переехало оборудование перспективных стартапов, позволят через несколько лет нам, простым пользователям, остеклять балконы отечественными электрохромными стеклами с гидрофобным покрытием.
