Вступая в должность, новый глава госкорпорации "Роснано" Сергей Куликов одной из ее актуальных задач назвал математическое моделирование свойств материалов: сокращение сроков их проектирования критически важно для конкурентоспособности страны. Этим направлением в Самаре не первый год занимается профессор СамГТУ Владислав Блатов. В России не очень много ученых столь высокого класса и столь известных не только в отечественном, но и в мировом научном сообществе. Мы побеседовали с ним о его нынешних работах и замыслах.

Фото: Пресс-центр СамГТУ

 Насколько оправдан был перевод головного офиса Международного научно-исследовательского центра по теоретическому материаловедению (МНИЦТМ) из Самарского университета (СУ) под крыло СамГТУ? В чем конкретно вы выиграли?

- Наша база в Самарском университете осталась, а вот все новые проекты мы начинаем в Политехе. Здесь, в отличие от СУ, нас поддерживают и ректор, и проректоры. А без этой поддержки невозможно открыть новую лабораторию и новое научное направление. Нам выделили помещения, помогают организовать суперкомпьютерный центр.

Я получил кафедру общей и неорганической химии на химико-технологическом факультете, и это очень важно, поскольку МНИЦТМ изначально создавался не только для исследований, но и для того, чтобы дать студентам возможность заниматься большой наукой. Причем там, где они хотят, - в Самаре, Москве или за рубежом. Для этого со студентами надо серьезно заниматься, иметь с ними постоянный контакт. Ради этого я и принял кафедру.

В СУ, как и в СГАУ, приоритет отдается аэрокосмической тематике. Думаю, именно по этой причине не реализовался наш замысел - интегрировать теоретическое материаловедение с инженерной практикой. В рамках же СамГТУ МНИЦТМ получил новые возможности, а вуз усилил химическое направление, включая материаловедение. К примеру, сейчас в СамГТУ создается лаборатория синтеза новых классов материалов.

- На какие средства?

- Частично за счет наших грантов, а частично на средства из бюджета СамГТУ. Главное, что в организационном смысле у нас есть карт-бланш на реализацию подхода, который принято называть сквозными технологиями. Это апробированная еще в Советском Союзе цепочка: академические институты и университеты разрабатывают фундаментальную теорию, отраслевые институты адаптируют ее к производственным условиям, а заводские лаборатории курируют внедрение результатов НИОКР на конкретных предприятиях.

Сейчас эта цепочка, к сожалению, практически полностью разрушена (скажем, отраслевые НИИ либо закрылись, либо влачат жалкое существование), и мы по мере своих возможностей стараемся ее восстановить.

- Как это выглядит в вашем случае?

- В рамках МНИЦТМ мы можем теоретически спроектировать материал, отвечающий заданным инженерным требованиям, но его затем нужно синтезировать, верифицировать его свойства в лабораторных условиях и наладить его выпуск в промышленных масштабах. Задачи эти разные, и решать их в принципе должны разные специалисты.

Создав экспериментальные лаборатории, мы сможем проверять наши теоретические прогнозы на практике, чтобы на этой основе специалисты инженерного профиля создавали соответствующие технологии.

- Какие новые задачи появились у вас за последние годы?

- От чисто теоретических прогнозов мы начали переходить к эксперименту, работать с реальными веществами, причем на разных уровнях. Это и синтез этих веществ, и изготовление на их базе новых материалов для производственных целей.

- Например?  

- Одно из наших направлений связано с синтезированным в МНИЦТМ пористым материалом, структура которого (сквозные поры - разной геометрии в разных направлениях) запрограммирована на уровне микроструктуры вещества. Таким образом мы можем пощупать руками то, что на самом деле состоит из отдельных атомов.

В этих исследованиях мы начинаем взаимодействие со специалистами теплоэнергетического факультета СамГТУ, которые заняты изучением свойств теплоизолирующих материалов с регулярной пористой структурой.

- Можно ли будет ваш материал использовать при возведении зданий и сооружений? Это было бы интересно инженерно-строительному институту, не очень давно ставшему подразделением СамГТУ.

- Естественно. Но, думаю, у него будут и другие приложения. У нашего материала есть две отдельные системы пор, что позволяет заполнять его двумя разными веществами. Это могут быть, к примеру, два - изолированных друг от друга - проводника электрического тока. Или получаемые с помощью 3D-печати костные импланты, которыми занимаются в техническом университете китайского города Сиань, где я, к слову сказать, уже несколько лет являюсь приглашенным профессором. До пандемии я проводил там два месяца в году, а сейчас читаю лекции в удаленном режиме. Там эта технология уже освоена на пациентах.

А вообще, пористые материалы востребованы в самых разных областях. И у нас создана программа с выходом на 3D-принтер, которая позволяет напрямую воспроизводить пористые структуры с заданными физико-химическими свойствами в металле, пластике, керамике и в других материалах.

- Какие еще исследования планируется вести в вашей новой лаборатории?

- Одно из ее направлений - металл-органические пористые каркасы. Это относительно новый (появившийся около 20 лет назад) класс универсальных материалов, которым сейчас активно занимаются в разных странах. Одно из востребованных приложений этих материалов - адресная доставка лекарств к больному органу.

Такие материалы можно использовать также при эксплуатации автомобилей, работающих на сжиженном газе: они взрывобезопасны и при заправке на газовой станции вмещают в себя больше энергоносителя при меньшем давлении. Взамен бака со сжиженным газом по периметру автомашины проложена система труб, заполненных порошком, куда и закачивается газовое топливо.

- А второе направление?

- Это ионные аккумуляторы, применяемые, в частности, в электромобилях, которые все больше вытесняют из городского трафика авто, работающие на бензиновом двигателе. В Европе, например, от них планируют отказаться уже к 2030 году.

Использование металл-органических пористых каркасов позволяет повысить мощность и емкость подобных аккумуляторов при одновременном снижении их стоимости. Это уже сейчас дает им ощутимое преимущество перед традиционными литиевыми устройствами для хранения энергии. К тому же запасы лития в природе близки к исчерпанию. Думаю, что век литиевых аккумуляторов ограничен ближайшими 5-10 годами.

- То есть на все про все (НИОКР, внедрение соответствующих технологий и налаживание массового производства) у нас практически не остается времени. А если не успеем?

- Будем импортировать ионные аккумуляторы из Китая. Сейчас материалы для ионных проводников в России (во всяком случае, в промышленном масштабе) не производятся, как, впрочем, и материалы для литиевых аккумуляторов.

- МНИЦТМ на данный момент имеет в Самаре три площадки - одна старая в СУ и две новых - в СамГТУ и в Самарском филиале Физического института РАН. Какова их специализация?

- На всех этих площадках работают наши сотрудники, и специализация у них общая - создание новых материалов. А вот каких именно, зависит от специфики каждой площадки. Та, что в филиале ФИАНа, занимается физическими свойствами материалов, используемых в лазерной технике. Та, что в СамГТУ, - разработками, связанными с водородной энергетикой. Стоит упомянуть еще одну нашу лабораторию, находящуюся в стадии становления в Самарском государственном медицинском университете. Мы фокусируем ее работу на синтезе металл-органических каркасов.

- Остается ли у вас время на теоретические разработки?   

- На начальном этапе финансирование МНИЦТМ было настолько скромным, что его хватало лишь на создание и развитие теории, а инженерные проблемы даже не ставились. Более того, само существование центра первые годы было под вопросом. Но и тогда я понимал, что теория без практики нежизнеспособна: да, нам дали мегагрант на пять лет, а после его окончания нужно было переходить на самоокупаемость. И это нам удалось: в настоящее время центр, в котором сейчас работает около 25 штатных специалистов, не получает бюджетных средств и существует за счет грантодателей (это, в частности, Российский фонд фундаментальных исследований и Российский научный фонд), а также структур, заинтересованных в реализации предложенных нами проектов.

МНИЦТМ пользуется сейчас 10 грантами на общую сумму около 30 млн рублей в год. Этого хватает, чтобы наряду с теорией заниматься экспериментальными разработками, которые не требуют масштабных инвестиций.

- Что вы имеете в виду?

- Мы практически полностью оснастили наши экспериментальные лаборатории оборудованием для синтеза материалов. Но для дальнейшего развития этого направления потребуются десятки миллионов, которые мы надеемся получить от наших индустриальных партнеров. В поисках контактов с ними нам помогает теплоэнергетический факультет СамГТУ, у которого сложились долговременные деловые отношения, например, с предприятием РКЦ "Прогресс". Мы можем поднять эти технологические разработки на более высокий уровень за счет наших теоретических результатов в области материаловедения.

- Вернемся к теории. Какие достижения еще можно отметить?

- Недавно мы совместно с коллегами из Манчестерского университета создали пакет компьютерных программ для моделирования роста кристалла. Эта, на первый взгляд, чисто теоретическая разработка имеет практический выход: она позволяет прогнозировать, какие внешние условия нужно создать, чтобы получить кристалл нужной формы, обладающий заданными свойствами. С ноября 2020 г. наши английские коллеги начали распространять этот пакет среди своих индустриальных партнеров, так что мы можем рассчитывать на роялти.

- Нельзя ли суть этой разработки изложить общечеловеческим языком?

- Если взять в качестве примера конструктор Lego, англичане определили, как можно соединять между собой детали конструктора (какие соединения будут прочными, а какие - нет), но они не знали, какие именно детали нужны, чтобы собрать конкретную модель - скажем, самолет или морской корабль. Это умеем делать мы: по заданной модели мы определяем нужный для ее сборки набор деталей. Подробное описание этой уникальной в своей области разработки можно найти в статье, опубликованной в журнале "Nature" - самом авторитетном в научном мире.

- Как на вашей работе сказались ковид-ограничения?

- Практически никак. Теоретические разработки можно вести удаленно. Общаться с коллегами, а также читать лекции китайским студентам и аспирантам тоже. В СамГТУ не требуют, чтобы центр уходил на дистант. Нельзя только выезжать на научные конференции, а проводить их в онлайне, на мой взгляд, не имеет смысла, поскольку в науке очень важно общение вживую. Но по сравнению с другими сферами это, согласитесь, минимальное ограничение.

- Как на работе МНИЦТМ скажется смена руководства в Роснано?

- Думаю, что взаимодействие с подобными институтами развития нам сейчас нужно строить при посредничестве НОЦ (научно-образовательного центра), который поддерживается на уровне руководства страны. Надеюсь, что НОЦ поможет нам найти точки соприкосновения с такими мощными структурами, как Роснано, Ростех и Роскосмос. Но для этого нам потребуется промежуточное звено в виде компании, которая будет заниматься инженерно-технологическим развитием наших теоретических разработок. Пока мы готовы только проектировать материалы с заданными свойствами и в некоторых случаях синтезировать их, создавая тем самым опытный образец.  

- А СамГТУ с его инженерными школами можно рассматривать как такое промежуточное звено?

- Я на это очень надеюсь. Вот только наши крупные промышленные предприятия с давно отлаженным производственным процессом, как известно, с трудом воспринимают новшества и требуют от их авторов сразу готовый продукт. На частный бизнес тоже трудно рассчитывать: ему до формирования полноценного инновационного спроса в большинстве случаев надо еще дорасти.  

- Как строится ваша работа со студентами СамГТУ, отличаются ли они по уровню своей подготовки от студентов СУ?

- Практически нет. Другое дело, что в ориентированном на технологии СамГТУ не читаются некоторые теоретические курсы, входящие в учебную программу химфака СУ. Но интерес к химическому направлению в СамГТУ растет, его популярность (как со стороны абитуриентов, так и со стороны специалистов-исследователей) увеличивается.

Я только начал свою преподавательскую деятельность, но могу отметить, что на третьем курсе (на уровне бакалавриата) есть очень толковые ребята, способные к научной работе. Правда, не всем это надо, не все готовы к ней, но почувствовать масштаб химии как науки, а также ее перспективы полезно всем студентам. И надо сказать, что их активность достаточно высока.

Со следующего учебного года мы планируем открыть магистратуру по материаловедению - направлению, в котором прямо заинтересован МНИЦТМ. А пока несколько наших бакалавров получают магистерскую степень в Голландии. Думаю, что лучшие выпускники химических специальностей СамГТУ вполне конкурентоспособны на мировом рынке, и проблема в том, чтобы у них были хорошие перспективы в Самарской области и в России. 

- Ну да, вы им открываете двери, указываете направление для развития, только что ковровую дорожку не стелите, а они уезжают из страны. Не обидно?

- Я к этому спокойно отношусь. С этими ребятами вполне можно вести совместные исследования. Но кадровые проблемы перед нами стоят так же остро, как и перед другими российскими организациями.

Источник