Новые материалы имеют неповторимые эксплуатационные качества и характеристики. Например, полисульфон имеет температуростойкость 200–250 градусов, физико-механические характеристики такие же, как у стандартных реактопластов, обладает возможностью повторного расплава, сплава и решает большую проблему ремонтопригодности. Дилатантные материалы – метаматериалы, которые при ударе становятся твердыми. К метаматериалам также относят аэрогели – твердый, но легкий материал будущего. Я бы еще назвал аморфные металлы и вспененные материалы, например пенокерамику.

Основное сырье для новых материалов – нефтехимия, метал, глина, цемент, известь. Они смешиваются с тем, что мы синтезируем в колбочках. Тогда и получается уникальное сочетание. Новые материалы достаточно дороги, потому что высока стоимость их разработки. Например, в авиации используют смолу; анализируем, сколько она стоит и какую долю занимает в продукте. Заменим смолу полисульфоном с конкретными техническими характеристиками – получится примерно в 2–3 раза дороже; и только лет через 5–10, когда начнется массовое производство, материал будет стоить дешевле.

Рождение нового

Первый путь создания нового материала – есть лаборатория и команда специалистов. К нам приходит представитель строительной индустрии, допустим, или медицины и говорит: «Сделайте через год материал, который будет отвечать вот таким параметрам». И мы отвечаем: «Да, мы сможем сделать этот материал с заданной характеристикой». По такой схеме работаем уже девять лет. 

Второй путь – ученые работают длительное время, и вдруг появляется удивительное сочетание, которое дает уникальные характеристики. Буквально два дня назад мы занимались электропроводной керамикой и в процессе разработки получили соединение с не очень хорошей электропроводностью, зато с удивительным сочетанием цвета, который крайне востребован в области стройки. Это белая керамика, она стоит очень дорого, но характеристики прочности намного лучше, чем требуется в строительной области.

Когда мы уже понимаем, как работает материал, начинаем вести переговоры с крупными компаниями на тему его массового внедрения, например с «СИГОРом» по полисульфону, и материал начинают применять в корпусах автомобилей, бытовых предметах. 

Биодеградируемые материалы уже сейчас применяются в тарелках, которые продаются в IKEA, а в будущем они будут заменены более новым поколением биоразлагаемых материалов.

Кейс

Недавно был запрос от крупной компании на керамические изделия из конкретных материалов, чтобы получилась прочность, необходимая для плиток кровли и фасадной отделки. Важный нюанс: у компании есть конкретные карьеры под производство, но они не подходят с точки зрения материаловедения. Мы подобрали рецептуру, провели серию испытаний, получили изделие с характеристиками даже лучше, чем хотел заказчик.

Теперь нужно построить завод (это порядка 700–800 млн руб.), отработать технологию и запустить производство. На это уйдет 3–4 года, тогда продукт появится на отечественном рынке. Внедрение потребует времени и денег, но заказчик посчитал и понял, что прибыль окупит затраты. Если это делать на базе других карьеров или из других материалов, цена будет выше, а характеристики – хуже.

Зеленый вектор

Существует точка зрения, что более и менее вредные пластики – миф, маркетинговая история, чтобы зеленые не сильно доставали претензиями. Проблема в том, что биоразлагаемые пластики под воздействием солнца и воды очень быстро разлагаются на микроскопические частицы, так называемую пластиковую пыль, которая вообще не разлагается и оседает в толще грунта.

Другой пластик крупного размера в зависимости от толщины и условий будет разлагаться 100… 200…300 лет. Сейчас на рынке появляется новый тип пластика, который разлагается по другой схеме: разрушается структура пластика, а не элементы, соединяющие маленькие частицы между собой, то есть материал распадается на два компонента, они не несут вреда экологии и разлагаются быстрее самого пластика. Думаю, что в будущем мы будем уходить в пластиковый мир и доля композита в пластиках будет увеличиваться.

Добавлю, что в приоритете зеленых технологий – безопасное получение полимерных материалов. В РЖД в 50-х годах отказались от каменных топок и перешли на электрические. Сегодня то же самое будет происходить в области получения полимерных материалов – отказ от загрязняющих заводов и переход на более совершенные технологии. Например, тот же самый полиэтилен по зеленой технологии обладает большей долговечностью и живучестью в быту.

Дома из 3D-принтеров

Мы принимаем участие в разработке полимерных материалов, которые печатаются с помощью 3D-принтеров. Сейчас делаем проект – строим здания с помощью большой «печатной машинки». Выглядит примерно так: выезжает небольшой автоматизированный кран и подает смесь, за сутки печатается дом. Это уже рабочая технология, она изначально разрабатывалась в России, потом уехала в Арабские Эмираты. Мы продолжаем ей заниматься, но пока технология дороже в 2–3 раза в сравнении с традиционным строительством.

Россия всегда славилась не постепенным ростом. Из истории видно: мы поднимаемся на какую-то планку развития науки и техники, дальше – плато, весь мир растет, а мы на плато. Зато потом скачкообразно пытаемся всех догнать. Сейчас в стройке произошел рывок, требуются новые материалы: невозможно жить на базе 50–60-х годов, когда строились цементные заводы. И я считаю, что стройка – первая область, где будут внедряться композиты, а потом уже авиация, космос и нефтегаз. У нас есть шанс не отстать от прогрессивного человечества.

Смотрите полную версию «Цифровой среды», если вам интересно, можно ли сегодня говорить о полноценном цифровом материаловедении, зачем нужны цифровые двойники и насколько сложно разгадать рецепт кока-колы.

Важно: теперь «Цифровую среду» можно не только смотреть, но и слушать на «Яндекс.Музыке» и Apple-подкастах.