Как физики развивают инновационный потенциал республики

 

Победители  XIII конкурса «Пятьдесят лучших инновационных идей для Республики Татарстан» рассказали о своих проектах.

В этом году победу в конкурсе в разных номинациях одержали семь представителей  Института физики КФУ. В преддверии Нового года одним из них были вручены именные стипендии и премии от партнеров конкурса, а другие  получили премии и целевое финансирование от Инвестиционно-венчурного фонда Республики Татарстан.

Мы узнали у физиков, в чем заключается суть их разработок.

Вячеслав Воробьев, аспирант Института физики, стипендиат ОАО «Химград» («Сенсорное устройство на основе пористого кремния с наночистицами серебра»)

– В проекте предложен новый технологический способ создания сенсорного материала (подложек) на основе пористого кремния с наночастицами серебра. Впервые используется  для этого технология ионной имплантации. В этом случае при одном технологическом подходе формируется как пористая среда кремния с повышенной удельной поверхностью, так и осуществляется ионный синтез наночастиц серебра в структуре пористого кремния. Пористая структура подложки позволяет повысить концентрацию  анализируемого вещества на единицу площади и тем самым снизить размер активной поверхности чувствительного элемента на подложке, требуемого для определения того же количества вещества. Наночастицы серебра являются ключевым элементом системы. При возбуждении сигнала комбинационного рассеяния света от анализируемой молекулы под действием лазерного излучения вблизи каждой металлической наночастицы формируется сильное локальное электромагнитное поле, которое приводит к усилению комбинационного рассеяния (гигантское комбинационное рассеяние-  ГКР) молекулы.

Основным преимуществом данной технологии изготовления ГКР-активных подложек является интеграция с производственным процессом, так как кремниевая технология (изготовление микросхем) широко использует ионную имплантацию. Более того, на одном чипе могут быть изготовлены элементы микросхемы и ГКР-активные области, позволяющие объединить электрическую микросхему с биосенсором.

Светлана Сапарина, магистрант Института физики, победитель  в номинации «Старт инноваций» («Разработка защитного нанопокрытия для оптоволоконных систем зондирования»)

– Современные нефтегазодобывающие системы оснащены оптоволоконными датчиками тепла. Это позволяет осуществлять онлайн-контроль состояния трубопровода, избегая возникновения аварийных ситуаций. Однако экстремальные условия внутри скважины, где осуществляется зондирование, сильно ограничивают срок эксплуатации датчика. До сих пор не существует эффективной технологии защиты оптоволокна от воздействия внешней агрессивной среды. Мы предлагаем нанести защитное нанопокрытие  на поверхность оптоволокна, обладающего высокими значениями механической прочности и параметра герметичности. В проекте предложен уникальный электродуговой паротрон, который предназначен для выработки большого количества перегретого до высоких температур водяного пара. Наиболее интересной областью применения подобного паротрона является добыча и переработка высоковязких нефтей и природного битума. Паротрон представляет собой электродуговой плазмотрон, в котором в качестве газа служит вода или водяной пар. Вода из внешнего источника сначала поступает в рубашки охлаждения катода и цилиндрического анода, где предварительно нагревается до высоких температур, а в предельных случаях даже до состояния парообразования. В дальнейшем эта же вода пульверизируется в плазмотрон в качестве плазмообразующего газа.

 

Ильнур Фарухшин, аспирант, сотрудник НИЛ «Функциональные программируемые материалы фотоники для биомедицинских и инфокоммуникационных применений», победитель в номинации «Молодежный инновационный проект».

(«Разработка оптического квантового генератора ультрафиолетового диапазона спектра с импульсами ультракороткой длительности и возможностью корректировки параметров излучения»)

– В последние несколько лет коротковолновое когерентное излучение УФ диапазона спектра становится все более востребованным для целого ряда приложений, таких как быстрое макетирование, лазерная печать, лазерная маркировка, резка, сварка, спектроскопия, оптическая запись информации и медицина. При этом все больше возрастает доля излучателей с импульсами короткой длительностью (10-12 с). Это обусловлено, во-первых, короткой длительностью воздействия электромагнитного излучения, за счет чего не достигается порог повреждений или разрушения материала теплового или кавитационного характера, а во-вторых, возможностью исследовать быстропротекающие процессы. УФ-лазеры с импульсами ультракороткой длительности способствуют развитию новых перспективных направлений, в различных областях, например,  в инфокоммуникации, медицине, экологии. Важной сферой  применения УФ лазеров ультракороткой длительности импульса также является прецизионная обработка материалов. Разрабатываемый оптический квантовый генератор использует новый перспективный метод укорочения импульсов – активная модуляция добротности на насыщающихся центрах окраски. При накачке активной среды в ней образуются дефекты с короткими временами жизни, которые поглощают часть лазерного излучения. Управление числом этих дефектов позволяет управлять длительностью лазерной генерации, формой импульса и прочими параметрами.

Виктория Гориева,  сотрудник НИЛ Функциональные программируемые материалы фотоники для биомедицинских и инфокоммуникационных применений, победитель в номинации «Молодежный инновационный проект» («Разработка лазерного комплекса для удаления атеросклеротических бляшек»)

– Наиболее эффективным, современным и одновременно наименее травмоопасным методом удаления атеросклеротических бляшек на сегодняшний день является лазерная ангиопластика (атерэктомия). Единственным в мире производителем соответствующего аппаратного комплекса является фирма Spectranetics (США). Устройство представляет собой импульсный эксимерный лазер с активной средой XeCl, излучающий на длине волны 308 нм (ультрафиолетовый диапазон). Мы предлагаем вместо эксимерного использовать твердотельные лазеры на базе кристаллических сред, работающие в диапазоне 400-700 нм (видимая область), они существенно дешевле. Мы будем заниматься научно-исследовательской работой  по оптимизации параметров лазерного излучения invitro, а также подбором кристаллической среды и  созданием  лазера.

Ловчев Александр,  сотрудник НИЛ магнитной радиоспектроскопии и квантовой электроники им. С.А. Альтшулера, победитель в номинации «Молодежный инновационный проект» («Создание эффективного теплового узла установки роста кристаллов состава LiSrAlF6»)

– Выращивание кристаллов – процесс очень недешевый. Стоимость производимых кристаллов складывается в основном  из трех составляющих: затрат на электроэнергию, затрат на производство продукта (высокий брак) и больших затрат на разработку технологии.

Расходы можно существенно сократить, если усовершенствовать тепловой узел установки роста кристаллов. Результатом реализации проекта станет опытная установка роста кристаллов LiSrAlF6 (LiSAF), а именно: её тепловой узел  и технология получения таких кристаллов длиной  100-150 мм. Результат может быть востребован, как в виде теплового узла как части установки роста кристаллов, либо технологии роста, так и в виде конечного продукта – активных элементов на основе кристалла LiSAF:Cr либо LiSAF:Ce. Потребителями будут компании, занимающиеся проектированием и изготовлением лазерных систем и компании – производители активных элементов квантовой электроники. Мы предлагаем  использовать тигельный метод роста кристаллов, объединяющий методы Стокбаргера и метод зонной плавки в одной установке. В результате экономической оптимизации теплового узла,  по предварительным расчётам, суммарная стоимость готового продукта сократится в два раза по сравнению с рыночной.

Андрей Скворцов,  доцент кафедры общей физики, победитель в номинации «Инновации в образовании» («Учебная среда XXI+ – инновационный цифровой контент и конструктор цифровых образовательных ресурсов для сферы образования в области естественных наук».)

– Наш проект (соавтором является профессор кафедры общей физики Александр Израилович Фишман)  направлен на создание базового набора высокотехнологичных цифровых образовательных ресурсов (ЦОР) и программной оболочки, позволяющей преподавателям-предметникам создавать на его основе высококачественные интерактивные мультимедийные пособия по дисциплинам естественнонаучного профиля. В качестве пилотного проекта создается среда-конструктор по физике. Инновационность идеи заключается, во-первых, в разработке и создании ЦОР оригинальных типов, ориентированных на развитие навыков решения практических задач, а во-вторых – в использовании принципа конструктора, значительно снижающего затраты на создание отдельных ЦОР и учебных пособий на их основе, в том числе, преподавателями и учащимися-пользователями продукта.

Владимир Куклин, инженер  кафедры радиофизики, победитель в номинации «Наноимпульс» («Сменная скользящая поверхность для беговых лыж»)

– Вместе с представителями других вузов мы создали  сменное полимерное покрытие на основе фторопластов для профессиональных лыжников. При его использовании отпадает необходимость в применении лыжных мазей. Покрытие  обеспечивает превосходное скольжение. Наш проект выполнялся в рамках малого предприятия “СКИЛАЙН” с участием  физиков, химиков, электронщиков и других специалистов вузов города. Лыжи с нашим покрытием протестированы Лыжной федерацией Татарстана. Подтверждено прекрасное скольжение без применения парафинов, фтористых добавок, порошков и ускорителей. Лыжи не требуют  дополнительной обработки в течение всего зимнего сезона. Мы уже подготовили  30 пар лыж с нашим покрытием для олимпийской сборной,  с ними  российские спортсмены отправятся на олимпиаду  в Корею. Мы очень гордимся этим!