В России началась практическая реализация дорожной карты развития высокотехнологичной области «Технологии новых материалов и веществ». Это значит, что в ближайшие годы высокотехнологичная продукция сделает жизнь россиян комфортнее и продуктивнее.
Карта развития новых материалов и веществ
27 апреля 2020 года Правительством РФ была утверждена дорожная карта развития высокотехнологичной области «Технологии новых материалов и веществ». Этому предшествовало Соглашение между Правительством РФ и Госкорпорацией «Росатом», подписанное в июле 2019 года.
Основой дорожной карты стала поддержка развития четырёх наиболее перспективных технологических трендов. Это аддитивные технологии, полимерные и композиционные материалы, редкие и редкоземельные металлы, новые конструкционные и функциональные материалы и вещества. Все эти направления тесно связаны между собой и всё более активно входят в повседневную жизнь.
5 июня Исполнительный комитет по развитию высокотехнологичной области провёл заседание в заочном формате. В состав комитета вошло более 60 представителей федеральных органов исполнительной власти, государственных компаний, институтов развития, крупного бизнеса, а также научных и образовательных организаций.
На заседании принято решение о создании центров компетенций по таким технологичным направлениям, как «Полимерные композиционные материалы» и «Редкие и редкоземельные металлы».
Главный тренд — аддитивные технологии
Технологии послойного наращивания и синтеза объектов (аддитивные технологии) сделали возможным появление 3D-принтеров. Сегодня в России 3D-печать востребована в первую очередь в машиностроении для высокотехнологичных отраслей — авиации, космонавтики, судостроения, энергетики и добывающей промышленности. Новые технологии позволяют до 90 процентов поднять эффективность использования материалов и втрое ускорить технологические процессы.
В Госкорпорации «Росатом» с помощью этих технологий создают опытные образцы элементов атомных реакторов, таких как внутрикорпусные устройства и антидебризные фильтры. 3D-печать позволяет создавать изделия с меньшей массой, что совершенно не сказывается на их свойствах при применении.
Композиционные материалы окружают человека повсюду: это и углепластиковая рама на велосипеде, и интерьер из стеклопластика в вагоне метро, и элементы корпуса на автомобиле.
Активно развивается применение аддитивных технологий в медицине, например в эндопротезировании. Это даёт новые шансы людям с ограниченными физическими возможностями. Благодаря 3D-принтерам стало реальным и производство биологических объектов. А время печати и изготовления прототипов пилотных изделий теперь измеряется несколькими часами.
В России уже разрабатываются и производятся изделия из металлических сплавов, высокотемпературной керамики, полимерных композиционных материалов, которые требуют дальнейшего развития и создания современного оборудования и программного обеспечения и, безусловно, подготовки специалистов в этом стремительно развивающемся научно-техническом направлении.
В перспективе 3D-технологии будут применяться при сварке крупногабаритных металлических конструкций сложной конфигурации в судостроении и реакторостроении. Это направление активно развивается в передовых университетах России, научных организациях и промышленных предприятиях.
Следующее поколение технологии 4D превратит принтеры в цифровые заводы. Они будут изготавливать изделия из новых материалов с программируемыми свойствами, с ещё более высокой точностью и производительностью.
Композиты — материалы будущего
Ещё одно технологическое направление дорожной карты — развитие полимерных композиционных материалов.
Первой отраслью, оценившей возможности композитов, стала авиация. В лучших образцах пассажирского самолётостроения доля полимерных композиционных материалов составляет уже до 50 процентов. Лёгкость, высокая прочность, технологичность, стойкость к агрессивным средам — главные преимущества этой технологии. Применение композитов экономит топливо, снижает выбросы и стоимость обслуживания.
Сегодня композиты используются в различных отраслях промышленности: космической, автомобиле- и судостроении, строительстве, безуглеродной энергетике, индустрии спортивных товаров.
В строительной отрасли такие материалы применяются для усиления зданий, опор ЛЭП и мостов, восстановления несущей способности конструкций.
В сфере ЖКХ распространены композитные люки, трубы, скамейки, опоры уличного освещения.
Композиты успешно применяются в изделиях с повышенными требованиями к физико-механическим характеристикам их элементов. Например, в болидах «Формулы-1», лопастях ветроустановок и космических летательных аппаратах.
Редкие металлы для качественной связи
Редкие и редкоземельные металлы — неотъемлемая часть современной электроники: батарей, экранов смартфонов и компьютеров, микрочипов и устройств памяти. Без них в составе оптоволокна невозможен высокоскоростной качественный Интернет.
Использование редкоземельных металлов играет значимую роль в вопросах экологии. В частности, для перехода к самому современному экологическому стандарту, регулирующему содержание вредных веществ в выхлопных газах автомобилей, Евро-6.
Применяются особые металлы и в медицине. Например, в составе сверхмощных магнитов для томографов.
Стеклянную поверхность экрана любого гаджета делает сенсорной крупица редкого металла индия. Напыление европия и тербия даёт цветовые оттенки на экране, частицы тантала регулируют мощность телефона, а литий и кобальт «аккумулируют» энергию, которая делает телефон «мобильным».
Металл германий лежит в основе системы ночного видения, применяемой в самолётах и кораблях.
Своей высокой скоростью ракеты обязаны металлу рению — из него изготавливаются корпуса и лопасти турбин, сопла двигателей.
В медицине, кроме производства электронных приборов и инструментов, редкие металлы важны в протезировании — так, металл тантал уникален своей биосовместимостью.
Новые материалы и вещества
Перспективным направлением является разработка новых конструкционных и функциональных материалов и веществ. Они обладают более высокими механическими, электрическими, магнитными, радиационными, оптическими и другими характеристиками, что позволяет их применять практически в любой сфере жизнедеятельности.
В будущем может появиться альтернативный вид транспорта, позволяющий выйти в космос, — «космический лифт». Он представляет собой ленту, один конец которой присоединён к поверхности Земли, а другой находится на орбите в космосе. Гравитационное притяжение нижнего конца ленты компенсируется силой, вызванной центростремительным ускорением верхнего конца, и лента находится непрерывно в натянутом состоянии. Новые конструкционные и функциональные материалы сделали «космический лифт» решаемой инженерной задачей.
Потребность в углеродных материалах, химических волокнах, высокопрочных пластмассах, сплавах и других инновационных материалах очень высока в российской промышленности. Применение новых материалов необходимо для жилищного строительства, медицинского производства и других социально значимых сфер.