Материаловедение и аддитивные технологии

Предложен новый твердый электролит для натрий-ионных аккумуляторов 🪫 Исследователи МГУ, ИХТТМ СО РАН, ФИЦ ПХФ и МХ РАН, Кольского научного центра РАН, Самарского государственного медицинского университета и других институтов провели систематический поиск перспективных твердых электролитов для натрий-ионных аккумуляторов. Вместо эмпирического перебора составов применена многостадийная стратегия компьютерного скрининга: геометрико-топологический анализ кристаллической решетки, расчет барьеров миграции методом валентных усилий связи, кинетическое Монте-Карло моделирование и квантово-химические расчеты (ab initio). Из тысяч кандидатов в базе ICSD отобраны шесть соединений, лидером среди которых стал оксофторид ниобия-натрия Na₂NbOF₅. Работа опубликована в Journal of Physics and Chemistry of Solids. 🔬 Теоретические расчеты предсказывали для Na₂NbOF₅ объемную ионную проводимость 6,6×10⁻³ См/см при комнатной температуре и ширину запрещенной зоны более 4 эВ (отсутствие электронной проводимости). Ключевое преимущество материала — возможность синтеза на воздухе без использования герметичных инертных боксов, что критически отличает его от многих сульфидных и галогенидных электролитов, разлагающихся от следов влаги. Однако экспериментальный гидротермальный синтез выявил наличие примеси NaF (около 12,3 мас.%), которая сама является диэлектриком и блокирует ионный транспорт. Кроме того, при попытке высокотемпературного спекания для получения монолитной керамики примесный NaF вступает в реакцию с остаточной влагой с выделением токсичного фтороводорода, что делает традиционное спекание невозможным. Из-за этого образцы были спрессованы в таблетки при комнатной температуре («холодное» прессование). 🤩 Измеренная методом импедансной спектроскопии проводимость составила 1,03×10⁻⁶ См/см при 25°C — в тысячи раз ниже теоретической. Однако авторы подчёркивают, что это значение является нижней оценкой, и даже в неспечённом виде с изолирующей примесью проводимость сопоставима с показателями многих известных твердых электролитов (например, Na₃InCl₆ или Na₄P₂S₆) в их оптимальном состоянии. Для материала предложены два пути внедрения. Краткосрочный — использование порошка Na₂NbOF₅ в качестве активного наполнителя в композитных твердополимерных электролитах, где полимерная матрица не требует высокотемпературного спекания, а частицы электролита создают быстрые каналы миграции ионов. Долгосрочный — доработка синтеза для полного удаления примеси NaF с последующим применением искрового плазменного спекания в контролируемой сухой атмосфере, которое позволяет получить плотную керамику за секунды, предотвращая термическое разложение. Работа хорошо демонстрирует современный подход к поиску материалов: от цифрового предсказания через экспериментальную проверку до инженерного решения проблем.

Зачем в магниевые сплавы добавляют редкоземельные элементы 🧲 Специалисты ВИАМ провели систематический анализ научно-технических публикаций, посвящённых разработке новых магниевых сплавов. Установлено, что наиболее активные исследования в мире ведутся в отношении сплавов, содержащих гадолиний в качестве основного легирующего компонента. Интерес к нему обусловлен разработкой новых доступных технологии раздельного извлечения редкоземельных металлов из полиметаллических руд, что сделало его применение экономически оправданным. Результаты работы опубликованы в журнале «Труды ВИАМ». 🔎 Ключевой механизм упрочнения в LPSO-сплавах связан с формированием самоорганизующихся длиннопериодных фаз, которые возникают при определённом соотношении гадолиния, иттрия и цинка. Эти фазы действуют как эффективные барьеры для движения дислокаций, одновременно препятствуя распространению трещин. Кроме того, в процессе старения выделяются нанодисперсные частицы фаз β' и β-Mg₂₄(Gd,Y)₅, которые дополнительно упрочняют матрицу. Среди изученных составов наибольший интерес представляет сплав марки GW83K (разработан китайскими исследователями), обработанный методом ротационной ковки. Его предел прочности достигает 710 МПа при относительном удлинении 4,5% — это рекордный уровень для магниевых сплавов, сопоставимый с высокопрочными деформируемыми алюминиевыми сплавами. 🔬 Авторы обзора отмечают, что максимальный уровень механических свойств достигается при использовании комплексных технологических схем, включающих двойную экструзию, ступенчатую горячую прокатку и последующее старение. Для сплава системы Mg–Gd–Y–Zn–Zr такая обработка позволяет получить практически изотропные свойства: предел прочности ≥370 МПа, предел текучести ≥220 МПа, относительное удлинение ≥8%. Также возможно применение аддитивных технологий, в частности электродуговой наплавки проволоки (WA-DED), которая позволяет изготавливать крупногабаритные тонкостенные детали сложной формы. Исследования сплавов серии GW (GW42K, GW72K, GW102K) показали, что увеличение содержания гадолиния с 4 до 10% приводит к измельчению зерна, изменению морфологии эвтектической фазы от островковой до непрерывной сетчатой и росту прочности после полного цикла термообработки (Т6) на 12–17% в зависимости от направления. Магниево-гадолиниевые сплавы постепенно становятся реальным направлением развития авиационных и космических материалов, где снижение массы без потери прочности остаётся главной задачей. Интенсивность мировых исследований подтверждает их конкурентоспособность и перспективность для высокотехнологичных отраслей. Работа выполнена при поддержке ЦКП «Климатические испытания» НИЦ «Курчатовский институт» – ВИАМ.

Учёные РТУ МИРЭА разработали методику проектирования гетерогенных вычислительных систем 💻 Вместо бесконечного наращивания числа ядер в процессорах предложили использовать специализированные аппаратные ускорители, которые берут на себя массовые однотипные операции — обработку видео, поиск в базах данных, вычисления для ИИ и криптографии. ➡️ Разработанная методика позволяет оценить эффективность будущего ускорителя ещё на ранних этапах, объединяя архитектуру чипа, работу компилятора и технологические процессы. Это помогает определить, сколько и каких специализированных блоков разместить на кристалле и как избежать «узких горлышек» в передаче данных. «Это как команда поваров, где каждый выполняет свою задачу, — поясняет заведующий кафедрой Андрей Зуев. — Наша методика позволяет заранее понять, сколько и каких специализированных "помощников" разместить на одном кристалле». Эпоха роста тактовой частоты закончилась, на смену пришла эра специализации. Умное проектирование гетерогенных систем повлияет на создание быстрых серверов, интеллектуальных камер и экономичных чипов для носимой электроники. Исследование опубликовано в журнале «Russian Technological Journal». Следите за новостями РТУ МИРЭА: 👻 МАХ | 💙 ВК | 💙 Сайт

Физики пересмотрели влияние влаги на авиационные углепластики 🛩 Исследователи ВИАМ и СибНИА провели систематическое исследование влияния атмосферной влаги на механические свойства и долговечность углепластика марки ВКУ-39/ВТкУ-2.200 — перспективного российского композита, применяемого в авиастроении. Образцы выдерживались в среде с относительной влажностью 98% при 60°C до 3,5 месяцев. Влагопоглощение составило чуть более 1% по массе, однако этого оказалось достаточно для изменения температуры стеклования полимерной матрицы (эпоксидной смолы) со 195 до 116°C — падение почти на 80 градусов, что свидетельствует о глубокой пластификации и деградации межмолекулярных связей. Работа опубликована в журнале «Труды ВИАМ» при поддержке РНФ. 🪟 Испытания показали, что характер разрушения зависит от типа нагрузки. При межслойном сдвиге прочность увлажнённых образцов снизилась на 10%, однако долговечность (время до разрушения под постоянной нагрузкой) сократилась в 10 раз. При циклических нагрузках (повторяющееся сжатие-растяжение, имитирующее условия эксплуатации фюзеляжа, крыла и лопастей винта) прочность упала на 25%, а долговечность — более чем в 100 раз. Это означает, что допустимое влагопоглощение, считающееся безопасным по прочностным критериям, может многократно сокращать реальный ресурс деталей. 💡 Учёные адаптировали кинетическую теорию прочности, изначально разработанную для металлов, для влажных композитов и установили принцип температурно-влажностной аналогии: воздействие воды на эпоксидную смолу действует аналогично повышению температуры. Молекулы воды проникают между полимерными цепями, ослабляют межмолекулярное взаимодействие и снижают внутреннее трение, уменьшая вязкость и одновременно повышая хрупкость. Особенно показательно снижение активационного объёма (структурного параметра, характеризующего сопротивление материала развитию трещин: с ростом влагосодержания активационный объём падает линейно, что указывает на прогрессирующую структурную деградацию и рост опасности зон концентрации напряжений). Существующие технические регламенты, ориентирующиеся только на прочность, недооценивают риск влажностной деградации. В тёплом влажном климате прочность при сдвиге падает на 20–30% (по данным трёхлетней статистики), а при измерениях при 120°C — ещё сильнее. Авторы предлагают новый критерий оценки состояния материала — комплексный параметр, учитывающий влагосодержание, температуру и механизм разрушения, — для прогнозирования реального остаточного ресурса деталей.

Физики разработали метод переноса двумерных материалов с использованием пищевой пленки 🔬 Исследователи из Института физики Амстердамского университета предложили простую и эффективную технику переноса ультратонких (толщиной в единицы атомов) слоев материалов, таких как монослой WS₂ (дисульфид вольфрама) и гексагональный нитрид бора, на различные подложки, включая текстурированные поверхности. Метод основан на использовании пищевой пленки из линейного полиэтилена низкой плотности (ЛПНП) в качестве временного переносчика. Результаты опубликованы в журнале ACS Nano. 🖥 Двумерные материалы, например графен, обладают уникальными электронными и оптическими свойствами, но их интеграция в устройства осложняется сложностью переноса с ростовых подложек на целевые. Традиционный метод с использованием скотча приводит к растрескиванию, загрязнению клеем и ограниченному размеру чешуек. Альтернативные техники с использованием полимерных пленок часто оставляют трудноудаляемые остатки. Авторы предложили использовать ЛПНП, который при нагреве до 140°C плавится и захватывает образец, а затем при нагреве до 150°C снижает свою вязкость и легко отделяется от подложки, оставляя на ней перенесенный монослой. Остатки полимера удаляются последовательной промывкой олеиновой кислотой, ортоксилолом и изопропиловым спиртом. 💡 Процесс не повреждает ни переносимый материал, ни подложку, а остатки полимера полностью удаляются. Как отмечает руководитель группы, открытие произошло случайно: европейская пищевая пленка плавится при 120°C, в отличие от японского аналога, и это свойство оказалось определяющим. Дополнительным открытием стало то, что перенос улучшает излучательные характеристики материалов. Разработанная техника масштабируема и может быть использована для создания транзисторов, сверхтонких оптических элементов и других устройств на основе двумерных материалов, ускоряя их переход от лабораторных прототипов к промышленному производству.

Выявлено слабое звено высокоэнтропийного сплава 🧲 Учёные НИТУ МИСИС, ИНМЭ РАН и Каталонского института нанонауки и нанотехнологий впервые провели испытания на растяжение микрообразцов высокоэнтропийного сплава CoCrCuFeNi внутри просвечивающего электронного микроскопа, наблюдая за зарождением и распространением трещин в реальном времени с нанометровым разрешением. Результаты, опубликованны в Journal of Materials Science (Q1) при поддержке РНФ (проект № 22-79-10144-П). 🔎Высокоэнтропийные сплавы (ВЭС) — это многокомпонентные системы, состоящие как минимум из пяти элементов в примерно равных атомных долях, что обеспечивает уникальное сочетание прочности, жаростойкости, коррозионной стойкости и радиационной устойчивости. Сплав CoCrCuFeNi отличается доступностью компонентов и технологичностью, однако его механические свойства оказывались ниже прогнозируемых, что ограничивало применение в ответственных изделиях, особенно в микроэлектромеханических системах (MEMS) и датчиках, где размеры отдельных структурных элементов сопоставимы с размерами изделия. 🧪 Наблюдения показали, что с самого начала деформации вся активность — локализация напряжений и зарождение трещин — сосредоточена исключительно внутри крупных зерен меди, образующихся в сплаве из-за ограниченной растворимости меди в основных компонентах. Именно медные включения выступают в роли концентраторов напряжений, инициируя разрушение, тогда как остальная структура остаётся неповреждённой до финальной стадии. Чем больше в структуре крупных медных сегрегаций, тем выше вероятность локального разрушения под нагрузкой. Установленный механизм даёт практические ориентиры для управления свойствами: снижение содержания меди до пределов её растворимости, использование быстрого охлаждения при закалке, искровое плазменное спекание или аддитивные технологии позволяют подавить образование крупных медных включений; повышение концентрации никеля увеличивает растворимость меди, также снижая риск сегрегации. Интересно, что в других материалах (например, в алмазосодержащих композитах) медные прослойки играют положительную роль — мягкая медь гасит напряжения и повышает вязкость разрушения. Работа создаёт основу для разработки новых сплавов с улучшенным балансом прочности и пластичности для авиакосмической техники, атомной энергетики, защитных покрытий и микроэлектромеханических систем.

Новый материал для квантовых процессоров с временем квантовой когерентности до 4 микросекунд ⚛️ Исследователи из ФИЦ проблем химической физики и медицинской химии РАН, Института физики твёрдого тела РАН и Киотского университета (Япония) синтезировали серию координационных соединений — металлофталоцианинов — в которых спины атомов переходных металлов способны находиться в состоянии квантовой когерентности. Время сохранения когерентности достигло 4 микросекунд, что в сотни раз превышает длительность стандартного управляющего импульса и делает эти комплексы перспективными кандидатами для создания кубитов — базовых элементов квантовых процессоров. Результаты опубликованы в журнале Dalton Transactions при поддержке гранта РНФ. 🔬В основе работы лежат фталоцианины — синтетические органические соединения с плоской кольцевой структурой, напоминающей по строению природные пигменты (хлорофилл, гемоглобин). Молекула фталоцианина способна удерживать внутри кольца атом металла, что позволяет тонко настраивать электронные и магнитные свойства комплекса. Хотя фталоцианины давно применяются в производстве красителей и в качестве катализаторов, их квантовые свойства оставались практически не изученными до настоящего времени. 🔎 Авторы синтезировали три комплекса — с ванадием, медью и оловом. Комплекс с оловом использован как диамагнитный эталон: у атома олова нет неспаренных электронов. У ванадия и меди, напротив, имеется по одному неспаренному электрону, спин которого служит носителем квантовой информации — своеобразной «стрелкой компаса». В комплексах с ванадием и медью эти спины ведут себя как квантовые объекты: они могут одновременно находиться в нескольких состояниях (суперпозиция), а спины разных атомов оказываются взаимно зависимыми (квантовая запутанность). Оба материала демонстрировали время когерентности до 4 мкс — для микроскопического мира это значительный срок, достаточный для выполнения квантовых операций. При этом комплекс меди показал особенно медленную магнитную релаксацию — до 0,1 секунды в определённых условиях. 🧪 Выбор трёх металлов с разной электронной структурой позволил исследователям выявить закономерности, управляющие квантовыми свойствами комплексов. Установлено, что поведение материала заметно зависит от способа приготовления образца: одна и та же химическая система может демонстрировать разные характеристики в зависимости от условий синтеза и кристаллизации. В дальнейшем учёные планируют модифицировать органическую часть молекул для увеличения времени когерентности и изучить возможность интеграции синтезированных соединений в реальные квантовые устройства.

Разработан метод упрочнения алюминия, увеличивающий износостойкость и твёрдость поверхности в 6 раз 🧪 Исследователи Тольяттинского государственного университета предложили технологию локального упрочнения алюминиевых деталей, основанную на химическом никелировании с последующей лазерной обработкой. Метод позволяет формировать на поверхности новый слой из интерметаллических соединений алюминия и никеля (например, Al₃Ni, AlNi, AlNi₃), которые обладают значительно более высокой твёрдостью по сравнению с исходным металлом. Работа выполнена в рамках программы «Приоритет 2030» и опубликована в журнале «Сварка и диагностика». 🔎 Эксперименты показали, что твёрдость модифицированного слоя возрастает в 6 раз по сравнению с исходным алюминием, а износостойкость увеличивается в 3 раза. Оптимальные режимы лазерного воздействия были подобраны для получения интерметаллидной фазы с наилучшими механическими свойствами. При этом чем выше концентрация никеля в исходном покрытии, тем твёрже оказывается финальный слой. Поверхность после лазерной обработки характеризуется высокой гладкостью, что в ряде случаев исключает необходимость дополнительной механической доводки. Технология совместима с существующим производственным оборудованием, так как химическое никелирование и лазерные установки широко доступны на промышленных предприятиях. 🔧 Важное преимущество метода — возможность локального упрочнения только тех участков детали, которые подвергаются трению или абразивному износу, что снижает расход материалов и себестоимость обработки, что сокращает нагрузку на ремонтные службы и продлевает межсервисные интервалы. Планируется оптимизировать режимы обработки для других алюминиевых сплавов и изучить поведение покрытия в агрессивных средах. Технология перспективна для отраслей, где лёгкость алюминия критична, но его низкая износостойкость остаётся ограничивающим фактором, — транспортном машиностроении, энергетике и судостроении.

В МИСИС разработан экономичный метод получения порошков для 3D-печати ➖ Исследователи Университета МИСИС предложили альтернативу энергоёмким и дорогостоящим технологиям распыления расплава и плазменной обработки для производства металлических порошков, используемых в аддитивном производстве. 🟣 Качество изделий, напечатанных на 3D-принтере, критически зависит от формы частиц: сферические и квазисферические порошки обеспечивают равномерное распределение по поверхности, высокую насыпную плотность и стабильность процесса печати. 🧂 Авторы работы, опубликованной в журнале Powder Technology, применили высокоэнергетический шаровой помол — механическую обработку в планетарной мельнице с высокой энергией соударений, — которая позволяет одновременно синтезировать высокоэнтропийный сплав и придавать частицам преимущественно сферическую морфологию. ✈️ Полученный порошок на основе системы Al–Fe–Ni–Cu–Cr–Ti (высокоэнтропийный сплав — материал, состоящий из пяти и более основных элементов в примерно равных долях) характеризуется высокой текучестью и однородной наноструктурой. Около 80% частиц имеют размер 5–45 мкм — оптимальный диапазон для большинства аддитивных технологий. При этом каждая частица состоит из нанокристаллических областей размером 5–30 нм, что способствует дополнительному упрочнению готовых изделий за счёт эффекта Холла–Петча (увеличение прочности с уменьшением размера зерна). Метод продемонстрировал универсальность: на других высокоэнтропийных сплавах также удалось получить частицы с преобладающей сферической формой. Разработанная технология снижает производственные затраты за счёт совмещения стадий синтеза и формообразования, исключая дорогостоящие операции плазменной обработки и длительные термические циклы.

Приглашаем на очную встречу с приемной комиссией Мероприятие пройдёт 28 июля в 18:00 на проспекте Вернадского, д. 78 в Конференц-зале и будет полезно абитуриентам бакалавриата/специалитета и их родителям ❓ На встрече вы получите чёткий алгоритм действий для успешного поступления. • Какие шаги необходимы для зачисления именно в РТУ МИРЭА? • Что входит в полный перечень документов? • Какие стратегии могут выбрать абитуриенты? • Как читать конкурсные списки и оценивать свои шансы на поступление? 💬 Вы сможете задать вопросы напрямую ответственному секретарю приёмной комиссии и получить экспертную поддержку в один из ключевых моментов жизни. 📌 Участие бесплатное по предварительной регистрации. Следите за новостями РТУ МИРЭА: 📢 TG | 💬 ВК | 🌐 Сайт

Отходы нефтегазовой промышленности превратят в суперсорбенты для очистки воды 🛢 Исследователи Ташкентского государственного технического университета предложили способ переработки высоковязких остатков (тар-продуктов), образующихся при пиролизе природного газа на Устюртском газохимическом комплексе (Каракалпакстан, Узбекистан). Ежегодно на комплексе перерабатывается более 3 млрд м³ газа, при этом образуется около 21 тонны токсичной смолистой массы, которая ранее сжигалась или захоранивалась, усугубляя экологическую ситуацию в аридном Приаралье. Технология, опубликованная в журнале «Химическая безопасность», основана на вакуумной дистилляции при пониженном давлении, позволяющей разделять сложную углеводородную смесь при щадящих температурах (до 400°C) и получать целевые фракции с минимальными потерями. ⚗️ В ходе фракционной перегонки сырьё последовательно нагревается, и при 360–400°C отгоняется четвёртая фракция, обогащённая тетраценом и его метил- и этилпроизводными — полициклическими ароматическими углеводородами с плоской структурой из четырёх конденсированных колец. После дополнительной низкотемпературной выдержки при –5°C из 7 кг исходной смолы выделяется около 500 г кристаллического продукта высокой чистоты. Спектроскопический анализ подтвердил отсутствие примесей антрацена и фенантрена, что критически важно для последующего синтеза функциональных материалов. 🔍 Тетрацен и его гомологи служат идеальной основой для получения амфолитных сорбентов — материалов, способных одновременно связывать как положительно, так и отрицательно заряженные ионы. Такие сорбенты эффективно удаляют из воды тяжёлые металлы, хлориды, сульфаты и микроскопические примеси кальция, магния и кремниевой кислоты, что особенно востребовано для тонкой очистки промышленных стоков. Учёные уже подали заявку на патент способа получения аминокарбоксильного амфолита из продуктов переработки тар-сырья. Технология практически безотходна: лёгкие фракции (нафталин и другие ароматики) пригодны как компоненты топлива или сырьё для нефтехимии, средние фракции с флуореном и фенантреном — для органического синтеза, антраценсодержащая фракция — для производства ионообменных смол и красителей. Кубовый остаток (около 40% исходной массы) может перерабатываться в технический углерод, электродный кокс или добавку в дорожные битумы. Материальный баланс показывает минимальные потери (1%), при этом 59% сырья превращается в полезные продукты. Вместо затрат на захоронение опасных отходов предприятия получают сырьё для востребованных сорбентов.

Масштабный обзор российских учёных показал, какое значение имеет нано- и микрошероховатость поверхности имплантатов 💀 Исследователи МГТУ им. Н.Э. Баумана, НИТУ МИСИС и Института химической физики РАН провели систематический анализ более 150 публикаций, посвящённых влиянию топографии поверхности медицинских имплантатов на их биосовместимость. Обзор опубликован в журнале «Химическая безопасность» при поддержке Минобрнауки России. В работе показано, что абсолютно гладкая поверхность неблагоприятна для клеточной адгезии — клетки нуждаются в микронеровностях (микронного и субмикронного масштаба) для закрепления с помощью псевдоподий, тогда как избыточная шероховатость может приводить к выделению токсичных продуктов, провоцировать воспаление и нарушать регенерацию. 🔎 Ключевой вывод обзора: микротопография поверхности имплантата не только создаёт механическую опору для клеток, но и модулирует экспрессию белков и активность рецепторов. На титановых сплавах комбинация нано- и микрошероховатостей изменяет профиль экспрессии интегринов (трансмембранных рецепторов, ответственных за прикрепление клеток к внеклеточному матриксу и передачу сигналов «клетка–среда»). Различные типы клеток (остеобласты, макрофаги, нервные клетки, тромбоциты) демонстрируют специфические реакции на топографию поверхности, что позволяет управлять процессом регенерации, стимулируя одни клеточные линии и подавляя другие. Для костной ткани дополнительное значение имеют пьезоэлектрические свойства: механические нагрузки на шероховатую поверхность создают локальные электрические потенциалы, стимулирующие остеобласты. Поэтому активно разрабатываются имплантаты из ферроэлектрических и пьезоэлектрических материалов, где микрорельеф работает в тандеме с электрическими свойствами. В то же время шероховатость определяет риск бактериального обрастания: для разных микроорганизмов оптимальны разные масштабы неровностей, что требует комплексного учёта химических, реологических и микромеханических факторов при проектировании антибактериальных покрытий. Авторы подчёркивают, что изменение шероховатости (например, методами пескоструйной обработки, анодирования, плазменного травления или выщелачивания порогенов в полимерах) почти всегда сопровождается изменением химического состава поверхности, что может как усилить, так и ослабить биосовместимость. Например, плазменное травление с высокой энергией увеличивает содержание кислорода и шероховатость, но может ухудшить васкуляризацию. Поэтому необходим комплексный контроль параметров (Ra, Rq, Rz, Rsk, Sm), а также учёт текстуры и морфологии поверхности. В ближайшем будущем, по мнению авторов, машинное обучение позволит предсказывать оптимальные методы обработки поверхности под заданные биологические свойства, что откроет путь к имплантатам с предсказуемыми характеристиками для каждого пациента.

Учёные ФИАН синтезировали люминесцентные комплексы европия и показали, что замена одного атома в органическом лиганде позволяет управлять яркостью свечения 💡 Исследователи Физического института имени П.Н. Лебедева РАН синтезировали три новых координационных соединения европия (Eu³⁺) с органическими лигандами, содержащими в своём каркасе атомы кремния, германия или олова. Работа опубликована в журнале Dalton Transactions при поддержке гранта РНФ. Соединения лантаноидов, обладающие узкими полосами люминесценции и большим стоксовым сдвигом, востребованы в биомедицине для флуоресцентной визуализации тканей и отслеживания распределения лекарств, а также для создания энергоэффективных дисплеев и светодиодов. 🔎 Лантаноиды плохо поглощают свет из-за запрещённых 4f-4f переходов. Для усиления свечения к иону металла «пришивают» органические молекулы (лиганды), которые выступают в роли «антенн»: они поглощают ультрафиолетовое излучение и передают энергию на электронные уровни иона лантаноида (механизм сенсибилизированной люминесценции). Эффективность такого переноса критически зависит от электронной структуры лиганда, при этом даже небольшие модификации могут неожиданно влиять на итоговый квантовый выход. 🧪 Авторы взяли за основу органическую молекулу и ввели в её каркас фрагменты, содержащие атомы Si, Ge или Sn, а затем связали полученные лиганды с ионами Eu³⁺. Наиболее эффективная люминесценция наблюдалась у комплекса с кремнием: его квантовый выход (отношение числа испущенных фотонов к числу поглощённых) оказался в полтора раза выше, чем у комплекса с оловом. Этот эффект объясняется тем, что кремний одновременно усиливает поглощение света (за счёт влияния на электронную плотность лиганда) и не запускает побочный механизм безызлучательной релаксации, который возникает для более тяжёлых германия и олова из-за усиления спин-орбитального взаимодействия и заселения промежуточных триплетных состояний с последующей передачей энергии на колебательные уровни. Важно, что кремнийсодержащий комплекс также обладает более низкой токсичностью по сравнению с германий- и оловосодержащими аналогами, что открывает перспективы его использования в качестве люминесцентной метки в биомедицинских исследованиях in vitro и in vivo. Работа демонстрирует, что направленная замена одного атома в лиганде позволяет предсказуемо изменять эффективность люминесценции без необходимости синтеза обширных библиотек соединений. В дальнейшем авторы планируют изучить дополнительные модификации наиболее перспективного кремнийсодержащего комплекса для создания ещё более ярких и стабильных светящихся материалов.

Разработана технология химико-термической обработки кварцевых труб из отечественного сырья для производства прочного оптического волокна, устойчивого к влаге и высоким температурам 🤩 Учёные Пермского политехнического университета и ПАО «Пермская научно-производственная приборостроительная компания» (ПНППК) создали новую технологию подготовки кварцевых труб для оптического волокна, адаптированную к свойствам российского кварцевого стекла. Традиционная трёхступенчатая обработка (шлифовка, травление в концентрированной кислоте, огневая полировка) эффективна только для импортных материалов; для отечественного сырья, отличающегося более хрупкой структурой, она приводит к образованию глубоких поверхностных дефектов и микротрещин, что снижает прочность и ресурс волокна. Исследование опубликовано в журнале «Прикладная фотоника». 💎 Оптическое волокно — тончайшая кварцевая нить, используемая в датчиках и системах управления в авиации, ракетостроении, навигации и энергетике. До 80–95% массы волокна составляет кварцевая труба-заготовка, качество поверхности которой определяет механическую прочность и долговечность конечного изделия. Любой дефект (царапина, микротрещина) под нагрузкой или под действием влаги растёт и приводит к разрушению. Для обеспечения надёжности требуется идеально гладкая поверхность без повреждённого слоя. ☠️ В ходе эксперимента учёные выявили, что отечественное кварцевое стекло обладает повышенной склонностью к растрескиванию и сильнее разрушается при стандартной кислотной обработке. Основываясь на серии опытов, они модифицировали все ключевые параметры: снизили концентрацию кислоты в 4 раза, сократили время выдержки в растворе в 6 раз и увеличили частоту операций огневой полировки в два раза. Менее агрессивный раствор позволил удалять дефектный слой, не углубляя повреждения, характерные для хрупкого отечественного материала. После обработки по новой технологии поверхность труб стала идеально гладкой, сопоставимой по качеству с импортными аналогами. Испытания в климатической камере, имитировавшие условия повышенной влажности и циклических перепадов температур, показали, что прочность отечественного волокна в 1,5 раза выше, чем у импортных образцов, обработанных по стандартной методике. Технология позволяет отказаться от импортных материалов в производстве оптического волокна для систем контроля и измерения, работающих в сложных условиях, включая нефтегазовую отрасль, медицину, энергетику и транспорт.

Физики МФТИ впервые напрямую измерили влияние механического давления на свойства сегнетоэлектрического оксида гафния, используемого в перспективной энергонезависимой памяти ⚡️ Учёные Лаборатории перспективных концепций хранения памяти МФТИ разработали метод прямого измерения влияния механического напряжения на сегнетоэлектрические свойства тонких плёнок оксида гафния (HfO₂), легированного цирконием. Сегнетоэлектрическая память на основе HfO₂ рассматривается как перспективная альтернатива существующим технологиям хранения данных благодаря низкому энергопотреблению, высокой скорости и ресурсу (количество циклов перезаписи). Однако сегнетоэлектрическая фаза в оксиде гафния метастабильна, и для её стабилизации требуется сочетание трёх факторов: малой толщины плёнки (4–20 нм), высокотемпературного отжига и легирования атомами, создающими внутреннее напряжение в кристаллической решётке. 🔎 В процессе синтеза методом атомно-слоевого осаждения (ALD) на кремниевую подложку послойно наносится HfO₂, легированный Zr, затем плёнка подвергается быстрому термическому отжигу при 400–600°C. Из-за разницы коэффициентов теплового расширения HfO₂ и электродных материалов в плёнке после охлаждения возникают значительные механические напряжения (сжатие), влияющие на её функциональные свойства. Однако традиционные методы измерения (рентгеновская дифракция, изгиб жесткой подложки) не позволяют выделить вклад собственно механического давления из-за одновременного изменения фазового состава и ориентации полярных осей. Для прямого измерения эффекта учёные изготовили образцы сегнетоэлектрической памяти на гибкой полимерной подложке, полностью исключающей напряжения от подложки, и создали автоматизированную установку с тензометрическим датчиком, фиксирующим деформацию и растягивающее давление в реальном времени. Один край образца закреплён неподвижно, второй отодвигается с помощью мотора, при этом датчик непрерывно регистрирует усилие, а измерительная электроника — изменение электрических характеристик (ёмкости, поляризации) в процессе деформации. Такая схема позволяет изолировать вклад механического давления от других факторов. Разработанный метод открывает возможность оптимизации параметров синтеза (температуры отжига, уровня легирования) через управление механическими напряжениями в плёнке, что критически важно для повышения стабильности и воспроизводимости свойств сегнетоэлектрической памяти на основе HfO₂. Работа опубликована в Applied Physics Letters и выполнена при поддержке Минобрнауки России.

Казанские учёные установили, что теплопроводность, водопоглощение и прочность керамики определяются не размером, а морфологией порового пространства, включая наличие открытых и закрытых пор и трещин в зонах их локализации 🤩 Исследователи Института геологии и нефтегазовых технологий КФУ и Казанского государственного архитектурно-строительного университета изучили влияние пористости на свойства строительной керамики с использованием рентгеновской компьютерной томографии, что позволило получить детальную информацию о трёхмерной структуре порового пространства. Работа опубликована в журнале «Известия вузов». 🔎 Образцы изготовлены из суглинка Ключищенского месторождения (Республика Татарстан) с добавлением выгорающих добавок — древесных опилок и продукта утилизации нефтешламов — для формирования пор, а также модификаторов для улучшения формовочных свойств. Установлено, что прямая зависимость между размером пор и эксплуатационными характеристиками отсутствует. Крупные поры в исследованных образцах оказались закрытыми и снижали водопоглощение, тогда как мелкие поры, напротив, способствовали капиллярному подсосу воды за счёт образования зон трещиноватости вокруг них. Высокопористая керамика с развитой поровой структурой, полученная при добавлении выгорающих добавок, демонстрирует сочетание низкой теплопроводности и достаточной прочности. Такие материалы перспективны для производства энергоэффективных стеновых материалов (кирпичей, блоков) и так называемого керамического утеплителя, сохраняющего свойства в течение всего жизненного цикла здания. Работа выполнена при поддержке субсидии КФУ.

Ученые КФУ исследовали износ узлов криоохладителей ❄️ Сотрудники лаборатории «Квантовые симуляторы» Института физики Казанского федерального университета провели комплексное исследование износа элементов криоохладителей — устройств, используемых для получения и поддержания сверхнизких температур (до 10–20 К) в системах, где требуется глубокое охлаждение, например, в квантовых компьютерах, сверхпроводящих магнитах и детекторах излучения. Результаты опубликованы в журнале «Сверхпроводимость: фундаментальные и прикладные исследования». 👍 Криоохладители содержат роторный клапан — механический узел с трущимися парами «металл–полимер», работающий в условиях сухого трения (без смазки, так как смазочные материалы замерзают при криогенных температурах). После 18 000–20 000 часов эксплуатации на поверхностях ротора и статора возникают микронеровности, царапины и выбоины, снижающие герметичность и производительность устройства. Исследователи предложили три направления повышения износостойкости: оптимизацию зазоров и геометрии уплотнений; использование твердых защитных покрытий; применение композитных материалов на основе инженерных пластмасс с низкой склонностью к образованию абразивной пыли. Ученые КФУ исследовали износ узлов криоохладителей и предложили пути повышения их надежности в условиях сухого трения. 🔎 Математическое моделирование термодинамических процессов в роторном клапане показало, что симметричная геометрия окон с определёнными углами фаз впуска и выпуска обеспечивает стабильную работу цикла и равномерное распределение механических нагрузок. В рамках трибологических исследований изучены пары трения «инженерная пластмасса (ротор) – сталь AISI 304 или алюминиевый сплав Al–Mg–Si (статор)». Экспериментально обосновано, что применение композитных пластмасс и контртел с защитными покрытиями позволяет повысить износостойкость до 40%. В лаборатории также отработана технология трёхэтапной абразивной обработки стальных дисков и напыления пленок бора и нитрида бора в сверхвысоковакуумной установке (давление ~10⁻⁹ Па), обеспечивающая сохранение качества поверхности и чистоту элементного состава покрытий.

Учёные из России и Индии адаптировали алюминиевую бронзу (один из самых сложных материалов для печати) для селективного лазерного плавления ❤️ Исследовательская группа из Сколтеха, других российских научных организаций и индийских коллег провела системное исследование процесса 3D-печати алюминиевой бронзы (Cu-9.5Al-1Fe) — сплава, сочетающего высокую теплопроводность (превосходящую сталь и титан) с лучшей технологичностью в аддитивном производстве по сравнению с чистой медью. Результаты опубликованы в журнале Materials Characterization. Материал используется для создания теплообменников, охлаждаемых элементов энергетических установок и корпусов силовой электроники, работающих в условиях интенсивного теплового воздействия. 🔎 Ключевые проблемы при лазерной печати медных сплавов — их высокая отражательная способность и быстрый отвод тепла — приводят к двум типам дефектов: порам несплавления (частицы не успевают расплавиться) и порам типа «замочной скважины» (нестабильная паровая воронка в расплаве). Учёные варьировали плотность энергии в диапазоне 125–938 Дж/мм³, изменяя мощность лазера (90–150 Вт) и скорость сканирования (100–600 мм/с). Установлено, что при низкой плотности энергии преобладают поры несплавления, при высокой — поры типа замочной скважины, при этом общий уровень пористости сохраняется на уровне около 5% во всех режимах. 🔬 Несмотря на остаточную пористость, напечатанные образцы продемонстрировали механические характеристики, превышающие показатели литой алюминиевой бронзы: предел прочности достиг 748 МПа, относительное удлинение — 16,2%, что приближается к параметрам промышленной никель-алюминиевой бронзы (Ni-Al-Bronze), используемой в тяжелонагруженных узлах. Ключевым фактором оказалось не просто повышение энерговклада, а понимание механизмов перехода между дефектами различного типа, что позволяет прогнозировать свойства материала уже на этапе подбора параметров печати. 📊 Особое внимание уделено фазовому составу, формирующемуся при сверхбыстрой кристаллизации (скорости охлаждения до 10⁷ К/с). Обнаружены нетипичные для равновесной структуры фазы — прослойки Al₂Cu и наночастицы Cu₃Fe. Показано, что увеличение плотности энергии снижает плотность дислокаций и перераспределяет алюминий в структуре, что ведёт к повышению теплопроводности (до 47 Вт/(м·К) при комнатной температуре — близко к литому материалу) без видимого ухудшения механических характеристик. Измерения теплопроводности в диапазоне 5–575 К двумя независимыми методами (PPMS и лазерный флэш-анализ) подтвердили, что пористость оказывает незначительный эффект на тепловые свойства.

Китай успешно испытал технологию металлической 3D-печати на орбите 🚀 Китайская академия наук (CAS) совместно с Инновационной академией микроспутников провела успешную демонстрацию аддитивного производства на борту грузового испытательного аппарата «Цинчжоу» (Qingzhou). Аппарат был выведен на орбиту 30 марта 2026 года ракетой-носителем «Лицзянь-2 Y1». Эксперимент подтвердил возможность автономного создания металлических деталей в условиях микрогравитации и знаменует переход технологии космического аддитивного производства от «наземных исследований» к этапу «орбитальной инженерной верификации». 🌌 В отличие от печати на Земле, работа в космосе сопряжена с принципиально иными физическими условиями: необходимо контролировать перенос капель расплавленного металла, устойчивость жидких перемычек и эволюцию сварочной ванны в отсутствие гравитации. Дополнительные инженерные вызовы включают минимизацию массы полезной нагрузки, устойчивость к вибрациям при запуске, автономность работы, дистанционное управление и обеспечение безопасности на орбите. Во время испытаний установленный на борту принтер, использующий лазерную технологию с подачей металлической проволоки, автономно выполнял команды с Земли, обеспечивая стабильное послойное наплавление металла. Система успешно подтвердила надёжность многократных дистанционных запусков и остановок процесса. В ходе демонстрации были проверены совместимость оборудования с платформой аппарата, полностью автоматизированное выполнение операций, передача телеметрических данных и изображений, а также устойчивость процессов плавления и осаждения металла в космической среде. Успешный эксперимент открывает перспективу смены парадигмы космических миссий: от принципа «брать всё необходимое с Земли» к модели «производить по мере необходимости». Технология может применяться для орбитального производства и ремонта оборудования, изготовления запасных частей для космических станций, восстановления конструктивных элементов и автономного обеспечения дальних миссий, включая создание лунных баз. Исследовательская группа планирует продолжить испытания в более длительных и сложных условиях для ускорения перехода от демонстрационной стадии к практическому использованию технологии на орбите. Стоит отметить, что Китай стал не первой страной, испытавшей металлическую 3D-печать в космосе — в 2024 году Европейское космическое агентство установило аналогичный принтер на МКС, однако китайский эксперимент демонстрирует самостоятельное развитие страной критически важных технологий для будущих лунных программ и пилотируемых миссий.