В рамках программы «Приоритет 2030» Южно-Уральский государственный университет реализует ряд стратегических проектов, целями которых является сокращение времени выхода инновационных материалов на рынок и расширение их эксплуатационных свойств. Ученые ЮУрГУ создают самозалечивающиеся материалы, самоочищающийся бетон, стеклопластик для авиационной отрасли и коррозионностойкую сталь, и другие инновационные материалы.
Проект «Новые перспективные материалы» направлен на разработку «умных» материалов нового поколения, которые обеспечат безопасность и долгий срок службы, а в случаи возникновения нарушения целостности – устранят ее без вмешательства человека.
«В рамках стратегического проекта вышли на новый виток развития более десяти практикоориентированных направлений исследований и разработок в области создания материалов. Каждое направление имеет в качестве базы дальнейшего развития научную школу и современную материальную базу. В реализации исследований активное участие принимают студенты разных курсов обучения. Это гарантирует хорошие перспективы развития и научных команд проектов, и их взаимодействия с конкретными промышленными предприятиями – индустриальными партнерами», – рассказывает руководитель стратегического проекта, заведующий кафедрой «Материаловедение и физико-химия материалов» ЮУрГУ Денис Винник.
фото: Денис Винник, заведующий кафедрой «Материаловедение и физико-химия материалов»
Благодаря участию университета в программе «Приоритет 2030» были открыты две лаборатории и закуплено дорогостоящее программное обеспечение, которое позволит получить результаты мирового уровня в области новых материалов.
Диэлектрические материалы с эффектом самозалечивания
Диэлектрические материалы в процессе эксплуатации претерпевают повреждения как механического, так и электрического характера. Учеными ЮУрГУ ведется разработка новых диэлектрических материалов, обладающих свойствами восстановления нарушенных изоляционных характеристик. Для этого осуществляется поиск и испытания новых составов полимеров, которые позволили бы решить данную проблему в электротехнике.
Основным академическим партнером проекта является научная группа «Функциональные полисилоксаны и материалы на их основе» Санкт-Петербургского государственного университета. В качестве промышленного партнера проекта выступает ООО «Челябинский завод электрооборудования».
фото: Образец диэлектрического материала
Самоочищающийся бетон
Другой проект направлен на создание бетона нового поколения. Группой научных сотрудников ЮУрГУ получены лабораторные образцы биодобавки в состав бетона, благодаря которой станет возможным самоочищение и самовосстановление материала. Кроме этого, был выявлен наиболее эффективный штамм бактерий для создания добавки. Это позволит повысить долговечность, надежность и безопасность возводимых зданий и сооружений с применением конструкций из бетона.
Произведенная проверка эффективности добавки в заводских лабораториях завода ЖБИ и архитектурного бетона ООО «Бетотек» и завода архитектурного бетона ООО «Ворлд Прайс» показала положительные результаты. Коммерциализация добавки для самоочищающихся бетонов планируется в 2024 году.
фото: Заживление трещин в бетоне с помощью биодобавки
Композитные материалы для авиационной отрасли вместо стали
Учеными ЮУрГУ совместно с исследователями Лёвенского католического университета (г. Лёвен, Бельгия) разработаны гибридные псевдопластичные углепластики с уникальными свойствами. Разработка высокопрочных волокнистых композитов направлена на повышение эффективности их использования в авиастроении и авиадвигателестроении.
Такие материалы обладают эффектом псевдопластичности, что позволяет существенно снизить чувствительность к концентрации напряжений и увеличить допускаемые нагрузки. Научным партнером в рамках программы «Приоритет 2030» также является ФАУ «Центральный аэрогидродинамический институт имени профессора Н. Жуковского».
«В результате работы над проектом планируется сконструировать и верифицировать комплекс расчетных моделей, методик оценки прочности конструкций из полимерных композитных материалов. Инновационные технологические приемы обеспечат создание нового поколения глобально-конкурентоспособных композитных изделий авиационной и авиадвигателестроительной отраслей. Их весовая эффективность возрастет на 10-20%», – прокомментировал профессор Сергей Сапожников.
На данный момент по тематике проекта опубликовано более 20 статей Q1-Q2, в том числе в журналах Top10 (Composite Structures, Composites Part B: Engineering, Philosophical Transactions of the Royal Society A). Например, результаты исследования деформации усиленного стеклопластика при повторяющихся нагрузкахбыли опубликованы в высокорейтинговом научном журнале Composite Structures (Q1).
Сталь нового типа как пример импортозамещения
Научные сотрудники ЮУрГУ в партнерстве с Московским государственным техническим университетом гражданской авиации и Университетом им. Бен-Гуриона (г.Беер-Шева, Израиль) разрабатывают химический состав и технологию изготовления феррито-аустенитной коррозионностойкой стали типа «SUPER DUPLEX 25CR». В качестве консультантов-экспертов в работу вовлечены профессора в том числе и из Санкт-Петербурга. Первые результаты исследований опубликованы в журнале «Электрометаллургия».
Сталь типа «SUPER DUPLEX 25CR» предназначена для систем подводной добычи углеводородов. Ее получение на ООО «Златоустовский металлургический завод» станет первым примером промышленного производства стали данного типа в Российской Федерации.
«По окончанию проекта планируется подача заявок на гранты в различные фонды, в том числе, по программам, ориентированных на технологический суверенитет. Этому способствует Постановление Правительства №218, направленное на предоставление субсидий образовательным организациям высшего образования на реализацию проектов по созданию высокотехнологичных производств», – поделился руководитель стратегического проекта Денис Винник.
До конца 2022 года планируется получение первых экспериментальных партий готовой продукции на производстве. В дальнейшем выплавка данной марки стали будет осуществляться для нужд компании «Газпром». Примерный срок начала коммерциализации - 2023 год.
Кроме этого в рамках стратегического проекта «Новые перспективные материалы» ведется работа в области создания высокоэнтропийных сплавов и покрытий с последующей их утилизацией. Также осуществляется разработка самокалибрующегося датчика температуры и сплавов для нагруженных деталей двигателей внутреннего сгорания. В части развития цифровой составляющей материаловедения реализуется проект, направленный на подготовку основы Data Lake – цифровых двойников химических соединений и материалов ЮУрГУ.
Компьютерный геном сталей и сплавов
Одной из проблем современного материаловедения является высокая стоимость натурных экспериментов, поскольку этот процесс требует комплекса крайне дорогостоящего оборудования. Учёные ЮУрГУ, используяподход, получивший название «Инициатива по геному материалов», проводят первоначальный отбор перспективных материалов на основе компьютерного моделирования и прогнозирования свойств.
Задачами научной группы ЮУрГУ являются развитие и апробация методов первопринципного компьютерного прогнозирования важнейших свойств конструкционных сталей: точечных и протяженных дефектов. Именно наличие таких дефектов и взаимодействие между ними определяет реальную механическую прочность, радиационную стойкость и хладноломкость сталей.
«Построенные нами компьютерные модели, базы данных по энергиям взаимодействия и сегрегации растворенных в сталях примесей, рассчитанные потенциалы их взаимодействия являются необходимым звеном развития компьютерных автоматизированных систем дизайна и выбором состава стали для достижения заданных характеристик», – отметил профессор кафедры «Физика наноразмерных систем» Александр Мирзоев.
К настоящему времени по данной тематике опубликовано более 20 статей Q1-Q2, в том числе в журналах Top10 (Journal of Alloys and Compounds, Metallurgical and Materials Transactions).
Южно-Уральский государственный университет – это университет трансформаций, где ведутся инновационные исследования по большинству приоритетных направлений развития науки и техники. В соответствии со стратегией научно-технологического развития РФ университет сфокусирован на развитии крупных научных междисциплинарных проектов в области цифровой индустрии, материаловедения и экологии. В 2021 году ЮУрГУ победил в конкурсе по программе «Приоритет 2030». Вуз выполняет функции регионального проектного офиса Уральского межрегионального научно-образовательного центра мирового уровня (УМНОЦ).
Читайте нас: