Наука и технологии России

Вход Регистрация

Вид на российскую науку через «умное стекло»

Времена, когда люди натягивали на окна плёнки животного происхождения, остались в прошлом. Но, возможно, и стекольное производство однажды станет историей. Ведь, пройдя через столетия развития технологий, человек пересматривает древние концепции, возвращается к плёнкам (но уже совершенно другого рода) и творит всё более совершенные вещи. Одна из них – электрохромная полимерная плёнка, способная менять свою прозрачность «по мановению руки». В её разработке в России принимает участие аспирант химического факультета МГУ и один из победителей видеоконкурса инновационных проектов InnoStar-2013 Алексей Коровин. Мы поговорили с Алексеем о том, какие перспективы у органических «умных стёкол» в отечественных пенатах, кто в идеале должен оплачивать труд учёного и о том, почему только наука способна изменить мир.

Алексей_Коровин Алексей Коровин демонстрирует образец плёнки у себя в лаборатории

Человек уже окружил себя «умными сетями» и готов к переезду в «умный дом». Теперь и стёкла «поумнели»?

– «Умные» – потому, что могут при необходимости изменять свои свойства. Конечно, стёкла-«хамелеоны» существуют давно, но они становятся непрозрачными под действием внешнего освещения, а не по желанию человека, и управлять их свойствами возможно только на стадии проектировки. А я говорю о таких стёклах, прозрачность которых можно как угодно менять, переконфигурировать. Их применение вполне понятно – это управление затемнением в жилых помещениях, офисах, переговорных комнатах. Любое пространство может с их помощью, без использования жалюзи, стать изолированным. Шторы так или иначе ограничивают обзор, их надо поднимать и нельзя настроить: либо есть свет, либо темно. А благодаря «умным стёклам» можно подстраивать уровень освещения комнаты. Строго говоря, это не совсем стекло, а «электрохромная плёнка». Как вариант, на его внешней поверхности можно поместить детектор, который будет регистрировать уровень освещения, и прозрачность стекла будет регулироваться автоматически, в зависимости от интенсивности внешнего освещения. В остальном такое стекло функционирует как обычное. Единственное требование – ему нужно электричество, что-то в районе ватта на один квадратный метр.


Так «умное стекло» реагирует на перемену напряжения

Тут надо учитывать и российские особенности – низкие температуры, перебои электроэнергии…

– Небольшие затруднения с температурами возможны, ведь скорость химических реакций сильно зависит от внешней температуры – в минус тридцать плёнка может и замёрзнуть. Высокая температура тоже не очень хороша, но до сорока градусов мы испытывали, поэтому для европейской территории должно подойти. Хотя это отдельный этап разработки. В случае перебоев электроэнергии стекло просто примет изначальный вид – а он может быть и прозрачный, и затемнённый, в зависимости от конструктивных особенностей.

Есть ещё такой концепт, который недалеко ушёл от стадии фантазии, но помечтать не вредно: сейчас в Корпусе нелинейной оптики НИИЯФ разрабатываются прозрачные солнечные батареи – тоже органические. У них пока маленький КПД, но если их совместить с нашей разработкой, то «умное стекло» будет само себя питать и, возможно, сумеет даже производить электричество для здания.

Вообще электрохромные стёкла уже производятся в мире, и удивить ими можно только неискушённого. Что нового в разработке, которой занимаешься ты?

– Да, мир не дремлет: и в США, и в Китае уже давно работают над электрохромными стёклами. Например, Gentex принимает огромные заказы от Boeing – производит для них иллюминаторы. Но проблема в том, что их технология рассчитана на неорганические соединения и вакуумное напыление в специальной камере, с использованием оксида вольфрама, а это очень дорого, хрупко и не позволяет создавать окна больших размеров.

А мы работаем с виологенами, которые впервые предложили использовать в качестве электрохромных соединений ещё в середине – конце 1970-х годов в Советском Союзе. Но на современном этапе совсем недавно мы отказались от низкомолекулярных виологенов и перешли на поливиологены, то есть полимеры. Самое большое удобство – это то, что из них можно получать плёнки с помощью всех тех способов, которые практикуются при производстве полимерных плёнок. Отсюда – и большие размеры, и дешевизна, ведь это простая, давно разработанная технология, и фактически одно производство можно «переквалифицировать» в другое. А пока Gentex поставляет на наш рынок «варианты люкс» – затемняющиеся стёкла для автомобилей и яхт. Один комплект таких стёкол, если я не ошибаюсь, стоит около 10 тысяч долларов.

Электрохромное_стекло Мир не дремлет: разработкой электрохромных стёкол увлечены в США и Китае, но в России их предлагают делать из поливиологенов – дешевле и функциональнее

Уже есть готовая к внедрению в России технология?

– Технологии ещё нет, но есть концепт. То, чем занимаюсь я, – это только одна из его частей. Наше «стекло» изменяет цвет при приложении напряжения – когда происходит передача электронов и степень окисления соединений изменяется. Для этого нужно как минимум два компонента, которые будут взаимодействовать друг с другом и с электродом. Лично я разрабатывал вторичный полимерный компонент. У нас был катодный и анодный, а я занимался анодным.

И давно трудитесь над концептом?

– Это давняя идея – мы с коллегами с 2007 года работаем над ней в лаборатории полиэлектролитов и биополимеров на кафедре высокомолекулярных соединений. Изначально мы делали проект совместно с компанией LG в их исследовательском центре и с физическим факультетом МГУ. В то время всем руководил Алексей Хохлов. В итоге LG дошли с нами до определённого этапа, но потом прекратили сотрудничество: либо посчитали, что мы слишком долго работаем, либо у них появились альтернативные внутренние идеи – это уже их коммерческая тайна. Поэтому в прошлом году мы продолжили заниматься нашими «стёклами» по контракту – благодаря ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса».

А сейчас кто-то готов вкладываться в эту технологию?

– В России, в общем-то, заинтересованы в этой теме, но интерес, как обычно, упирается в экономику: все хотят, чтобы через год уже было всё готово и производилось на потоке. Мы и сами готовы что-то финансировать, но коммерческие структуры хотят всё и сразу. Однако на настоящем этапе от рабочих прототипов отделяет ещё и значительная оптимизация и проведение испытаний.

Как ты сам попал в лабораторию – пригласили?

– Я в этой лаборатории ещё с первого курса, потому что шёл на химфак на кафедру высокомолекулярных соединений (ВМС). К сожалению, курс по ВМС у студентов происходит уже после распределения на кафедры, поэтому она потеряла популярность. Хотя ещё в 2004 году здесь был аншлаг и группа была переполнена. А сейчас понимание научных перспектив у студентов изменилось – все идут, например, на молекулярную биологию.

Электрохромные плёнки – это единственная твоя тема?

– Нет, у меня их несколько. Но они так или иначе пересекаются. Например, полимерный электролит, который разделяет два электрода, нужен не только в электрохромных стёклах. Я занимаюсь разработкой подобного материала и для батареек – литиевых, натриевых. Он нужен для получения гибких аккумуляторов. В 80-х годах все литий-ионные батарейки были круглые, в железном корпусе. Все современные мобильные устройства появились отчасти благодаря тому, что в Sony создали литий-полимерные батареи.

Этот проект мы осуществляем совместно с факультетом наук о материалах. Ещё одной перспективной темой стала разработка полимерного электролита для литий-кислородных батарей. В качестве одного из окисляющих агентов в них выступает кислород, поэтому их ёмкость выше, чем у обыкновенных, ведь один компонент постоянно поступает извне. Такие батареи хорошо подойдут для машиностроения, для гибридных автомобилей, например.

Алексей_Коровин Алексей Коровин: «Не всё упирается в деньги, но менеджер по продажам реагентов или специалист на пищевом производстве получает значительно больше, чем человек в науке»

Твоё желание пойти в науку было неслучайным?

– Выбор химического факультета у меня произошёл ещё задолго до поступления в МГУ. Я уже с 8-го класса участвовал в олимпиадном движении, хотя химией серьёзно увлёкся даже раньше – попалась соответствующая литература, и понравилось. В химии меня привлекает возможность создавать новые материалы, которые могут существенно изменить жизнь людей. А это уже не что-то теоретическое, а осязаемое, реальное. Хотя в целом я не разграничиваю фундаментальную и прикладную науку. Фундаментальная наука – это та, которая ещё не нашла своего применения. Ведь есть масса разработок, которые только через 100 лет нашли применение.

Не боишься, что твои разработки не смогут найти применения в пределах России? Из-за недостатка оборудования, заинтересованности бизнеса…

– В последние годы появилось достаточно хорошего оборудования – благодаря федеральным целевым программам, хотя проблемы с реагентами по-прежнему преследуют химиков. Да и вопрос поставок не решён. То есть работать уже вроде как можно…

Но на чай с конфетками не хватает.

– Если бы только на чай с конфетками. Огромная проблема, если не самая большая, – это жильё. Многие ребята, которые не из Москвы, по этой причине уехали за границу – в Германию, Францию. На ставку в российском университете невозможно позволить себе жильё.

А на реформы в науке ты как смотришь?

– Реформировать нужно что-то постоянно, но пока создаётся впечатление, что кто-то хочет по-быстрому отнять у РАН всё имущество и поделить его между собой. Есть опасность, что те люди, учёные с мировым именем, которые вернулись в Россию благодаря мегагрантам и которым здесь понравилось, поскольку они увидели изменения в положительную сторону и вдохновились ими, – есть опасность, что они разочаруются и уедут обратно. Могу привести пример Константина Агладзе, который получил грант по первой волне мегагрантов и, несмотря на то, что во второй не участвовал, окончательно вернулся в Россию и руководит лабораторией.

Кто, по-твоему, должен финансово поддерживать учёных?

– Труд исследователя, я думаю, должно оплачивать общество и бизнес. Наука – основа успешного развития общества в долгосрочной перспективе. Практическая же полезность многих исследований может стать понятной лишь через очень продолжительное время. Бизнес, особенно с российской спецификой, не будет их финансировать. Если речь идёт о зарплате, то не всё упирается в деньги, но менеджер по продажам реагентов или специалист на пищевом производстве получает значительно больше, чем человек в науке. С другой стороны, наука – это намного интереснее. Здесь нет никаких рисков – тех, которые есть в бизнесе, где нужно думать на три шага вперёд. Наука – это большой простор для творчества, возможность изменить мир и единственная, по сути, возможность делать всё что угодно.

РЕЙТИНГ

4.53
голосов: 17

Галереи

Инженерная фотография. Искусство науки - 2011

Работы участников конкурса

216 фото

Обсуждение