«Научные исследования захватывают»

О ситаллах и небьющемся стекле

Один из проектов, которым мы занимаемся на кафедре стекла, — это разработка прозрачных ситаллов — материалов на основе стекла, которые представляют собой композит (стекло с распределенными в объеме нанокристаллами очень твердой фазы). Цель этого проекта — сделать сверхпрочное, небьющееся стекло. То есть преодолеть одну из главных проблем этого прекрасного материала: его хрупкость и низкую прочность. С этой проблемой приходилось иметь дело каждому. У меня самого сейчас стекло смартфона в трещинах с обеих сторон. Это при том, что производители стекол для смартфонов улучшают их как могут с помощью технологии ионного упрочнения. Это настоящая химия в действии. В процессе такого упрочнения ионы металла натрия, входящего в состав стекла, натурально «выходят» с поверхности стекла в расплав специальной соли, а ионы калия, находящиеся в расплаве, «заходят» на их место. Ионы калия больше, поэтому они начинают «распирать» структуру стекла, как упитанный пассажир, входящий в вагон метро в час пик, раздвигает толпу. От такого распирания повышается прочность стекла, поэтому наши смартфоны не разбиваются при первом же ударе или падении. Но вот в процессе пользования на стекле возникают царапины и незаметные трещины. Через какое-то время это приводит к тому, что экран разбивается. Накопление таких трещин происходит из-за низкой твердости стекла, то есть его довольно легко поцарапать. Мы в своей разработке решаем эту проблему: ситаллы, которые содержат кристаллики наноразмеров, обладают значительно более высокой твердостью, не царапаются, а значит, в дальнейшем могут стать отличной альтернативой привычным нам стеклам.

О социальной значимости исследований

Люди удивляются, когда узнают, что мы занимаемся наукой о стекле. Они думают, что стекло — это окна, посуда и тара. Но это не так. По всему миру многие научные группы исследуют разные типы и виды стекол, используя дорогостоящее научное оборудование: от электронных микроскопов до установок ядерного магнитного резонанса и синхротронов. Все это помогает ученым заглянуть в глубину материала и понять, как соединяются отдельные атомы или более сложные структурные единицы. Это важно, потому что «стекло» уникально, в отличие от большинства окружающих нас кристаллических материалов. То есть тех, которые имеют кристаллическую решетку и упорядоченную структуру. В стеклах такого порядка нет. Они относятся к материалам с аморфной структурой, и из-за этого исследовать стекла намного сложнее, чем кристаллические материалы. Но оно того стоит. На основе базовых, фундаментальных исследований ученые открывают новые применения стекол, чтобы изменить нашу жизнь к лучшему.

О стекле как хранилище радиоактивных отходов

Благодаря такой необычной структуре удается получать стекла почти из всех стабильных элементов таблицы Менделеева, каждый из которых придает стеклу особые свойства. К примеру, сейчас активно разрабатываются технологии витрификации радиоактивных отходов (хранение жидких отходов атомных станций в стекле). В этом случае используется стекло с очень высокой химической стойкостью. Это гарантирует, что остеклованные радиоактивные отходы, которые должны храниться десятки лет в подземных хранилищах, никуда из стекла не денутся и не отравят почву. 

О растворимых стеклах

И напротив, подбирая состав стекла, который будет легко растворяться, ученые создают биостекла — с их помощью получается восстанавливать поврежденные кости или мягкие ткани. В процессе восстановления гранулы биостекла растворяются, отдавая организму нужные элементы (кальций, фосфор и прочие), а на их месте начинают формироваться живые клетки. На основе стекла даже делают специальную вату, которая растворяясь помогает заживлять большие раны, а некоторые производители добавляют гранулы биостекла в зубную пасту. Эти гранулы остаются на поверхности зубов, постепенно растворяются и снабжают зубную эмаль фтором. На кафедре стекла и ситаллов РХТУ мы производим важное биостекло — микрошарики для лечения рака печени. Эти шарики размером в половину человеческого волоса нерастворимы. В их состав входит элемент иттрий. Перед операцией шарики облучают в специальных реакторах, иттрий внутри стекла на время превращается в радиоактивный изотоп и начинает излучать. Врачи через катетер, как инъекцию, вводят шарики в организм пациента, после чего они закупоривают сосуды вокруг опухоли и облучают ее радиацией. В России уже начали проводить такие операции. И конечно, не нужно забывать, что именно благодаря стеклу у нас с вами есть Интернет, ведь все данные сегодня передаются по миллионам стеклянных проводов — оптоволоконных кабелей, проложенных по дну морей и океанов. 

О пути в науку

В науку я попал благодаря своему руководителю, заведующему кафедрой стекла и ситаллов Владимиру Сигаеву, и старшему коллеге, ведущему специалисту по стеклу Виталию Савинкову. Они создали комфортную среду, показали, как это интересно и необычно — заниматься научными исследованиями. Один раз попробовав, уже сложно остановиться, ведь каждый день на работе не похож на предыдущий, а каждый новый проект — это что-то неизведанное, то, чем еще никто до тебя не занимался. Это захватывает.

О качествах ученого

Сегодня в России уделяется большое внимание поддержке молодых ученых и популяризации профессии ученого, 2021-й объявлен Годом науки и технологий. Поэтому желания открывать новое, быть полезными своей стране и работать на благо научно-технологического прогресса у нас хватает.