Ученый руководит лабораторией синтеза НИИ физики ЮФУ, в которой разработана бессвинцовая пьезокерамика — незаменимый для электроники материал, в отличие от существующих аналогов безвредный для природы и человека, получивший несколько патентов и предложений о покупке от зарубежных компаний.

Пьезоэлементы используются в огромном количестве устройств, от зажигалок и бытовой электроники до автомобилей и ракет: везде, где требуется преобразование механического импульса в электрическую энергию и наоборот. Большинство существующих пьезоэлементов более чем наполовину состоят из свинца.

Это яд с кумулятивным действием, причем не только для организма человека, но и для сельскохозяйственных культур. В малых дозах он не вызывает немедленного отравления, но постоянное взаимодействие со свинцом увеличивает вероятность возникновения онкологических и сердечно-сосудистых заболеваний более чем в два раза. Свинец также способствует развитию генетических заболеваний.

Именно поэтому, в частности, принята директива Евросоюза, которая направлена на то, чтобы производители электронной техники использовали бессвинцовую керамику. Пока же более чем в девяноста процентах случаев используются свинецсодержащие пьезоэлементы, но в настоящий момент во многих лабораториях мира ведутся работы по разработке альтернативных материалов и технологий, обеспечивающих экологическую безопасность электротехнической и смежных отраслей.

В НИИ физики Южного федерального университета имеется более чем сорокалетний опыт разработок бессвинцовой пьезокерамики. Я лично занимаюсь этой темой около семи лет. Сегодня у нас есть экологически безопасные разработки, по ряду параметров не уступающие свинцовым пьезокерамикам, а по другим — даже превосходящие их. Процесс производства нового материала делится на два этапа: синтез и спекание. На первом — синтезе — специальный порошок, представляющий собой смесь многих компонентов, сначала прессуют, затем помещают в электрические печи и выдерживают при высокой температуре для осуществления химической реакции. Для полноты протекания синтеза его проводят дважды. На следующем этапе — спекании — прессование порошков осуществляется при более высоком давлении, и обжиг при более высокой температуре, при этом образуется высокоплотная и прочная керамика.

Первый из десяти выданных нам патентов защищает наши права на высокотемпературный бессвинцовый керамический материал.

Почему так часто падают ракеты? Потому что контроль процессов, происходящих в двигателе, осуществляется дистанционно, и нарушения в его работе становятся заметны, когда фактически избежать его полного разрушения уже невозможно. Предложенный нами материал обладает значительно более высокой рабочей температурой, что позволяет размещать датчики на его основе непосредственно в высокотемпературной зоне и наблюдать за происходящими процессами «изнутри». Наше изобретение позволит следить за аппаратами и приборами, работающими при высоких температурах — двигателями внутреннего сгорания, атомными реакторами — и требующими очень точного контроля. Материалом интересовались европейцы и китайцы, но пока дальше многолетних совместных разработок и переговоров дело не зашло.

В НИИ я пришел после окончания химфака с большим желанием заниматься именно научными исследованиями. Это интересная работа, но, чтобы достичь даже незначительного результата, необходимо проведение целой серии исследований, большая часть из которых не приведет к желаемому эффекту. И, тем не менее, этот кропотливый труд, шаг за шагом позволяет приблизиться к созданию бессвинцовой керамики, способной заменить ныне используемые токсичные материалы.

Текст: Юлия Сергеева
Фото: Фёдор Величко