Годовая амплитуда максимальной и минимальной температуры воздуха в Якутии достигает 101 градусов по Цельсию, а весенне-осенние периоды характеризуются большим суточным перепадом температур вплоть до 40 градусов. Любая техника, если его части не выдерживают таких условий, не может долго сохранять работоспособность на открытом воздухе.

Профессор СВФУ Сардана Слепцова

Профессор СВФУ Сардана Слепцова

В Якутии вопросом создания материалов с улучшенными эксплуатационными свойствами занимаются давно — история развития направления связана с Институтом неметаллических материалов СО РАН. Сейчас над созданием и исследованием морозостойких полимерных материалов работают также и на базе Северо-Восточного федерального университета — в Институте естественных наук действует учебно-научно-технологическая лаборатория «Технологии полимерных нанокомпозитов».

Лаборатория открылась в якутском университете в 2011 году, однако само научное направление начало развиваться с 1994 года с момента создания кафедры «Высокомолекулярные соединения и ограническая химия» которую возглавил доктор технических наук Александр Виноградов, приглашенный в университет с ИНМ СО РАН.

Сейчас исследования лаборатории ведутся по двум основным направлениям: эластомерному и полимерному. Разработка и исследования материалов на основе полимеров, таких как политетрафторэтилен (или тефлон) и сверхвысокомолекулярный полиэтилен, ведутся под руководством академика Республики Саха (Якутия), доктор технических наук Айталины Охлопковой. Профессор является признанным специалистом в области полимерных композиционных материалов и создателем научной школы по полимерному наноматериаловедению в Республике Саха. Направление эластомеров возглавляет доктор химических наук, профессор-заведующий химическим отделением Института естественных наук СВФУ Наталия Петрова.

Объясняя простым языком, эластомерами считаются материалы, которые обладают высокой эластичностью, способны к многократным обратимым деформациям. Они легко растягиваются и так же легко возвращаются к исходной форме — это всем нам известная резина, латексные изделия. Под полимерами мы понимаем материалы с регулярной структурой, они не обладают эластичностью, как эластомеры, и имеют твердую форму. Под руководством Наталии Петровой в лаборатории исследована климатическая устойчивость и работоспособность многих серийных резин в условиях Республики Саха (Якутия) под воздействием углеводородных сред — топлива, масла, смазки, в которых работают резиновые детали. Кроме того, здесь впервые протестированы новые полимеры уникальной морозостойкости: пропиленоксидный каучук, который остается высокоэластичным до -73 по Цельсию, и эпихлоргидриновый каучук (устойчив до -62 градусов по Цельсию). Ученые не только исследовали их климатическую устойчивость, но и разработали новые материалы на их основе.

В настоящее время лаборатория оснащена всем необходимым исследовательским и технологическим оборудованием. «Сейчас центр полимерного материаловедения переместился в университет. Уровень науки во многом определяется приборным оснащением. Здесь нужно отметить значительный качественный рост, который произошел в университете. Нужно отметить огромную поддержку ректора Евгении Исаевны Михайловой этого направления и химиков в целом. В Институте проблем нефти и газа СО РАН, к сожалению, приборная база для исследования полимеров последние 10-12 лет существенно не обновлялась», — подчеркивает Наталия Петрова.

Начиная с 2011 года, сотрудники лаборатории разработали 16 морозостойких материалов, два из которых имеют американские патенты. В 2013 году один из патентов лаборатории вошел в число ста лучших изобретений России по версии Роспатента. Годом ранее другой патент был включен в «Большой справочник резинщика», который вышел в московском издательстве «Техинформ». Две статьи из этого справочника были написаны профессором ИЕН СВФУ Наталией Петровой.

Кроме того, на счету ученых Северо-Восточного федерального университета патенты не только на состав, но и на разработанные технологии — четыре патента получены на способы получения материала: первый с использованием ультразвукового излучателя, второй с использованием функциональных добавок, третий сочетает эффект ультразвукового излучателя с механической активацией, и, наконец, в четвертом случае материал получают с помощью химического модифицирования. Последнее достижение — это практически новое направление в создании полимерных композитов на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена.

«Разработанные материалы готовы к внедрению, — рассказывает заведующий лабораторией, кандидат технических наук Сардана Слепцова, — если предприятия захотят сотрудничать с нами, мы будут рады поделиться знаниями. Материалы мы можем разработать по требованию заказчика. Более того, у нас есть хороший опыт работы с нашими китайскими коллегами, когда мы разработали материалы по заказу китайской компании. Мы были очень рады, когда узнали, что наши материалы по результатам тестов китайской стороны показали себя лучше японских аналогов».

Сейчас ученые всерьез задумались о развитии исследований в медицинском направлении: сверхвысокомолекулярный полиэтилен, с которым долгое время работает коллектив лаборатории в качестве матрицы для уплотнителей, является единственным в мире материалом, который разрешено имплантировать в тело человека, поскольку он биосовместимый. «Недавно мы консультировались с профессором Медицинского института СВФУ Геннадием Пальшиным, который занимается проблемами суставов. Сейчас мы изучаем это направление, и пришли к заключению, что можем быть конкурентноспособными в этой сфере», — уверена Сардана Слепцова.

Коллектив лаборатории молодой — средний возраст сотрудников составляет 33 года. Помимо сотрудников здесь всегда можно встретить и студентов бакалавриата и магистратуры: все практики, начиная со второго курса, ребята проходят здесь, работая под руководством аспирантов.

Несмотря на то, что большого интереса от промышленников ученые пока не испытывают, энтузиазм и веру в науку не теряют. «Мы читаем спецкурсы, развиваем интерес к науке. Мои ребята с работами по эластомерной тематике три раза за последнее время участвовали в международной научно-практической конференции молодых исследователей «Ломоносов» в Московском государственном университете, и все три раза были награждены дипломами за лучший доклад по всем химическим секциям. Студенты становятся аспирантами, а затем кандидатами наук, так продолжается и развивается наука», — рассказывает Наталия Петрова. По полимерному направлению все аспиранты являются обладателями грантов различного уровня.

«Нам интересна наша работа. Если мы ежедневно решаем задачи, которые мы себе ставим, по крайней мере, есть движение вперед. Успехи ребят нас окрыляют, а если есть направляющая, созидающая, вдохновляющая и поддерживающая сила, есть и развитие. Это значит, происходит профессиональный рост коллектива, открываются новые перспективы и направления», — уверена заведующий лаборатории.

Ссылки на некоторые работы сотрудников лаборатории «Технологии полимерных нанокомпозитов»:

  1. Васильев А.П., Охлопкова А.А., Стручкова Т.С., Алексеев А.Г., Иванова З.С., Разработка антифрикционных материалов на основе политетрафторэтилена с углеродными волокнами // Вестник Северо-Восточного Федерального Университета им. М.К. Аммосова. 2017. №3. С. 39-47.

  2. Васильев А.П., Охлопкова А.А., Стручкова Т.С., Алексеев А.Г., Колесова Е.С., Гракович П.Н. Эксплуатационные характеристики политетрафторэтилена разных марок, модифицированных углеродными волокнами // Вестник Северо-Восточного Федерального Университета им. М.К. Аммосова. 2017. №4. С. 34-46.

  3. Васильев А.П., Охлопкова А.А., Стручкова Т.С., Дьяконов А.А., Алексеев А.Г., Гракович П.Н. Взаимосвязь надмолекулярной структуры и триботехнических свойств политетрафторэтилена с углеродными волокнами// Вестник Северо-Восточного Федерального Университета им. М.К. Аммосова. 2017. №5. С. 37-47.

  4. Н.Н. Лазарева, С.А. Слепцова, Ю.В. Капитонова, А.А. Охлопкова, Л.В. Москвитина Разработка полимерных композитов на основе политетрафторэтилена и природной глины // Перспективные материалы. — 2017. — № 12. — С. 39-50.

  5. Федоров А. Л., Дьяконов А. А., Лугинова У.Р. Особенности структуры поверхности трения композитов на основе политетрафторэтилена с диоксидом титана // Вопросы материаловедения. — 2017. — Т. 91. — № 3. — С. 101-109. Поступила в редакцию: 28.03.2017. DOI: 10.22349/1994-6716-2017-91-3-101-109

Публикации в англоязычных изданиях:

  1. Nikiforov L. A., Okhlopkova T. A., Kapitonova Iu. V., Sleptsova S. A., Okhlopkova A. A., Shim E. L., Cho J.-H. Surfactant Effects on Structure and Mechanical Properties of Ultrahigh-Molecular-Weight Polyethylene Layered Silicate Composites // Molecules, 2017, № 22.

  2. R.V. Borisova, A.M. Spiridonova, T.A. Okhlopkova, L.A. Nikiforova, A.N. Golikova, N.V. Shadrinova, A.A. Okhlopkova. Bromination of UHMWPE surface as a method of changing adhesion to nanoparticles // Materials Today Communications. — 2018. — № 14. P. 65-71

  3. Shadrinov N.V., Nartakhova S.I. Structure and properties of nitrile-butadiene rubber filled with carbon and basalt fibers // Inorganic Materials: Applied Research. — 2017. — Vol. 8. — № 1. — P. 140-144.

  4. Dyakonov A.A. Sokolova M. D., Shadrinov N. V., Sleptsova S.A. Application of protective coatings from ultrahigh-molecular weight polyethylene to butadiene-nitrile rubber // AIP Conference Proceedings. — AIP Publishing, 2017.

  5. M. Spiridonov, A.L. Fedorov, M.D. Sokolova, A.A. Okhlopkova, T.A. Okhlopkova, and R.V. Borisova. Characterization of the Alumino–Silico–Oxygen Clinoptilolite Framework and its Hydrogen Forms via IR Spectroscopy // Protection of Metals and Physical Chemistry of Surfaces. Pleiades Publishing, Ltd. ISSN 2070-2051. 2016, Vol. 52, No. 4, pp. 744–750. DOI: 10.1134/S2070205116020283. Scopus и WoS. Импакт-фактор 0,74.