ИФХЭ РАН

В форуме участвовали четыре лаборатории ИФХЭ РАН: сорбционных процессов, физико-химических основ хроматографии и хромато-масс-спектрометрии, гетерогенного синтеза тугоплавких соединений, электронных и фотонных процессов в полимерных наноматериалах.

Лаборатория сорбционных процессов ИФХЭ РАН показала три научных проекта, объединенных общей темой — разработка нанопористых материалов для концентрирования (аккумулирования) газов.

Блоки адсорбционных материалов для аккумулирования природного газа предназначены для автомобилей и крупных наземных хранилищ (для обеспечения природным газом удаленных населенных пунктов).

Материал с пористой структурой с размером поры до 12 ангстрем (что приблизительно в три-четыре раза больше размера молекулы метана) способен «впитывать в себя» молекулы газа. Адсорбируя молекулы, пористый материал сжимает их до плотности жидкости, то есть работает как природный нанокомпрессор.

Второй проект — адсорбционные аккумуляторы газомоторного топлива — это системы хранения газа, как в виде баллонов, заполненных нанопористым материалом, разработанном в лаборатории, так и в виде намного более удобной уникальной плоской системы хранения. Они предназначены для установки на автомобили в качестве баков для газового топлива.

Такие адсорбционные аккумуляторы безопаснее традиционных газовых баллонов: поскольку газ находится в связанном состоянии, при разгерметизации баллона он медленнее выходит из адсорбента. Это позволяет избежать взрыва баллона с газом.

Помимо этого увеличивается емкость системы хранения: в баллоне с адсорбентом при давлении от 70 до 100 атмосфер можно запасти такое же количество газа, как в баллоне без адсорбента при давлении 250 атмосфер. Это позволяет повысить энергоэффективность заправки и тем самым уменьшить себестоимость доставки газа в автомобиль и снизить конечную стоимость газа для потребителя.

Такое понижение давления в системе хранения делает систему более безопасной и упрощает ее.

«Мы планируем, — сказал заместитель заведующего лабораторией сорбционных процессов ИФХЭ РАН, ведущий научный сотрудник, кандидат химических наук Андрей Школин, — что на основе наших разработок будут созданы типовые решения для автомобилей на природном газе, которые позволят значительно упростить регистрацию автомобилей на газомоторном топливе в рамках действующего законодательства. Тогда наши решения будут масштабироваться по всей России».

Третий проект — углеродные адсорбенты для концентрирования радиоактивных инертных газов из газовых сдувок атомных реакторов.

Газовые сдувки реакторов в очень малых концентрациях содержат радиоактивные изотопы ксенона и криптона с периодами полураспада до пяти—семи суток. Чтобы радиоактивные элементы не попали в атмосферу, газовые сдувки прокачивают через колонны, заполненные углеродными адсорбентами, которые обладают повышенной селективностью к инертным газам именно в области малых концентраций. Инертные газы заполняют поры углеродного адсорбента в фильтре-адсорбере, после чего колонны держат закрытыми время, необходимое для распада радионуклидов.

Лаборатория гетерогенного синтеза тугоплавких соединений ИФХЭ РАН представила образцы с тугоплавкими покрытиями, нанесенными методом химического осаждения из газовой фазы. Данный метод — единственный в своем роде, позволяющий наносить на различного рода конструкционные материалы тугоплавкие покрытия на основе вольфрама без применения высоких температур и легкоплавких связующих компонентов. Вольфрамовые покрытия в качестве теплозащитного слоя используются в вакуумных приборах и электроконтактах высокой мощности. Во время эксплуатации температура такого покрытия на медных деталях электронного вакуумного СВЧ- и рентгеновского оборудования может достигать точки плавления вольфрама, однако это не только не приводит к его разрушению, а напротив, происходит самозалечивание дефектов, возникших в результате эрозии электронным излучением.

Директор ИФХЭ РАН, заведующий лабораторией физико-химических основ хроматографии и хромато-масс-спектрометрии ИФХЭ РАН, член-корреспондент РАН Алексей Буряк сделал доклад «Программы искусственного интеллекта и машинного обучения для идентификации неизвестных соединений в сложных смесях». Для определения причин природных или техногенных катастроф (например, массовая гибель морских организмов в Авачинской бухте) необходимо точно идентифицировать обнаруженные на месте катастрофы химические соединения. Когда речь идет о неизвестных соединениях, мощнейший метод идентификации — хромато-масс-спектрометрия — для снижения ложноположительных результатов при идентификации требует привлечения дополнительных параметров, таких как индекс или время удерживания. Для теоретического предсказания индекса удерживания в лаборатории физико-химических основ хроматографии и хромато-масс-спектрометрии ИФХЭ РАН разработаны методики с применением нейросетей, которые обучаются и тестируются на имеющихся табличных данных. После обучения проводится дообучение нейросети, при этом работа ведется только с выходным слоем. Во время дообучения нейросеть настраивается на конкретную хроматографическую систему, состав элюентов и модификаторов, условия элюирования и т. д. Близкое совпадение теоретических и экспериментальных значений показывает перспективность подхода машинного обучения для линейного, изократического и ступенчатого режимов жидкостной хроматографии.

Седьмой международный военно-технический форум «Армия-2021» прошел с 22 по 28 августа 2021 года в Подмосковье в парке «Патриот». Под открытым небом выставлялась тяжелая техника, а в павильонах основной упор был сделан на высокотехнологичные разработки. В форуме принимали участие наукоемкие производственные объединения и технические университеты, например, госкорпорации «Росатом» и «Роскосмос», МФТИ, МГТУ им. Н.Э.Баумана, Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого и другие организации. На их просторных стендах, где макеты, модели и действующие образцы сочетались с мультимедийными экранами, проводились лекции и читались доклады.

Материал подготовлен: Макарова Ольга / Пресс-служба ИФХЭ РАН

В других источниках: «Коммерсантъ». Наука 31/08/2021