Естествознание

Химики СПбГУ создали для космоса силикон, который светится

Silicone

Учёные-химики СПбГУ нашли такую формулу катализаторов для силикона, которая делает этот материал пригодным для космических аппаратов и подводных лодок. После обработки корпуса полученным веществом, он способен выдерживать температуру до 320 °С и светиться в темноте.

Культурно-политический журнал «Э-Вести» обратился к доктору химических наук, профессору СПбГУ Регине Маратовне Исламовой с просьбой рассказать нашим читателям о чудо-силиконе подробнее.

ЭВ: Регина Маратовна, для нас – обывателей, силикон – это, прежде всего, формы из силикона для домашнего использования. И обязательно что-то мягкое. Но Вы добиваетесь от силикона совсем других качеств, усиливая корпуса космических аппаратов. Как давно силикон используется в космической сфере?

Исламова Р.М.: Области использования силиконов обширны. Вы правильно заметили, что они разнополярны.

Профессор СПбГУ Регина Исламова
Профессор СПбГУ Регина Исламова

Силиконовые изделия безопасны для человека и имеют широкие возможности: это импланты в медицине, стоматологические слепки, возможности использования в быту, многообразные защитные покрытия, вплоть до тончайших силиконовых напылений эксклюзивных материалов.

Что касается использования силикона для защитных покрытий всевозможных поверхностей, то в этом качестве он используется относительно недавно. С развитием химической отрасли у учёных расширяются возможности, создаются новые условия для изучения свойств силикона. Если идти от зарубежных патентов, то его применение в авиа и судостроении, где силиконовые покрытия используются для защиты судов от образования наростов водорослей, началось в 2010-2015 годы.

В новой работе нам удалось получить эффект люминисцирования, то есть то, что покрытия из силикона будут светиться. А это – дополнительная сфера применения силикона, к тому же стал возможен контроль толщины его слоя на поверхности.

Касательно нашей работы в целом, мы занимаемся исследованием силиконов не только традиционных, базовых, известных – тех, которые продаются и используются на практике в биомедицине, строительстве, но также совершенно новых и уникальных. Но также наша группа занимается тем, что создаёт гибридные силиконы, которые открывают принципиально новые сферы использования. Это уже материалы нового поколения.

ЭВ: Вы – признанный специалист по высокомолекулярным соединениям и работали с разными материалами на основе винила, целлюлозы, силоксана… Чем Вас привлек именно силикон?

Исламова Р.М.: Идея использования силикона возникла в момент моего перехода на кафедру Санкт-Петербургского государственного университета В.Ю. Кукушкина (член-корреспондент РАН с 2006 г. по Отделению химии и наук о материалах). Это – известнейший учёный в области химии платины. Мы искали общие точки соприкосновения и логичным было такое направление, как платиновые катализаторы и химия силиконов.

Конечно, мне как полимерщику было очень интересно посмотреть на богатую библиотеку катализаторов, которые существуют на сегодняшний день на кафедре. Для меня открылась возможность в наших лабораториях синтезировать, менять структуру этих комплексов и использовать их в получении силиконовых резин. Потому что полисилоксаны (вид силиконов) можно сшивать с помощью этих соединений, синтезируемых здесь на кафедре.

Здесь, скооперировавшись с нашими коллегами-синтетиками, мы и работаем. На сегодняшний день нецелесообразно и уже невозможно вычленять чистую органику, полимерную химию, поэтому мы работаем во взаимодействии с другими, подключаем к этому наших коллег. Но благодаря этому работа становится востребованней и интересней.

ЭВ: Скажите, пожалуйста, насколько активно сейчас изучаются силиконы в фундаментальной и прикладной мировой науке? Это мировая научная проблема? Каковы российские особенности?

Исламова Р.М.: Конечно, это мировая научная проблема. У нас же главная проблема – это отсутствие производств, которые бы выпускали силикон в России. Они, по большей части, локальны и ограничены по объёму. В основном силиконовые изделия и сырьё – это импорт, включая то, что мы видим у стоматологов или в обычных детских магазинах (кинетический песок).

Если этот процесс отработать и запустить соответствующий механизм, то эти технологии перестанут быть дорогими, привлекательность материалов на основе силикона будет выше. Хотелось бы, чтобы это развивалось у нас и находило использование в России.

ЭВ: На данный момент российские исследования силикона носят фундаментальный характер?

Исламова Р.М.: Мы в университете занимаемся исследованиями фундаментального характера, но теми, которые ориентированы на практику. Учёные, которые работают с полимерными материалами, в любом случае связаны с практикой и всегда нацелены на практическое использование результатов.

ЭВ: Сотрудничаете ли вы с научными школами других стран?

Исламова Р.М.: Да, безусловно, мы сотрудничаем с другими школами. Один в поле не воин, научное взаимодействие необходимо.

Но последнее исследование было сделано именно в рамках СПбГУ. И Университет всегда открыт к тому, чтобы поделиться знаниями и опытом.

ЭВ: Проявляет ли бизнес интерес к Вашим исследованиям?

Исламова Р.М.: Что касается бизнеса, то интерес есть. К нам обращаются, задают вопросы. Мы, конечно, планируем, что это выльется в договорные отношения, когда уже будет конкретный результат. Мы надеемся, что все это не останется в лабораторных стенах.

Но опять-таки, решение конкретных задач возможно, когда есть какое-то производство. В этом случае фирмы обращаются к нам и формулируют четкую, конкретную, локальную задачу, и мы подбираем условия непосредственно под тот или иной процесс.

Потому что есть подход, метод отработан, а решение конкретных уже локальных задач – это повод для сотрудничества и взаимодействия в рамках договора университета и, например, какой-то бизнес-структуры.

 

ЭВ: То есть, уже в договоре просчитывается, насколько это выгодно заказчику?

Исламова Р.М.: Конечно, мы ученые, мы экономику не считаем, но «прикидываем».

Вы знаете, когда считаешь на самом элементарном уровне стоимость конечного продукта, то стоимость катализатора – это 1-2% от общей стоимости силиконового материала, так как концентрация катализатора очень низкая. Но конкретная экономика приходит позднее, когда уже есть практическая задача.

 

ЭВ: Поскольку вы работаете не только с силиконом, но и другими материалами… Какие у него основные плюсы по сравнению с аналогами?

Исламова Р.М.: Знаете, тут ответ опять-таки зависит от того, какая ставится задача. Конечно, химия полимеров на сегодняшний день – очень богатая сфера, и можно подобрать много альтернатив и возможностей.

У силикона своя ниша. Из основных плюсов силикона, во-первых, можно отметить его биоинертность, благодаря которой силикон используется в медицине. Во-вторых, его хорошую морозо- и термостойкость, масло- и бензостойкость. Кроме того, он даёт возможность получения застывающих масс – это всевозможные герметики, используемые в строительстве, слепочные массы для архитектуры, например.

Мы – ученые, можем поменять эти свойства в зависимости от того, какая перед нами поставлена задача. Например, если нужно, чтобы материал был более гибкий или морозостойкий. Но все приходит с формулированием конкретной задачи.

 

ЭВ: В вашей новой работе были получены катализаторы на основе комплекса иридия. Почему иридий?

Исламова Р.М.: По сравнению, например, с платиновыми катализаторами, иридий позволяет проводить процессы при более высоких температурах, он не разлагается, выдерживает эти термические нагрузки.

Есть ряд производств, где есть сильный перегрев, они к нам обращались с такими задачами. Например, нужно заливать что-то жидкое, и чтобы оно застывало не при комнатной температуре, а при температурах выше 100-150 градусов. Катализатор на основе иридия позволил нам проводить процессы вулканизации, затвердения полисилоксанов при температурах вплоть до 200 градусов.

Но в новых комплексах интересным оказалось то, что они светятся. Кроме того, сам процесс затвердевания идет при повышенной температуре, и материал становится более термостойким. И нужно сказать, что здесь сферы использования силикона могут быть совершенно разные. Там, где мы ориентируемся на термические характеристики полимеров, можно подобрать недорогой катализатор, попроще. А вот там, где надо достичь люминисцирования и контролировать толщину слоя, подойдет катализатор на основе иридия.

Когда сформулирована задача, мы предлагаем решения на основе нашего опыта. И, в любом случае, мы не стоим на месте, и продолжаем нашу работу.