«Важно найти применение нашим изобретениям»

В таких установках ткань обрабатывают плазмой. Фото: Дмитрий Рыжаков/«Русская Планета»

В текстильном крае ученые создают «космические» ткани будущего

Анна Яблокова

27 марта, 2016 18:00

9 мин

Научными разработками в плазмохимическом направлении трое ивановских ученых Борис Горберг, Андрей Иванов и Валерий Стегнин начали заниматься еще во времена СССР — задолго до того, как понятие «нанотехнологии» стало известно каждому школьнику. Самая последняя их разработка — создание достаточно дешевой пленки с напыленными на нее прозрачными окислами металлов, которая широко используется при сборке сенсорных гаджетов. РП побывала в лаборатории и увидела нанотехнологии в действии.

Лаборатория ионно–плазменных технологических процессов ИГХТУ работает в центре города, в старинном здании дореволюционной постройки. Заведующий лабораторией, кандидат технических наук Борис Горберг провожает в небольшую комнату, где стоит несколько лабораторных установок. Ученый показывает кусок достаточно жесткой пленки, который на первый взгляд ничем не отличается от обычного пластика: плотный, чуть желтоватый.

— Это материал с ITO–покрытием. Их используют в сенсорных устройствах. Под экраном наших телефонов и планшетов обязательно есть такая пленка. Она прозрачная (иначе не видно было бы картинку) и токопроводящая за счет напыления с помощью плазмы оксидов индия и олова. Нам удалось значительно удешевить технологию производства такой пленки у нашего партнера — компании «Ивтехномаш», на производственных площадях которой мы внедряем наши разработки.

— Заказы на этот материал вам уже поступают?

— Заказчиков ищем. Скорее всего, это будут зарубежные компании, так как в нашей стране смартфоны не производят. Я думаю, за счет удешевления производства мы сможем успешно конкурировать на мировом рынке подобных материалов.

Сейчас ученые работают над созданием прозрачной токопроводящей ткани, которая бы имела свойства, похожие на свойства ITO–пленки. Такие ткани могут использоваться при создании гибких солнечных батарей. В обозримом будущем из них можно будет шить одежду, в которую будут встроены солнечные батареи: надел такую куртку, постоял на солнце и зарядил свой смартфон.

Производство ITO–пленок — относительно новая сфера деятельности лаборатории. Начинали ученые с обработки тканей (и до сих пор это остается их основной сферой деятельности). Тогда, в 1980–х, Горберг, Иванов и Стегнин работали в отраслевом научно–исследовательском экспериментально–конструкторском машиностроительном институте (НИЭКМИ). Но с начала 1990–х отраслевая наука в России финансироваться перестала. Борис Львович вспоминает, что зарплату сотрудникам задерживали на несколько лет, а когда окончательно стало ясно, что институт государству не нужен, в качестве зарплаты ученым позволили забрать себе некоторые лабораторные приборы и станки. Со всем этим скарбом они в 2003 году примкнули к химико–технологическому университету. Это и позволило сохранить и развивать начатые разработки и начинания.

Одна из первых значимых разработок ученых, которую они опробовали и внедрили еще в начале 1990–х — это плазмохимическая технология повышения гигроскопичности ткани.

Борис Львович берет небольшой кусочек белого нетканого материала и капает на него водой из пипетки. Капельки остаются на поверхности, не впитываясь, и легко соскальзывают на пол, когда ткань наклоняют. Образец помещается в лабораторную плазмохимическую установку, — вакуумную камеру, напоминающую небольшую бочку, лежащую на боку, и закрепляется специальным зажимом. Дверца закрывается, и Борис Львович нажимает несколько кнопок. Установка начинает тихо гудеть (из нее откачивается воздух, так как технология работает только в вакууме), а через несколько секунд пространство за стеклянной дверцей начинает светиться красивым малиново–фиолетовым светом.

После обработки плазмой материал хорошо впитывает воду

После обработки плазмой материал хорошо впитывает воду. Фото: Дмитрий Рыжаков/«Русская Планета»

— Так светится плазма, — объясняет ученый. — А теперь смотрите, какой стала ткань после такой обработки в течение минуты.

Он вынимает образец и капает на него из той же пипетки. Вода мгновенно впитывается в материал, как в мягкое махровое полотенце.

— Материал стал гидрофильным. Так же хорошо впитывается и краска. Эта наша технология внедрена в том числе в производстве Павлово–Посадских платков. Раньше гигроскопичность шерстяной ткани там повышали с помощью раствора гипохлорита. Помню, во всем городе пахло хлором, а производство было настолько вредным, что смертность от рака была очень высокой. Теперь в Павловском Посаде используют наши установки, которые абсолютно безвредны и безопасны. Эта технология была внедрена нами и в Италии, на фирме «SAATI S.p.A.», производящей технические синтетические ткани для печатных шаблонов.

Борис Львович поясняет суть технологии: химически активные частицы плазмы модифицируют поверхностные слои полимерных волокон и за счет этого изменяются свойства материала.

— Разработав эту технологию, мы задумались: а нельзя ли с помощью плазмы не только изменять состав поверхности материалов, но и конденсировать из плазмы тонкие покрытия? Оказалось, можно.

Есть в лаборатории и более крупная установка, здесь используется глубокий вакуум — такой, который существует, к примеру, в космосе. Внутрь нее помещается так называемая мишень — круглый и плоский кусок металла, который там прочно закрепляется. Вокруг него в потоке аргона концентрируется плазма. Ионы аргона выбивают из мишени частицы металла, которые конденсируются на образце ткани, вращающемся рядом.

По словам ученого, такой способ напыления достаточно давно используется для нанесения металла на стекло, пластмассу и при производстве микрочипов. Но ивановские ученые впервые стали использовать способ магнетронного распыления для обработки текстильных материалов, и до сих пор остаются пионерами в этой области. По сути, это нанотехнология.

Процесс напыления металла достаточно длительный, занимает уже не несколько минут, а порядка часа времени. Утром Борис Львович поставил в установку образец — углеродную пластинку. Сейчас, спустя необходимое время, которое он тщательно выверяет по секундомеру, процесс завершается. Ученый нажимает несколько кнопок (установка с шипением наполняется воздухом), открывает дверцу и аккуратно, в перчатках, достает образец. Одна из его сторон, которая не подвергалась напылению, осталась темной, другая засверкала металлическим блеском.

Ткани с напылением разных металлов

Ткани с напылением разных металлов. Фото: Дмитрий Рыжаков/«Русская Планета»

— С тканью происходит то же самое, — говорит Борис Львович, отправляя в установку новый образец — на этот раз, лоскут ткани. — Покрывать металлом можно любую ткань. От того, какой именно металл используется, зависит цвет и свойства готового образца.

Образцов в лаборатории много. На столе лежит большой лоскут ткани, покрытый тончайшим слоем алюминия: он блестит на солнце и не пропускает свет, но при этом остается легким, мягким и дышащим, как обычная ткань, и хорошо отражает тепло.

— Пожалуй, самое важное в нашей работе — найти применение нашим изобретениям. Сейчас металлизированные ткани применяются, например, для пошива модных коллекций одежды европейских дизайнеров. Недавно мы сотрудничали с известным парижским Домом высокой моды. В конце января ткани, покрытые в Иванове двуокисью титана, появились на подиумах.

В руках Бориса Львовича один из образцов ткани переливается разными цветами — от синего до малинового. Такой эффект как раз и придает материи двуокись титана. Примерно так же выглядят крылья бабочки, с той лишь разницей, что пыльцу на них наносит сама природа. Нержавеющая сталь, медь, титан, нитрит титана, алюминий, серебро, никель, железо, вольфрам, латунь и даже золото (если, конечно, приобрести соответствующую золотую мишень) — все эти металлы могут быть нанесены на ткань.

Кроме того, в тканях с напылением не накапливается статическое электричество, а это значит, что их можно использовать в производстве промышленных искробезопасных фильтров, например, на мукомольном производстве. А некоторые материи после напыления приобретают свойства проводников, то есть становятся экранирующими, не пропускающими никакое электромагнитное излучение. Такие ткани можно использовать и в оборонной промышленности.

— А если на ткань нанести серебро, она приобретает антимикробные свойства, а это настоящая находка для медицины, — продолжает ученый. — Мы разработали недорогую технологию напыления серебра на марлю для перевязок ран, и она хорошо зарекомендовала себя в нескольких больницах, где проходили клинические испытания. Мы даже зарегистрировали эту технологию в Росздравнадзоре. Но внедрить эти салфетки не удалось: у нас они получались слишком дешевыми, а это невыгодно для аптек, получающих комиссионные за их продажу. Недавно совместно с химиками–пищевиками начали разрабатывать пленку с тончайшим слоем серебра, которая позволит существенно увеличить сроки хранения пищевых продуктов.

На вопрос о будущих научных разработках Борис Горберг не отвечает ничего определенного.

— Как видите, потенциал у этой технологии очень большой. Сейчас мы ведем исследовательскую работу для одной из космических фирм. Есть и другие задумки, но говорить о них пока рано. Путь от идеи до ее воплощения никогда не бывает коротким.

ТЕГИ

поддержать проект

Для поднятия хорошего настроения, вы можете угостить наших редакторов чашечкой кофе

Маленькая чашка кофе