Научная школа Томского государственного университета в области нанотехнологий и процессы коммерциализации результатов исследований и разработок

Научная школа Томского государственного университета

в области нанотехнологий и процессы коммерциализации результатов исследований и разработок

Г. Е. Дунаевский,

д. т. н., профессор, проректор Томского государственного университета по научной работе

V.

В. ф. Евстафьев,

д. т. н., профессор, генеральный директор ФГУ НИИ РИНкЦЭ

В высших учебных заведениях Томской области сосредоточен крупный интеллектуальный потенциал, характеризующийся самой высокой в России долей работников с высшим и средним образованием от общего числа занятых. На 10 тыс. человек экономически активного населения региона приходится 151 исследователь, в то время как в целом по России этот показатель составляет 69 научных специалистов.

В томских университетах и входящих в их структуру научно-исследовательских институтах работают более 700 докторов наук, 23 действительных члена и член-корреспондента государственных академий, более 4000 кандидатов наук, 1500 аспирантов. В 2006 году в области насчитывалось свыше 300 инновационных предприятий. Ежегодно создаются 20-25 новых инновационных структур, 500 новых рабочих мест. Ежегодный прирост объема производства наукоемкой продукции составляет около 40%.

Томский научно-образовательный комплекс в новых условиях рассматривается как главное конкурентное преимущество области и ее основной стратегический ресурс для развития экономики инновационного типа на основе интеграции образования, науки и производства.

Подтверждением ведущего положения региона в развитии инновационных процессов в системе научно-образовательных учреждений стала победа Томской области в конкурсе на право создания особой экономической зоны технико-внедренческого типа, объявленном Правительством России в 2005 году. Особая экономическая зона в Томске будет создана на территории двух участков общей площадью 298 га.

Важно подчеркнуть, что одним из трех главных направлений развития особой экономической зоны (ОЭЗ) являются «Технологии производства новых

материалов и нанотехнологий (разработка технологий производства нанопорошков металлов и субмик-ронных микропорошков неорганических соединений, нановолокон неорганических соединений, конструкционной керамики на основе диоксида циркония, биокомпозиционного материал на основе наноструктурного титана и др.)».

В значительной степени такой специализации ОЭЗ способствовало формирование на протяжении последних 40 лет в Томском научно-образовательном комплексе известных научных школ, осуществляющих исследования в сфере нанотехнологий, и создание инфраструктуры, позволяющей решать задачу подготовки производства и выпуска продукции на основе инновационных разработок.

Основателем одной из наиболее известных таких школ, занимающейся исследованиями в области аэродинамики двухфазных потоков, был профессор В. А. Шваб. Томский государственный университет (ТГУ) является в настоящее время ведущим научнообразовательным учреждением, в котором его соратники и ученики продолжают научные исследования

ИННОВАЦИИ № 12 (110), 2007

ИННОВАЦИИ № 12 (110), 2007

теоретических основ процессов измельчения, классификации и смешивания дисперсных материалов, а также синтеза тугоплавких соединений. Их усилиями на основе результатов научно-исследовательских и конструкторских работ в сотрудничестве со специалистами других научных центров разработаны технологические процессы получения новых материалов и создан комплекс высокоэффективных пневмоцирку-ляционных установок и реакторов синтеза, которые успешно используются на более чем десятке предприятий и научных организаций страны.

Известность и инновационная привлекательность разработок ученых ТГУ по получению порошковых материалов с размерами частиц на уровне десятков нанометров помогла использовать потенциал специалистов ряда научных, технологических и промышленных структур в России и за рубежом для развития сотрудничества в этом направлении и совершенствования базовых процессов.

С начала 1990-х годов ТГУ сотрудничает в области фундаментальных исследований новых материалов и технологических процессов их получения с Научным центром порошкового материаловедения (ФГНУ «НЦ ПМ») Пермского государственного технического университета, возглавляемым академиком РАН В. Н. Анциферовым. Для этого центра в 2005 г. томскими специалистами разработана и изготовлена установка для проведения исследовательских работ по отработке технологии получения нанодисперс-ных порошков тугоплавких соединений, металлов и сплавов, изготовлению опытных партий порошков и поставки их потребителям. Полученные в результате совместных исследований порошки оксида алюминия имеют размер частиц от 12 до 26 нанометров.

Многолетние контакты томских и новосибирских ученых из Института катализа им. Г. К. Борескова и Института химии твердого тела и механохимии Сибирского отделения РАН привели к созданию усовершенствованных установок, обеспечивающих получение промышленных партий тонкодисперсных порошков оксида алюминия.

Ведутся совместные исследования в области порошковых наноматериалов с Миланским политехническим институтом (Италия), Фраунхоферским институтом химической технологии (Германия) и другими зарубежными организациями, связанными с разработкой нанотехнологий. Проводятся поставки опытных партий наноматериалов в эти организации как для исследовательских целей, так и для изучения возможностей осуществления совместных проектов, связанных с разработкой нанопорошков применительно к запросам национальных потребителей.

Обобщая результаты работы ученых и специалистов ТГУ в данной области, можно констатировать, что удалось добиться предельно тонкого диспергирования органических и неорганических материалов, выделения узких однородных фракций частиц при отсутствии дополнительных примесей и сохранении чистоты получаемой продукции на уровне исходного сырья. эти

достоинства получены за счет применения способов и устройств, основанных на взаимодействии газовых струй с порошкообразным материалом и организации циркуляционного движения гетерогенных потоков в специально сконструированных установках.

Разработано целое поколение пневматических установок с возможностью выполнения основных технологических операций порошковой технологии в области субмикронных размеров частиц (измельчение, классификация, высококачественное смешивание, конвективная сушка, гранулирование и др.). Технические характеристики установок: рабочие давления — от 0,1 до 0,8 МПа, расход газа — от 30 до 600 кубометров в час, производительность при измельчении — от 5 до 60 кг в час, при классификации — до 15 кг в час (в тонкой зоне), коэффициент неоднородности при смешивании порошков — не более 2%. При этом достигнуты достаточно низкие удельные энергозатраты (10-15 кВт-ч/кг) и высокая производительность получения порошков с нано- и субмикронными размерами частиц.

данный технологический процесс позволяет получить порошки с удельной поверхностью свыше 60 м2/г, состоящие из частиц с характерным размером от 30 до 90 нм, и выделить узкие нормированные фракции ZrO2, А1203, Si, SiC, SiзN4, WC, ТЮ, АШ, А1, Си, а также других неорганических и органических соединений в субмикронном и наноразмерном диапазоне. Измерения дисперсного состава порошков проводились электронной и оптической микроскопией с использованием метода БЭТ.

Углубленные исследования показали возможность разделения на узкие по дисперсному составу фракции даже сверхтонких порошков при многократной рециркуляции частиц в высоконапряженных центробежных полях. Так, из плазмохимических порошков ферритов (основа — цинк) производства ФГУП «Сибирский химический комбинат» (г. Се-верск) были выделены фракции с 597 < 0,4-0,8 микрометров. Из промышленных порошков марки АСД выделены субмикронные фракции алюминия. Узкие фракции выделены из порошков меди, производимых НПП «Высокодисперсные металлические порошки» (г. Екатеринбург).

Порошки, получаемые другими известными методами, например электрическим взрывом проводника (ЭВП), обладают довольно широким разбросом частиц по размерам (от десятков нанометров до нескольких микронов). Пневмоциркуляционный метод переработки порошков по технологии ТГУ обеспечивает получение субмикронных и наноразмерных порошков с нормированным распределением частиц по фракциям. Таким путем были нормированы ультра-дисперсные фракции меди, вольфрама и ряда других порошков, полученные электровзрывом, что говорит о возможности использования данной технологии для качественного улучшения дисперсных характеристик получаемых другими способами порошков, в том числе наноразмерных.

Переход на порошки, полученные пневмоцирку-ляционным методом, качественно расширяет возможности технологического синтеза тугоплавких соединений. Это позволило, в частности, проводить реакцию синтеза нитрида кремния в диапазоне низких давлений (0,4-0,6 МПа) и температур, обеспечивающих получение готового продукта в виде а — формы.

Проведена апробация технологии получения суб-микронных и наноразмерных порошков тугоплавких соединений для производства керамики с высокими характеристиками. Использование сверхтонких порошков А1203 позволило получить образцы продукции с трещиностойкостью, вдвое превышающей значение этого показателя по сравнению со стандартной корундовой керамикой.

Как мы уже отмечали, успешному развитию инновационных процессов в ТГУ, связанных в первую очередь с реализацией программы развития нанотехнологий, способствовали не только высокий научно-технический уровень исследований и разработок, но и в не меньшей степени — создание условий для ускорения реализации конечных результатов и применения их как в научной, так и в производственной деятельности. Сейчас, в период становления рыночной экономики, в обобщенной форме мы называем этот процесс коммерциализацией (трансфером) технологий.

Одной из важных функций процесса коммерциализации технологий является заполнение почти всегда существовавшего в условиях плановой экономики разрыва в цепочке «наука — производство», из-за которого новые технологии часто не находили реализации в практической деятельности. С одной стороны, научное сообщество не имело реальных возможностей, за рядом известных исключений, для продвижения результатов своих исследований к потребителю, а с другой стороны, предприятия промышленности были мало заинтересованы во внедрении новейших технологий рискового характера.

Настоятельная необходимость заполнения этого разрыва в условиях ориентации экономики на инновационный характер привела к ускоренному развитию в рамках российской инновационной системы инфраструктуры научно-технической деятельности. Разработки и проекты ученых Федерального государственного учреждения «Научно-исследовательский институт — Республиканский исследовательский научно-консультационный центр экспертизы» (ФГУ НИИ РИНКЦЭ), относящиеся к проблеме создания и функционирования национальной инновационной системы, явились предпосылкой для возникновения, структурирования и определения программы деятельности образований, входящих в инновационную инфраструктуру. Одной из ее главных составляющих стало создание сети центров коммерциализации технологий, в той или иной степени способствующих реализации разработок путем инновационного взаимодействия между исследователем (разработчиком) и производством или непосредственно выполняющих

функции доведения разработок до выпуска опытных серий или серийного производства

ФГУ НИИ РИНКЦЭ имеет функциональное отделение со статусом Государственного центра — Информационно-аналитический центр мониторинга и развития инновационных инфраструктур, осуществляющее разработку и реализацию концепции непрерывного мониторинга инновационной инфраструктуры и ведение реестра организаций инновационной деятельности.

В настоящее время в системе научно-образовательных учреждений наибольшее распространение получили инновационно-технологические центры, инновационно-промышленные комплексы, технопарки, центры коллективного пользования, бизнес-инкубаторы, технологические кластеры и ряд других организаций, которые классифицируются на группы, как правило, по типу инфраструктуры: производственно-технологическая, экспертно-консалтинговая, информационная группа и так далее.

Следует отметить, что Томский государственный университет одним из первых среди научно-образовательных учреждений пришел к пониманию необходимости безотлагательного развития инновационной инфраструктуры на своей базе или в содружестве с партнерскими компаниями и за последние годы добился в этом деле заметных результатов, используя наряду с другими источниками методические материалы и рекомендации ФГУ НИИ РИНКЦЭ.

Особенностью развития инфраструктуры в ТГУ является то, что в его системе созданы научно-образовательные центры (НОЦ), имеющие комплексную направленность и охватывающие по своей тематике сферу научно-технической деятельности научных работников, студентов, преподавателей как непосредственно ТГУ, так и других вузов и научных организаций Томска. Примером такой структуры является Центр трансфера технологий в рамках НОЦ «Физика и химия высокоэнергетических систем» ТГУ, который на системной основе оказывает помощь в реализации разработок на региональном, национальном и международном уровнях.

Состояние и перспективы деятельности этого центра заслуживают внимания, поддержки и распространения. Научно-образовательный центр «Физика и химия высокоэнергетических систем» создан в рамках совместной российско-американской программы «Фундаментальные исследования и высшее образование» (BRHE), основанной Министерством образования и науки РФ и Американским фондом гражданских исследований и развития CRDF. В работе НОЦ участвуют как университетские коллективы (ФФ, ФТФ, ММФ), так и коллективы академических институтов СО РАН (Институт физики прочности и материаловедения, Институт сильноточной электроники, отдел структурной макрокинетики ТНЦ, Институт проблем физико-энергетических технологий). Главной целью НОЦ является объединение потенциала научно-исследовательских и образовательных коллективов,

ИННОВАЦИИ № 12 (110), 2007

ИННОВАЦИИ № 12 (110), 2007

сформировавшихся на базе научных школ Томского государственного университета по кинетике многофазных высокоэнергетических систем и физическому материаловедению, в НОЦ международного уровня, деятельность которого направлена как на подготовку высококвалифицированных специалистов, так и на решение фундаментальных и прикладных задач, стоящих перед человечеством в XXI веке.

Созданы и функционируют также НОЦ «Наноэлектроника» и «Технологии безопасности». Для коммерциализации разработок организован ряд инновационных подразделений производственно-технологической группы, таких как Инновационно-технологический НОЦ ТГУ и Инновационно-технологический бизнес-инкубатор ТГУ, в рамках которых в том числе осуществляется координация процесса реализации технологий и установок, упоминаемых в настоящей статье. В структуре университета имеется также Томский материаловедческий центр коллективного пользования, а в состав Научного управления входит отдел коммерциализации научных разработок.

В результате многолетних усилий вузовским коллективом реализована основная цель инновационной деятельности — пройден путь от фундаментальных и прикладных исследований до создания опытного многотоннажного производства продукции на основе нанотехнологий на работающих под эгидой университета малых инновационных предприятиях (ООО НПО «МИПОР», ООО «Пневмосервис» и др.).

Малыми предприятиями регулярно поставляется на подшипниковые заводы абразивный порошок АМПЭК-М0,3 на основе оксида алюминия с характерным размером частиц 200-300 нм. Объем производства и реализации абразивных микропорошков на основе А1203 различной дисперсности уже достиг десятков тонн в год.

Налажено производство порошков на основе нитрида кремния, которые используются для получения высокоазотистых сталей, в том числе трансформаторных, конструкционных и других видов сталей, близких по составу компонентов. Легирующие добавки, получаемые синтезом из субмикронных компонентов, позволяют повысить степень усвоения азота. На способ получения получен патент и начат выпуск опытно-промышленных партий высокоазотистого легирующего материала.

Прямым синтезом были получены консолидированные образцы керамики на основе нитрида кремния. Из них изготовлены пластины, которые могут использоваться как термостойкие покрытия, и трубки для выпускных сопел в металлургическом производстве. Ведется работа по внедрению в производство получаемых таким методом огнеупорных покрытий и сопел.

Образцы выпущенной продукции прошли успешные испытания в Германии, США, Италии, Канаде, Китае, Израиле и других странах. Получены заказы от НПО «Нанометрические порошки металлов» (г. Москва) на поставку наноразмерных порошков в Германию.

Повышение инновационной активности научного сообщества и восприимчивости промышленного сектора к прогрессивным технологиям непосредственно связано с ускоренным развитием научнотехнологического потенциала по приоритетным направлениям развития науки, технологий и техники в Российской Федерации.

Индустрия наносистем и материалов, как известно, входит в их число, и поэтому ТГУ участвует в реализации Федеральных целевых научно-технических программ, которые являются важнейшим механизмом государственной поддержки инновационных технологий и коммерциализации научно-технических результатов, полученных в ходе выполнения государственных контрактов.

В 2006 году ТГУ совместно с НПО «МИПОР» в рамках ФЦНТП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития науки и техники на 2002-2006 гг.» (лот 1. 2006-РИ-13/001) был выполнен проект «Разработка и внедрение комплексной технологии получения новых материалов и изделий из наноразмерных компонентов» и в рамках этой же ФЦНТП был осуществлен проект «Разработка технологии крупнотоннажного производства нано- и субмикронных компонентов и синтеза новых материалов на их основе» (Лот 1. РИ-34/002).

Инновационные проекты, выполненные в рамках ФЦНТП, показали себя как эффективный инструмент государственно-частного партнерства и подтвердили заинтересованность промышленности в отечественных высоких технологиях. Федеральная целевая программа «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007-2012 гг.» включает важнейший инновационный проект государственного значения «Разработка технологий и освоение производства приборов и оборудования для нанотехнологий» (головной исполнитель: ЗАО «Нанотехнология МДТ», зеленоград). Данный проект имеет выраженную экспортную направленность и предусматривает поставку в страны ЕС, Юго-Восточной Азии и США оборудования и приборов зондовой микроскопии для оснащения предприятий, работающих в сфере нанотехнологий

НПО «МИПОР» в сотрудничестве с ТГУ является партнерской компанией зАО «Нанотехнология МДТ». Соглашение, заключенное между ними, предусматривает сотрудничество и координацию разработок сторон в области нанотехнологий с целью создания специализированного исследовательского оборудования на базе зондовой и атомно-силовой микроскопии для анализа порошковых материалов и изделий из них и совершенствование с помощью такого анализа технологии производства наноматериалов. Это обстоятельство предоставляет ученым и специалистам ТГУ новые возможности для реализации своего интеллектуального потенциала.

Со своей стороны, ФГУ НИИ РИНКЦЭ, оказывая экспертно-консалтинговые услуги заказчи-

кам и исполнителям заданий Федеральных целевых программ, непосредственно участвует в процессе сопровождения конкурсов на выполнение работ для государственных нужд, осуществляет исследования проблем учета и контроля за использованием результатов научно-технической деятельности и прав на них, а также научно-методическое и информационное сопровождение выставочных и других научно-технических мероприятий в России и за рубежом.

В частности, в результате экспертного отбора и оценки экспортных возможностей разработок ТГУ и НПО «МИПОР» в области получения новых материалов из наноразмерных компонентов, выполненных специалистами ФГУ НИИ РИНКЦЭ, университет участвовал в презентации российских высоких технологий в рамках Российской национальной выставки в Пекине (Китай) в ноябре 2006 г. и VII Московского международного салона инноваций и инвестицией в феврале 2007 г. и был отмечен высшими наградами эти мероприятий.

В 2006 г. Томский государственный университет стал одним из 17 вузов — победителей Всероссийского конкурса инновационных образовательных программ, проведенного в рамках Национального проекта «Образование». Мероприятия программы

являются основой стратегического плана развития ТГУ как исследовательского университета, ведущего инновационного центра образования и науки. Их выполнение обеспечивается федеральной (госбюджетной) поддержкой и софинансированием из внебюджетных средств вуза на период 2006-2007 гг.

Цель программы — создание устойчивой системы инновационного развития образования и науки в Томском государственном университете, направленной на реализацию научно-педагогического потенциала ТГУ в реальном секторе экономики и сфере услуг, удовлетворение современных потребностей рынка труда, обеспечение кадровых, научных и технологических запросов Томской технико-внедренческой зоны, обеспечение ускоренного развития научно-технологического потенциала по приоритетным направлениям развития науки, технологий и техники в Российской Федерации.

Остается выразить надежду, что мероприятия программы, как многое из того, что уже реально осуществлено Томским государственным университетом в деле развития инновационной деятельности и коммерциализации разработок в сфере нанотехнологий, при поддержке ФГУ НИИ РИНКЦЭ и других партнеров будут успешно выполнены.

нанотехнологические мероприятия

2008 год

март 2008 XI международная конференция «Дислокационная структура и механические свойства

апрель 2008 металлов и сплавов» на тему: «нанотехнология и физика наноструктурных материалов

------------------------ нового поколения: наноструктурные суперсплавы, композиты, керамики, покрытия»

Новоуральск, Организаторы:

Свердловская обл., Ин_т фИзИКИ металлов УрО РАН.

РОССИЯ Тел.: (343) 378 3821; Факс: (343) 374 5244; URL: www.imp.uran.ru

11 03 2008 6-й международный симпозиум по нанотехнологии «новые идеи в промышленности»

12.03.2008 Организаторы:

------------------------ VDI Wissensforum IWB GmbH, Graf-Recke-Strasse 84, 40239 Dusseldorf, Germany.

Дрезден, ГЕРМАНИЯ Тел.. +49 (211) 621 4201; Факс: +49 (211) 621 4154

международная научно-практическая конференция «квантовые компьютеры, микро- и

апрель 2008 наноэлектроника»

Организаторы:

Ярославль, РОССИЯ А.С. Рудый, Ярославский ГУ.

Тел.: (4852) 79 7774; Факс: (4852) 25 5787

HANNOVER MESSE: MicroTechnology — международная выставка. прикладные техно-21 04 2008 логии, микросистемы и нанотехнологии

25.04.2008

______________ Организаторы:

Ганновер, ГЕРМАНИЯ Deutsche Messe AG, Messegelande, 30521 Hannover, Germany.

Тел.: +49 (511) 89-0; Факс: +49 (511) 893 2626; URL: www.messe.de

27.05.2008 7-я международная конференция WSEAS по микроэлектронике, наноэлектронике и оптоэлектронике — MINO ‘08

29.05.2008 Организаторы:

Стамбул, ТУРЦИЯ WSEAS.

URL: www.wseas.org/conferences/2008/istanbul/mino/index.html

17.06.2008

19.06.2008 Организаторы:

MiNaT — международная выставка. точная механика и сверхточные микро- и нанотехнологии

------------------------- Messe Congress Center Stuttgart, Landesmesse Stuttgart GmbH, Abteilung Gastveranstaltungen,

Штутгарт, ГЕРМАНИЯ Am Kochenhof 16, 70192 Stuttgart, Germany.

Тел.: +49 (711) 2589-0; Факс: +49 (711) 258 9440; URL: www.messe-stuttgart.de

ИННОВАЦИИ № 12 (110), 2007