Роман Шишкин — ведущий инженер лаборатории материаловедения и технологии материалов. Он разрабатывает технологию получения нитрида алюминия. Это керамический материал, который хорошо проводит тепло и совсем не проводит электричество.
Нитрид алюминия используют в электронике для изготовления корпусов и подложек интегральных схем, транзисторов. Алюмонитрид может спасти ноутбуки, которые шумят и «виснут» из-за перегрева внутренних деталей. Электронные платы помещают на прокладку из керамического материала, и он отводит тепло от горячей поверхности.
Еще одна область применения продукта — в светодиодах. Использование разработки екатеринбургских ученых снизит стоимость уличных фонарей. Количество светящихся элементов можно уменьшить, увеличив их мощность. Излишек тепла, который они будут выделять, отведет алюмонитрид. Тогда стоимость светильников понизится на 15–20%.
В промышленности есть несколько способов получения вещества, каждый из которых имеет серьезные недостатки. Роман Шишкин пытается отточить до совершенства новую технологию, которая позволит производить продукт без примесей и из доступного сырья. Ему помогают четыре специалиста.
Мы поговорили с Романом о президентской стипендии в 4 тысячи рублей, нагревании в микроволновке металлической посуды, перспективах науки и немного о патриотизме. Затем вычеркнули свои вопросы и вот что получилось.
Выходит, есть дилемма — либо очень дорогой порошок нитрида алюминия (от 1 тыс. долларов за 1 кг) с хорошими характеристиками, либо по приемлемой стоимости и непригодный для работы. Следовательно, необходимо удешевить производство и повысить качество продукта, и тут появилась идея.
О рождении идеи
Получить особо чистый алюминий можно с помощью дистилляции через субгалогенидные соединения. Берем трифторид алюминия — он выглядит как соль, смешиваем его с алюминиевой пудрой. При нагревании этой смеси образуется соединение, которое может существовать только в небольшом диапазоне высоких температур. Когда температура понижается, оно распадается: образуется чистый алюминий, а газообразный трифторид оседает на стенках.
У нас появилась идея: почему бы не подать туда азот? Так возник наш газофазный синтез. К соединению, которое я описал, подаем азот, и образуется нитрид алюминия, который нам нужен, и трифторид алюминия. Сейчас мы работаем над тем, чтобы добиться осаждения в разных зонах тигля, чтобы нитрид образовывался в одной части камеры, а трифторид в другой. По сути, будут расходоваться только алюминий и азот — это достаточно дешевые вещества.
| |
| Перед защитой диссертации Роман Шишкин тренируется объяснять технологию получения нитрида алюминия на пальцах. |
Преимущества нашего метода: очистка алюминия, хорошая производительность, экологичность, доступное и безвредное сырье, простая в изготовлении аппаратура.
О самодельном оборудовании и продаже научных разработок
Установку для производства нитрида алюминия мы собирали самостоятельно. Корпусные детали и реакционную камеру нам изготовили по заказу. А мы затем организовали монтаж и пуско-наладочные работы. Часто элементарные вещи нам вытачивает токарь.
Сама установка состоит из нескольких зон — внизу для соли трифторида алюминия, над ней камера для расплава металлического алюминия, через которую соль испаряется. Внешний диаметр реакционной камеры — 174 мм, длина — около 1 метра. Периодически мы ее меняем, ремонтируем и переделываем. Для работы пришлось изучить принципы теплоизоляции, проектирования, собрать пульт управления и систему подачи газов, в общем, стать специалистом широкого профиля.
| |
| Процесс внутри установки протекает при температуре от 1150 до 1300 °С. |
Часто мы применяем в опытах самые бытовые предметы. Например, микроволновки частотой 2,45 ГГц. От бытовых они отличаются мощностью. Кухонная микроволновка для опытов все же слабовата — у нее мощность 800 Вт. А промышленные могут быть мощностью несколько киловатт. В бытовой, например, мы можем разогреть чуть-чуть раствора, а в промышленной — вещества, которые не поглощают излучение.
Можно, конечно, и металлический порошок нагреть. Только микроволновка заискрит и может полететь магнетрон, поэтому не советую ставить такие опыты дома.
| |
| Жертва научных опытов — микроволновка с дырой в корпусе. |
Есть такой конкурс «Умник», я его выигрывал в 2012 году. Я тогда занимался проектом по термопастам и работал с Уральским оптико-механическим заводом. Получил неплохие отзывы, но проблема в том, что в большом количестве я эти пасты пока сделать не могу, поэтому сейчас я отрабатываю масштабирование технологии, чтобы позже внедрить ее в производство, и тестирую термопасты на собственном компьютере. Может, когда-нибудь и на МКС термопасту запущу.
О работе, отдыхе и «Доте»
Я не считаю, что время, пока я нахожусь в лаборатории, целиком занято работой. Думать над одним вопросом восемь часов подряд очень тяжело. Зачастую идеи по проведению эксперимента приходят неожиданно. Если посчитать мою полезную работу вместе с экспериментами и подготовкой к ним, выйдет четыре часа в день — не так много.
Загадывать, когда я закончу проект, сложно — может, светлая идея, которая не заметна с первого взгляда, придет только через какое-то время. Дедлайна у меня нет, но мне бы хотелось к середине 2020-х все доделать. Я уже семь лет работаю над производством нитрида алюминия и совершенствованием установок. Перед нами стоит сложная инженерная задача — нужно реализовать цепочку химических реакций, которые уже изучены. Сделать так, чтобы они произошли с необходимым результатом.
| |
| Огромную установку постоянно совершенствуют. Если проект удастся успешно завершить, производство наладят в 2030-х гг. |
Все эти инженерные работы — изготовить установку, переделать ее, разобрать, собрать — занимают много времени. Еще больше уходит на планирование и решение задач. Даже сейчас у меня в лучшем случае проходит один эксперимент в неделю, хотя все работает и не нужно что-то чинить. День-два нужно на подготовку, еще день на проведение, потом сутки на разгрузку. Ожидание результатов, анализ предыдущего эксперимента и прогноз — все требует времени.
Иногда люди работают над одним проектом десятки лет, ведь это длинное и кропотливое занятие, а не потому, что ученые ленятся и чаи гоняют. Могут быть трудности, в том числе недостаток финансирования, — тогда больше времени уходит на то, чтобы выкрутиться и продолжить исследование всеми возможными способами.
У нас очень много мыслительной работы, поэтому нужно тратить время на отдых. Если будешь активно долго думать, мыслительная активность упадет, а глаз замылится. Я согласен с тем, что за 20% времени можно сделать 80% работы — это мой личный стиль. Будучи студентом, во время сессии я готовился буквально по два часа в день — час утром и час вечером. А между этим гулял, развлекался…
Сейчас я отвлекаюсь по-другому. В последнее время я немножко подсел на киберспорт. Но не на Dota, а на стратегию в реальном времени StarCraft II. Я добился неплохих результатов: играю на командных турнирах за хорошую любительскую команду, тренируюсь в преподавании — обучаю ребят из низших лиг. Если на базе университета когда-нибудь будут такие соревнования, с радостью приму в них участие. Кстати, как доказали исследования, игры развивают когнитивную гибкость мышления. То есть принятие решений происходит быстрее, мыслишь креативнее. Помогают и всякие стандартные вещи — погулять и послушать музыку.
О деньгах, проблемах и перспективах
С сентября я получаю президентскую стипендию и стипендию правительства по приоритетным направлениям науки. За время обучения в аспирантуре я получал разные стипендии и могу рассказать об их величине. Президентская стипендия — 4,5 тысячи рублей ежемесячно. Губернатор платит по 2 тысячи в месяц. Правительство — 3,5 тысячи в месяц. Стипендия по приоритетным направлениям от правительства — 11,5 тысяч. У президента — на 2 тысячи побольше. Но самая интересная для нас стипендия — для молодых ученых. Стипендиаты получают по 22,8 тысячи в месяц в течение трех лет. Жду сейчас результатов по ней, может, дадут.
| |
| Чтобы закончить проект, ученым нужно еще немного денег — от полумиллиона до миллиона рублей. |
Некоторые гранты на исследования предлагают смешные деньги. Например, 700 тысяч рублей в год. Кажется, что это много. Но представьте, сколько человек и какую зарплату получат? Это два человека год будут работать, но больше ничего не приобретут для проекта. Если они купят — урежут свой доход. Нужно учесть, что при отсутствии грантов зарплаты низкие. Может, в параллельном мире считают, что в университетах средняя зарплата 30 тысяч рублей. На самом деле инженер получает чуть больше МРОТ (с 1 июля в России минимальная зарплата — 7,8 тысяч рублей, — прим. ред.).
Возьмем Российский научный фонд. Они дают гранты 4 – 6 млн рублей — на эти деньги можно содержать четырех человек и что-то еще купить. Есть и более крупные гранты. Пока с финансированием у нас проблемы. Между грантами появляются перерывы.
У меня такое ощущение, что мы застряли между Советским Союзом и Западом. Прямо на середине пути. Как я представляю, у ученых на Западе никакой зарплаты нет, только гранты. Но у них механизм: закончили научно-исследовательские работы, отчитались, продлили грант. Таким образом, проект ведется до конца. У нас такого нет.
| |
| Станок в токарном цехе, который выпускался на заводе «Ижмаш» с середины 1960-х гг. |
Я не спорю, на старых жилах, на старой закалке ведутся хорошие работы, и научные группы получают неплохие результаты (в основном, фундаментальные, ведь в прикладных российское производство не заинтересовано). Но зачастую это получается самодельно — ту же установку мы собственноручно собирали по частям. Печки сами кладем, потому что покупать новые дорого. Зато дополнительный опыт в теплотехнике и приборостроении.
Мне кажется, надо улучшать инфраструктуру, обновлять оснащение лабораторий. Те ученые, которые получают хорошие гранты, сами этим занимаются. Сложно работать, когда нет хорошего оборудования. Если оно появится, увеличится количество публикаций, разработок, вузы поднимутся в рейтинге, промышленности получит перспективы модернизации и драйверы роста, студенты — работу на новом оборудовании. Нужно только заняться этим.
По-моему, у нас в науке есть еще одна большая проблема: 90-е годы повлияли на количество исследователей. Многие ученые, окончившие вузы в 1980–1990-х гг., уехали за границу. Даже в нашей лаборатории это чувствуется. Мой научный руководитель прошел советскую школу, а кандидаты наук защитились в начале 2010-х гг., выходит огромная разница в возрасте. Не хватает связующего звена между опытными учеными и начинающими инженерами. Из-за этого происходит недопонимание, конфликт мировоззрений, подходов, возникают трудности в передаче опыта.
Я не ухожу из науки, потому что мне хочется достичь поставленной цели. Есть любознательность. И, честно говоря, не теряю надежды внести свой вклад в российскую науку. Ну и собственные задачи есть — собираюсь защищать кандидатскую в следующем году.
