Газета «Тихоокеанская звезда» 20.03.2013 | Инновации
Старший преподаватель, аспирант Иван Доронин и доцент, кандидат физико-математических наук Константин Окишев кафедры «Оптические системы связи» Естественно-научного института Дальневосточного государственного университета путей сообщения занимались созданием фотонных кристаллов (по сути, аналог природного камня опал) - их «выращивали» из маленьких наночастиц диоксида кремния, изучали оптические свойства и сферу применения.
Для проведения исследования необходимо было измерять размеры этих наночастиц. Ученые приобрели устройство по измерению размеров частиц, но… возникли претензии к его точности. В общем-то отсюда и появилась идея создать прибор, который давал бы более достоверные результаты.
О чем расскажет наномир
Над оптическим измерителем размеров наночастиц стала трудиться группа сотрудников студенческого конструкторского бюро «Нанотехника» - студентов и преподавателей под руководством Константина Окишева.
- Здесь ребята после занятий занимаются научно-техническим творчеством, разрабатывают различные устройства, ставят эксперименты, - рассказывает он. - Успеха в научных исследованиях можно добиться, только работая в команде. Мы предложили студентам включиться в работу. Забегая вперед, скажу, что сейчас пока готов макет одного из приборов. Но исследование продолжено, и, пока мы готовили этот макет, уже родилась идея усовершенствования метода.
- Немного скажу, зачем мы вообще этим занимаемся, - объясняет Иван Доронин. - Бурное развитие нанотехнологий в последнее десятилетие привело к внедрению их достижений в различные отрасли науки и техники. Так в электронике, медицине, косметологии, химической промышленности и других отраслях широкое применение находят наночастицы. Существует очень много направлений, в которых нужно измерять и контролировать их геометрические параметры.
Например, из наночастиц состоят жидкости внутри организма - это и кровь, и плазма, и даже вирусы. Нефть - это такая жидкость, в которой существуют глобулы - отдельные маленькие частицы углерода. От того, как они «слипаются» в конгломераты, и зависит, как будет эта нефть течь, каково будет ее качество.
- Приведу простой пример: не так давно в прессе писали о том, что в китайском молоке нашли, по сути, ядовитое вещество - меламин, - дополняет Константин Окишев. - Так вот, мы пьем молоко, а что на самом деле мы пьем? Нет простых методик по определению состава молока. И сейчас идет спор: что называть молочными продуктами, что молоком, надо ли говорить о составе молока. И такие анализы не могут сделать! А наш прибор, например, позволил бы сказать, что за частицы присутствуют в молоке. Сейчас существует проба на меламин, но выполнить ее крайне сложно и фактически ее не делают.
Остановись, частица, ты прекрасна
- Из методов, которыми можно измерить наночастицы, наиболее надежные - это методы электронно-лучевой или просвечивающей микроскопии, - говорит Константин Окишев. - Получают изображения этих частиц и по ним их измеряют. Но у этого метода есть недостаток - для того, чтобы произвести эти измерения, пробу необходимо осушить, потому что измерения производятся в вакууме. И для этого нужна довольно длительная подготовка. Вдобавок, в электронно-лучевом микроскопе на поверхность этой пробы предварительно нужно наносить редкоземельные металлы, например, платину. К тому же это еще и дорого. Сама платина - недешевый металл, а необходимый микроскоп стоит около миллиона долларов. Чтобы его разместить, нужно большое помещение, немаленький штат обслуживающего персонала. Есть другие методы измерения частицы, но вот что касается измерения нанометра, они попросту «не работают». Например, турбодиметрия - по осаждению частичек, нефелометрия - по тому, как рассеивается свет, проходя через среду.
Дальневосточные ученые взяли за основу другой метод - динамического рассеяния света, называемый также методом фотонно-корреляционной спектроскопии.
- Он хорош тем, что не требует никакой подготовки пробы, - рассказывает Константин Николаевич. - Чаще всего исследуется жидкость, поэтому она загружается в кювету прибора, и буквально за считанные секунды на мониторе компьютера выдается информация о частицах: сколько их, какого размера они.
Такие приборы стали появляться сравнительно недавно. За рубежом их выпускают, в России - нет, хотя сам метод известен давно. Почему не выпускались? Чтобы создать такой прибор и получать результаты, нужно производить довольно сложные математические вычисления на мощном оборудовании. Сейчас такие компьютеры стали доступны, поэтому и этот метод стал активно внедряться.
- Так вот, тот прибор, макет которого мы собрали, как раз основан на этих принципах, - продолжает Константин Окишев. - Но и у него есть недостаток, все-таки он не всегда точен. Поэтому сейчас мы теоретически рассмотрели видоизмененный метод измерения наночастиц, когда свет попадает в жидкость под углом полного внутреннего отражения.
Это исследование опубликовали в известном в кругу ученых англоязычном физическом журнале - одном из самых цитируемых в этой сфере - «Оптик - Экспресс». А Иван Доронин совсем недавно сделал доклад в рамках второй школы- конференции «Фотоника микро- и наноструктур» во Владивостоке. По этой теме планирует защитить свою диссертацию.
Что можно успеть за секунду
Исследование, конечно, и сейчас ведется в команде. Ребята, которых мы застали в студенческом конструкторском бюро, практически все участвовали в изготовлении макета прибора.Например, Игорь Крумгольц и Владислав Палий как раз собирали конструкцию. Егор Нащечин также участвовал в расчетах прибора, но сейчас от этого отошел - увлекся новым направлением, которым занялись на кафедре - фемтосекундными лазерами, измерением их спектра.
- Ребята, которые тоже много посвятили этой теме, Василий Попок и Алексей Бондар, сейчас в Москве, на преддипломной практике - в Научном центре волоконной оптики. В этом центре разрабатывают новейшие волоконные лазеры, - рассказывает Константин Окишев. - Василий занимался разработкой компьютерной программы, которая взаимодействует с прибором. Алексей разрабатывал конструкцию прибора, его корпус. Наши студенты имеют очень хорошую подготовку, поэтому их берут туда на стажировки, предлагают оставаться работать. Просто-напросто случайные люди к нам не приходят, ведь главные экзамены - математика и физика; чтобы поступить, сдать их нужно на высокий балл. Студентов очень легко зажечь чем-то новым, они сами выбирают себе направления для работы. Например, Игорь увлекается астрономией, у него дома есть телескоп. Владислав увлекается усовершенствованием музыкальной аппаратуры: собирает усилители, колонки. И к тому же отлично поет. Егор - очень ответственный парень, увлечен своей темой; если пойдет в науку, многого добьется.
Надо отметить, что фемтосекундными лазерами увлекся не только Егор. Новым направлением - фемтосекундными лазерами с короткими оптическими импульсами занимаются и студенты, и выпускники вуза.
Кстати, буквально на днях в ДВГУПС приехал Дмитрий Черных, выпускник этого вуза, в студенческом прошлом тоже член конструкторского бюро. Парень сейчас учится в аспирантуре и работает в Научном центре волоконной оптики. Недавно он стажировался в Германии. Также Дмитрию было предложено поучаствовать в разработках коллег из этой страны.
- Да и вообще в мире возрастает доля интереса к тому, что связано с оптикой. Например, это лазеры и технологии, которые с ними связаны, а применимы они в медицине, обработке материалов в промышленности и многом другом. Также позицию номер один занимают энергосберегающие технологии - новые эффективные источники света, солнечные батареи. Все эти области объединяет новое направление - фотоника, еще буквально недавно такого термина даже не было… В этом году в университете была лицензирована магистратура направления «Фотоника и оптоинформатика». Сейчас хотим открыть такое же направление подготовки бакалавров.
Начиная от Иркутска и до Тихого океана больше такого направления нигде нет. И все, о чем мы говорили, - это как раз то, чем займутся будущие выпускники. И это актуально, ведь в Хабаровске много организаций, которые стали применять с различными целями лазеры. И нужны будут специалисты, которые смогут их внедрять, настраивать, использовать.
Мария ИВАНОВА.