«Вышла сухой из воды»: так можно было бы сказать о строительной плитке с символической надписью Du, которую поднял из резервуара специальный кран и тем самым ознаменовал открытие восьмого нанотехнологического центра «Роснано». Сухой плитка оказалась потому, что она была обработана гидрофобным полиструктурированным покрытием – его разработали участники стартапа «Защитные покрытия», поселившегося, как и 40 других проектов, в новоявленном наноцентре на территории особой экономической зоны «Дубна». Это один из сразу нескольких стартапов открывшегося комплекса, которые уже имеют производство и начали зарабатывать первые деньги, однако, по словам главы ОАО «Роснано» Анатолия Чубайса, этот центр задумывался сразу как «фабрика по производству стартапов», поэтому на достигнутом не остановится.

Символ наноцентра «Дубна» – «химический» элемент Du

От «умных» проектов до космецевтики

«Роснано» вложило в двухмиллиардный проект «Дубна» чуть более половины финансовых средств, а остальное проинвестировали партнёры – «Концерн “РТИ Системы”», ОИЯИ (Объединённый институт ядерных исследований), «Фирма АйТи. Информационные технологии» и сама особая экономическая зона, на земле которой и расположился наноцентр.

«Для нас открытие наноцентра в Дубне – это большое событие, поскольку оно является и итогом работы с Объединённым институтом ядерных исследований, с городом, Московской областью, с особой экономической зоной, и одновременно стартом генерирования постоянного потока стартапов, – сказал Чубайс. – На мой взгляд, здесь уже есть жемчужины и бриллианты, которые, правда, ещё необходимо огранить».

В списке этих «жемчужин» – и совместный с НИТУ «МИСиС» проект по производству квазикристаллов (новый тип «упаковки» атомов металлов в твёрдом веществе), которые при нанесении на сложные поверхности, способны продлить срок службы машинных деталей и лакокрасочных покрытий; и проект «Умные адгезивы», реализуемый командой дубнинского наноцентра вместе с Институтом элементоорганических соединений РАН и МГУ им. Ломоносова, под «присмотром» крупных учёных Михаила Фельдштейна и Алексея Хохлова; а также проект «Космецевтический инкубатор» – то есть бизнес-инкубатор в области производства косметики с фармакологическими свойствами. Этот проект с несколькими стартапами по космецевтике существует совместными силами наноцентра и косметического объединения «Свобода», которое будет создавать инновационную продукцию на своих площадях. Однако особняком стоят два проекта в сфере «умных покрытий» – по гидрофобным составам и электрохромным стёклам.

Боязнь воды – на пользу

«Защитные гидрофобные покрытия, которые разрабатываются в этих стенах, придают поверхностям водоотталкивающий эффект и антисептические свойства, – представил один из своих лучших проектов директор наноцентра «Дубна» Алексей Гостомельский. – Покрытие можно адаптировать под любые материалы – будь то стекло автомобиля, окно или фасад здания, стройматериалы, дерево, ткань или обувь».

Конечно, гидрофобизирующие составы известны давно – около 30 лет, и первое их поколение, которое придавало поверхностям лишь некоторые водоотталкивающие свойства, делалось на восковой основе, а затем появились разработки из диоксида кремния. Но учёные по всему миру очень долго пытались хорошо закрепить гидрофобизатор на поверхности – он отталкивался и от неё тоже. В России эту проблему решить удалось.

Разработки велись с 2009 года в дубнинском Научно-исследовательском институте прикладной акустики (принадлежит Федеральной службе по техническому и экспортному контролю РФ) – и первые успешные образцы были получены ещё тогда. Сегодняшние гидрофобизирующие составы способны держаться, к примеру, на самом уязвимом лобовом стекле автомобилей до полугода.

Они подходят под российские погодные условия и даже способны предотвратить образование наледи.

Для достижения ещё большего гидрофобного эффекта, как предполагает Роман Новичков, кандидат химических наук, технический директор проекта и собственно разработчик составов, необходимо обработать ими поверхность во время покраски автомобиля:

«Для создания закрепленной текстуры можно нанести состав аэрографом-распылителем на слегка подсохший слой краски. Модифицированные наночастицы не войдут в краску до конца, поскольку вязкость и плотность большая, но останутся на определенной глубине и будут закреплены в красочном слое как в матрице – и это вызовет ещё более длительный супергидрофобный эффект».

Некоторые строительные компании и ряд сетевых автодилерских центров, таких как Genser и «Рольф», уже реализуют дубнинские составы для обработки стёкол под собственной торговой маркой.

«Пользователи могут приобрести набор для полировки и самостоятельно распылить состав пульверизатором, выдержать 15 секунд и затем отполировать поверхность тряпкой», – пояснил Дмитрий Брунь, менеджер проекта.

Он рассказал также, что весной этого года российскими нанопокрытиями было обработано около 1000 автомобилей в Москве, и на сегодняшний день выручка этого проекта составила миллион рублей.

Кроме того, нанотехнологический центр уже начал переговоры со службой эксплуатации зданий и сооружений «Сбербанка»: пилотное нанесение отечественного гидрофобного покрытия уже состоялось в офисе на 1-й Тверской-Ямской в Москве, а в Дубне наносоставом обработаны стёкла городских автобусов и фасад церкви.

Алексей Гостомельский также напомнил о других применениях гидрофобного состава: совместно с учёными из Троицка дубнинская команда разрабатывает медицинскую шину из картона. Возможность нарезки позволяет использовать её для любых частей тела, но медицинским службам важно, чтобы она не намокала, и гидрофобное покрытие решает эту проблему, хотя и значительно удорожает стоимость картона.

Также перспективным является текстильное направление в создании гидрофобных составов: оно привлекательно для инвесторов, но сложно в реализации – из-за обилия разновидностей тканей, которые при нанесении состава не должны менять структуры и сохранять все свои качества по износоустойчивости. Но пока в этой области российские разработки увенчались успехом: одежда, обработанная отечественным составом из простого аэрозольного баллончика, выдерживает 3–4 стирки.

«Коллеги из Лондона, которые занимаются эксплуатацией водных объектов и канализаций, попросили нас разработать состав для тканей, чтобы защитить одежду служащих, – рассказал Дмитрий Брунь. – Мы разработали его, но понимаем, что с этой технологией на рынке будет сложно продвигаться, поскольку уже накопилось много негативных мнений о малоэффективных аналогах». Однако наши учёные верят в успех, поскольку дубнинский гидрофобный состав стоит дешевле зарубежных и более устойчив к истиранию, а кроме того, способен отталкивать не только воду, но и органические соединения: «Наши ребята научились модифицировать формулу состава таким образом, – пояснил Брунь. – Что к ней можно “пришить” перфторированные “хвосты”, вызывающие биофобный эффект».

Стекло, которое избавит от света

Электрохромными стёклами занимались также в дубнинском НИИПА, но совместно с мордовским и ульяновским центрами нанотехнологий, входящими в сеть ОАО «Роснано». Теперь же это направление – один из стартапов технологической компании Comberry, занятой в области фотовольтаики, силовой электроники и «умных» покрытий. И хотя стёклами-«хамелеонами» в России занимаются и в Московском университете – в совместном проекте нескольких факультетов, дубнинские учёные ООО «СмартЭлектроГласс» не концентрируются на одной технологии и предлагают сразу несколько вариантов светопрозрачных конструкций и стёкол, способных к регулируемому затемнению и осветлению с помощью малого тока. Речь идёт и о композитах из сплавов стекла и различных химических материалов, и об электрохромных плёнках, которые можно наклеивать на вторичные стёкла, но в любом случае «умные» стёкла можно будет применять и для межофисных перегородок, и для полного остекления зданий, и для затемнения автомобильных стёкол.

«Электрохромная технология предлагает с помощью приложения небольшой контактной разности потенциалов, до 5 вольт, изменять светопропускаемость оптических устройств», – объяснил Алексей Чувашлев, кандидат химических наук, сотрудник НИИПА и разработчик технологии производства конструкций с управляемым светопропусканием (с ней он стал победителем конкурса У.М.Н.И.К. в 2012 году).

Он готов продемонстрировать сразу несколько образцов «умных» стёкол – на основе неорганических, органических и более сложных гибридных соединений:

«Если это образец, созданный на органической основе, то работает он следующим образом: между двумя стёклами помещается уникальный адгезив, выполняющий скрепляющую функцию устройства и обеспечивающий электропроводность и подвижность ионов. То есть в нём находятся активные вещества, которые при наложении разности потенциалов на стёкла, вызывают обратимую электрохимическую реакцию. Один из её компонентов – окрашивание. Когда мы выключаем напряжение, происходит обратный процесс рекомбинации, и стекло вновь обесцвечивается».

У «органической» технологии есть существенный недостаток: под действием ультрафиолета вся органика буквально «выгорает» за несколько лет. Поэтому Алексей и его коллеги взялись за более стабильные разработки – например, технологию на основе оксидных слоев:

«Мы наносим на проводящую поверхность стекла активную плёнку: с одной стороны это оксид вольфрама, а с другой – контрэлектрод, и окрашивание происходит благодаря изменению электронной конфигурации плёнки и её взаимодействию с оптическим спектром. Эта технология позволяет регулировать светопропускаемость не только в видимом диапазоне спектра, но и в инфракрасном – а ведь существенная часть солнечного спектра идёт как раз в нём, и это значит, что мы можем охлаждать помещения с “умными” стёклами летом, сокращая затраты на кондиционирование».

Есть и разработки на основе соединений оксида алюминия, оксида кремния и оксида хрома, на полиакрилатной и полиуретановой матрице, а также на основе гибридных органическо-неорганических соединений с литий-ионными мембранами (практически все энергетические устройства сегодня работают на литии). По словам Чувашлева, сегодня на продолжение разработок всех этих технологий обещано около 60 миллионов рублей – таков новый цикл финансирования, но учёные, занятые электрохромными стёклами, по-прежнему ждут и инвесторов, и своего крупного индустриального заказчика, под которого они смогли бы доработать одно из направлений до конца. Не исключено, что возможности нового центра нанотехнологий, в который переехало оборудование перспективных стартапов, позволят через несколько лет нам, простым пользователям, остеклять балконы отечественными электрохромными стёклами с гидрофобным покрытием.