МИСИС

Покрытия превосходят ниобиевую подложку без спецобработки в 25 раз по износостойкости и на несколько порядков по жаростойкости.

Благодаря высокой термо- и коррозионной стойкости, тугоплавкие металлы, в том числе ниобиевые сплавы, незаменимы при производстве нефтегазоперерабатывающего оборудования, электролитических конденсаторов, ёмкостей для расплавленных металлов и др. Однако при высоких температурах в окислительных средах они подвержены износу и разрушению. Чтобы продлить срок службы таких изделий и сформировать защитное покрытие, учёные применили метод искрового плазменного спекания — передовую методику обработки материалов, использующую импульсный постоянный ток для создания высокоэффективных уникальных микроструктур, которые трудно получить обычными способами.

В качестве исходного сырья методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС) были получены порошки, содержащие смесь дисилицида молибдена из промышленных отходов нагревательных элементов с силицидами и боридами циркония, гафния, ниобия.

«На подложках из ниобиевого сплава мы создали покрытие, которое препятствует диффузии атомов кислорода вглубь материала, тем самым защищая от окисления при высоких температурах и дальнейшего разрушения. За счет образования слоистой структуры, состоящей из боросиликатного стекла, оксидов и силикатов циркония и гафния, оно обладает эффектом самозалечивания дефектов», — отметил Евгений Левашов, член-корреспондент РАН, заведующий кафедрой порошковой металлургии и функциональных покрытий (ПМиФП), директор Научно-учебного центра СВС МИСИС-ИСМАН (НУЦ СВС).

Спекание порошков в интервале 1400–1600 °C позволило сформировать газонепроницаемый защитный слой, обеспечивающий многократное увеличение термической и окислительной стойкости. С подробными результатами исследования можно ознакомиться в научных журналах International Journal of Refractory Metals and Hard Materials и Surface Engineering and Applied Electrochemistry.

«При спекании между покрытием и подложкой формируется прочная диффузионная зона, которая позволяет достичь рекордной жаростойкости и устойчивости к циклическим тепловым нагрузкам», — добавил д.т.н. Филипп Кирюханцев-Корнеев, профессор кафедры ПМиФП, заведующий лабораторией «In situ диагностика структурных превращений» НУЦ СВС НИТУ МИСИС.

«Инженерные решения учёных Университета МИСИС, ведущего вуза страны в области новых технологий и материалов, успешно применяются в различных высокотехнологичных наукоёмких отраслях – от химической промышленности до атомной энергетики. «Самозалечивающееся» покрытие, созданное нашими исследователями под руководством директора НУЦ СВС МИСИС-ИСМАН, члена-корреспондента РАН, д.т.н., профессора Евгения Левашова значительно превосходит по жаро- и износостойкости традиционную ниобиевую подложку. Новый материал найдёт применение в сферах, где оборудование эксплуатируется с высокой интенсивностью, в условиях экстремальных температур», — сказала ректор НИТУ МИСИС Алевтина Черникова.

Работа выполнена при финансовой поддержке Российского научного фонда (грант № 23-49-00141) и Государственного фонда естественных наук Китая (грант № 52261135546).

Материал перспективен для микроэлектроники, медицины, авиа- и машиностроения.

«Учёные Университета МИСИС под руководством директора Института новых материалов, д.ф.-м.н., профессора Сергея Калошкина разработали композиты на основе полисульфона и порошковых углеродных наполнителей, которые могут стать альтернативой традиционно использующимся при производстве топливных элементов металлическим и графитовым биполярным пластинам. Новые материалы хорошо обрабатываются, устойчивы к коррозии, обладают высокой тепло- и электропроводностью», — рассказала ректор НИТУ МИСИС Алевтина Черникова.

Обычные полимерные материалы обладают очень малой электрической проводимостью и теплопроводностью, что ограничивает область их применения в технике. Для получения проводящих свойств требуется использовать функциональные добавки, такие как частицы металлов или углеродные наполнители. Для получения материалов с хорошей проводимостью требуется добавить не менее 30 массовых процентов таких частиц, что является сложной задачей. Эксперты НИТУ МИСИС разработали способ получения композиционных материалов с матрицей из полисульфона, которые сочетают прочность с высокой тепло- и электропроводностью.

К.т.н. Андрей Степашкин, старший научный сотрудник Центра композиционных материалов, доцент кафедры физической химии НИТУ МИСИС объясняет: «Использование углеродных наполнителей для получения композиционных материалов с матрицей из полисульфона по растворной технологии позволяет достигать высоких значений тепло- и электропроводности при приемлемом уровне прочности. Для реализации технологии не требуется уникальное оборудование, при этом возможно использование отходов графитового производства».

Исследователи создали композит с применением технологии смешения в растворе: раствор полимера имеет значительно меньшую вязкость по сравнению с расплавом и позволяет добавлять различные наполнители добиваясь их равномерного распределения. После удаления растворителя из полученного полуфабриката методом термического прессования получали образцы. Из углеродных наполнителей наилучшим образом проявил себя природный графит, который обеспечил лучшие показатели проводимости, тогда как искусственный графит усилил механические и функциональные свойства. Подробные результаты — в научном журнале Applied Sciences (Q2).

«Ключевым результатом стало получение анизотропного композиционного материала: наложение графитовых частиц в перпендикулярной к направлению прессования плоскости обеспечило хороший контакт между ними и привело к росту тепло- и электропроводности, что определило возможность использования синтезированных материалов для биполярных пластин», — отметил младший научный сотрудник Центра композиционных материалов НИТУ МИСИС Хуссам Мохаммад.

В перспективе новый подход позволит предприятиям эффективно вовлекать шламы в производство, экономя дополнительные средства и снижая экологическую нагрузку.

Современные металлургические заводы сталкиваются с ростом объёмов вторсырья — пылей, шламов и подобных материалов, которые пока являются отходами. Их накопление влечёт экономические издержки и риски для экологии. Традиционные методы утилизации зачастую не учитывают различия в химсоставе, что ограничивает вовлечение отходов в производство и приводит к потерям ценных компонентов, прежде всего железа и цинка. Для решения этой задачи эксперты НИТУ МИСИС усовершенствовали технологические комплексы на основе доменных и трубчатых печей, позволяющие эффективно перерабатывать отходы и возвращать их в производственный цикл. Подход позволяет разделять потоки материалов в зависимости от их состава: например, пыли с высоким содержанием цинка перерабатываются в трубчатой печи по технологии вельцевания, а богатые железом клинкер, шламы и окалина — в мини-доменной печи.

«Предложенные комплексы позволят предприятиям получать дополнительную прибыль с помощью переработки отходов. По нашим расчётам, финансовые вложения в доработку печей окупятся в течение нескольких лет, а затем начнут приносить стабильный доход. Внедрение таких комплексов обеспечит окупаемость инвестиций до 36%. Дополнительно снижается нагрузка на окружающую среду, так как миллионы тонн пылей и шламов перестают накапливаться в отвалах и повторно используются в производстве», — объяснил к.т.н. Айтбер Бижанов, ведущий эксперт кафедры функциональных наносистем и высокотемпературных материалов НИТУ МИСИС.

Комплексное использование агрегатов разного типа повышает эффективность переработки благодаря синергии: улучшается качество возгонов цинка, увеличивается извлечение железа и снижаются затраты на топливо. При реализации предлагаемых решений степень извлечения и цинка, и железа стремится к 100%. С подробными результатами исследования можно ознакомиться в научном журнале «Проблемы чёрной металлургии и материаловедения» (Q2).

«Рациональный выбор технологий переработки может существенно увеличить вовлечение вторичных материалов в производство. В перспективе разработанные подходы позволят крупным металлургическим комбинатам повысить экономическую эффективность и при этом соответствовать современным требованиям в области охраны окружающей среды», — сказала к.т.н. Мария Ушакова, доцент кафедры бизнес-информатики и систем управления производством НИТУ МИСИС.

Кинопоказ и разговор с режиссером

10 октября в медиацентре Университета МИСИС состоится открытый показ научно-документального фильма «Техпреды», за которым последует диалог с режиссёром Юрием Однопозовым. Картина расскажет как рождается технологическое предпринимательство в университетских лабораториях по всей России. Например, Ибрагим Елсаев создает водородные генераторы в Грозном. Светлана Андреева из Екатеринбурга разрабатывает софт для точных онкоопераций. Татьяна Ионова из Оренбурга руководит четырьмя проектами одновременно, включая приложение для микробиологов. В Петербурге Андрей Широких конструирует авиадвигатели для дронов, а Семён Зимин работает над ИИ-платформой для дизайна интерьеров. Регистрация на показ по ссылке.

Наука в барах

Как выглядит офис за полярным кругом, на что способен щелчок, что такое тревожное расстройство, как азот помогает искать лекарство от рака и как хакнуть генетику во имя науки? Об этом расскажут ученые и популяризаторы науки 12 октября в неформальной атмосфере четырех московских баров. Научный баркемп — это формат «анти-конференции», где участники сами формируют программу через голосование за понравившуюся тему. Баркемп проходит для ученых, организаторов научно-популярных мероприятий и научных коммуникаторов. Формат предполагает свободный «маршрут»: можно послушать одну лекцию, затем перемещаться в соседние бары и слушать другие. Регистрация на Науку в барах по ссылке.

Бар «Дело не в вине»

Артём Акшинцев, член экспертного совета Президентского фонда экологических и природоохранных проектов, глава Russian Travel Geek, автор блога «AcademEco» через призму мемов погрузит в современные экологические тренды, аналитику с фронтира изучения законов, по которым живёт и развивается Земля.

Марина Хоркина, студентка Московского института психоанализа расскажет, почему даже стойкий и компетентный человек может оказаться полностью парализован тревогой, и как, зная природу этого сбоя, искать способы «перепрошить» тревожные фильтры и снова вернуть себе контроль над жизнью.

Бар Beer Happens Jr

Студент Сколтеха Константин Пятибратов расскажет о Пьере-Симоне Лапласе — знаменитом французском ученом и его величайшем преобразовании, а также о колоссальной роли в нашей повседневной жизни дельта-функции, известной как «щелчок» — сверхкоротком импульсе единичной энергии, способном в мгновение ока выявить массу физических свойств любой системы.

Екатерина Марчук, метеоролог-полярник, младший научный сотрудник Института физики атмосферы им. А.М. Обухова РАН покажет, как выглядит настоящий «офис» за полярным кругом, и расскажет о неожиданных открытиях в экспедициях в Арктике и Антарктике, которых не найдёшь в официальных отчётах.

Бар «Горнист»

К.т.н. Ольга Миколайчук, преподаватель ПСПбГМУ имени И. П. Павлова расскажет о самых свежих разработках противоопухолевой терапии и ответит, появится ли когда-нибудь «лекарство от рака» и почему его поиск — настоящая интеллектуальная авантюра для учёных всего мира.

Сотрудник НИИ Молекулярной клеточной медицины РУДН Влада Тулявко поговорит об анализе транскриптома одиночных клеток — способе услышать «голос» каждой клетки в организме и разобраться, какую роль она играет в болезни. Благодаря этому научному прорыву мы начинаем видеть, как работа с «одинокими» клетками помогает объединять усилия биологов и врачей для спасения жизней пациентов.

Бар «Ясно»

Анастасия Филатьева, врач-биофизик, лаборант-исследователь лаборатории генетики развития мозга Университета Лобачевского объяснит как современные эксперименты позволяют «выключать» отдельные гены, чтобы понять, за что именно они отвечают.

Доцент кафедры ветеринарии Санкт-Петербургского государственного аграрного университета Флюра Алистратова расскажет о супер-лошадях будущего. Гипоксические тренировки — это метод, который позволяет животному дышать через специальную маску, имитирующую разреженный воздух, и результаты превзошли все ожидания: лошади стали дыхательными атлетами с выносливостью до самого горизонта. Сегодня этот подход не просто причуда, а наука, открывающая дорогу к появлению нового поколения спортивных лошадей с улучшенными физиологическими показателями.

Баркемп входит во всероссийский проект «Университетская лига Научных битв». Организаторы — Ассоциация Science Slam Россия и Университет МИСИС при поддержке Минобрнауки России. Движение Science Slam существует в России с 2012 года, за это время прошло более 850 мероприятий, собравших свыше 250 000 зрителей и 4000 ученых. В 2025 году проект реализуется рамках Десятилетия науки и технологий.

В перспективе новый подход позволит предприятиям эффективно вовлекать шламы в производство, экономя дополнительные средства и снижая экологическую нагрузку.

Современные металлургические заводы сталкиваются с ростом объёмов вторсырья — пылей, шламов и подобных материалов, которые пока являются отходами. Их накопление влечёт экономические издержки и риски для экологии. Традиционные методы утилизации зачастую не учитывают различия в химсоставе, что ограничивает вовлечение отходов в производство и приводит к потерям ценных компонентов, прежде всего железа и цинка. Для решения этой задачи эксперты НИТУ МИСИС усовершенствовали технологические комплексы на основе доменных и трубчатых печей, позволяющие эффективно перерабатывать отходы и возвращать их в производственный цикл. Подход позволяет разделять потоки материалов в зависимости от их состава: например, пыли с высоким содержанием цинка перерабатываются в трубчатой печи по технологии вельцевания, а богатые железом клинкер, шламы и окалина — в мини-доменной печи.

«Предложенные комплексы позволят предприятиям получать дополнительную прибыль с помощью переработки отходов. По нашим расчётам, финансовые вложения в доработку печей окупятся в течение нескольких лет, а затем начнут приносить стабильный доход. Внедрение таких комплексов обеспечит окупаемость инвестиций до 36%. Дополнительно снижается нагрузка на окружающую среду, так как миллионы тонн пылей и шламов перестают накапливаться в отвалах и повторно используются в производстве», — объяснил к.т.н. Айтбер Бижанов, ведущий эксперт кафедры функциональных наносистем и высокотемпературных материалов НИТУ МИСИС.

Комплексное использование агрегатов разного типа повышает эффективность переработки благодаря синергии: улучшается качество возгонов цинка, увеличивается извлечение железа и снижаются затраты на топливо. При реализации предлагаемых решений степень извлечения и цинка, и железа стремится к 100%. С подробными результатами исследования можно ознакомиться в научном журнале «Проблемы чёрной металлургии и материаловедения» (Q2).

«Рациональный выбор технологий переработки может существенно увеличить вовлечение вторичных материалов в производство. В перспективе разработанные подходы позволят крупным металлургическим комбинатам повысить экономическую эффективность и при этом соответствовать современным требованиям в области охраны окружающей среды», — сказала к.т.н. Мария Ушакова, доцент кафедры бизнес-информатики и систем управления производством НИТУ МИСИС.

В современной авиапромышленности углеродное волокно и композиты на его основе особенно ценятся за высокую удельную прочность, жёсткость и лёгкость. Кроме того, они не подвержены коррозии. Композиционный филамент — термопластичный полуфабрикат в виде нити, используемый в 3D-печати — состоит из волокон, упрочняющих нить по всей длине, соединенных с полимерной матрицей, которая распределяет нагрузку по всей площади материала. Одним из самых востребованных полимеров для получения подобных филаментов является полиэфирэфиркетон благодаря высокой прочности и устойчивости к химическим воздействиям. Однако он дорогой и изделия из него сильно деформируются в процессе печати. Дополнительные трудности связаны со сложностью изготовления филамента: пропитывать волокна приходится очень вязким раствором, что приводит к разрушению хрупких волокон.

Аморфные термопластичные полимеры (в данном случае полиэфирсульфон) лишены этих сложностей: они дешевле, в растворителе могут иметь низкую вязкость и высокую прочность. Чтобы получить усовершенствованный филамент, учёные Университета МИСИС предложили новый метод пропитки углеродных волокон раствором полиэфирсульфона.

Д.ф.-м.н. Сергей Калошкин, директор Института новых материалов НИТУ МИСИС объясняет: «Вместо того чтобы заливать филамент расплавленным полимером, мы пропустили его через ёмкость с раствором полимера в специальной жидкости, а затем через фильеру, которая удаляет излишки. В результате материал оказался равномерно покрыт полимером, а после испарения растворителя получилась плотная бездефектная нить».

При оптимальных условиях массовое содержание полимера в матрице достигало около 45%, а пористость уменьшалась до нескольких процентов. Нити демонстрировали прочность на разрыв, превосходящую композиты на эпоксидной основе. С подробными результатами исследования можно ознакомиться в научном журнале Inorganic Materials: Applied Research.

«Результаты показали, что при большей концентрации раствора и увеличенном диаметре фильеры доля термопластичного полимера в филаменте повышается, но также повышается и пористость. Для получения материала с достаточной плотностью необходимо соблюсти баланс между диаметром фильеры и концентрацией раствора», — сказал аспирант Института новых материалов НИТУ МИСИС Алнис Веверис.

Подход основан на целенаправленном запуске специальных каналов шума. В перспективе разработка позволит повысить точность и скорость вычислений.

Задачи квантового машинного обучения, несмотря на большой потенциал, сталкиваются с серьезными трудностями при тренировке и оптимизации. Из-за множества возможных решений, не все из которых оптимальны, алгоритм может “застревать” так и не доходя до лучших решений. Протокол, разработанный учёными НИТУ МИСИС, позволит регулировать оптимизационные ландшафты при помощи специальных каналов шума.

Обычно шум препятствует эффективной работе квантовых алгоритмов. Любое взаимодействие с окружающей средой — случайные колебания температуры или электромагнитных полей — приводят к ошибкам в вычислениях. Эксперты продемонстрировали, что использование специальных каналов шума значительно сглаживает мелкомасштабные флуктуации функции потерь и позволяет находить более качественные решения.

«Когда мы тренируем модель, будь то классическая нейросеть или квантовый алгоритм, у неё есть функция потерь. Это мера того, насколько её подход к решению задачи неверный: чем выше потери, тем хуже. Параметров модели может быть много, например, вращения, фазы, вес и т. п. Каждая комбинация этих параметров даёт свой результат и функция потерь присваивает этому результату число — “высоту”. Представьте: вы стоите на горе и пытаетесь спуститься к самой низкой точке. Высота указывает, как далеко вы от цели. На пути встречается множество мелких ям и впадин и в них можно легко застрять, так и не добравшись до цели. Обычно так и происходит — мы блуждаем и попадаем в локальные ловушки. Наш метод похож на то, как если бы ямы засыпали песком. Он заполняет мелкие впадины, выравнивая поверхность, и путь становится проще: мы больше не задерживаемся и можем двигаться дальше. Таким образом, добавление шума — регуляризация — сглаживает ландшафт и значительно упрощает поиск оптимального решения», — отметил к.ф.-м.н. Никита Немков, старший научный сотрудник лаборатории квантовых информационных технологий НИТУ МИСИС.

Протокол предусматривает создание определённого количества шума для определенных элементов в квантовой схеме. В результате функция потерь сглаживается. Учёные проверили алгоритм на тестовых задачах и квантовой свёрточной нейросети. В обоих случаях протокол улучшил результат: шанс найти правильное решение оказался в несколько раз выше по сравнению с традиционными подходами. С подробными результатами исследования можно ознакомиться в научном журнале Physical Review A (Q1).

«Сложность обучения вариационных квантовых алгоритмов и моделей квантового машинного обучения хорошо известна. Предложенный нами протокол может быть объединен с существующим методом смягчения локальных минимумов — квантовым оптимизатором естественного градиента, а также может дополнить набор методов оптимизации функций квантовых потерь. Техническая реализация протокола не требует большого количества дополнительных ресурсов и может быть использована как в классических симуляторах квантовых цепей, так и на реальных квантовых устройствах», — сказал PhD Алексей Фёдоров, директор Института физики и квантовой инженерии НИТУ МИСИС, руководитель научной группы РКЦ «Квантовые информационные технологии».

Исследование проведено при поддержке Российского научного фонда (грант № 23-71-01095), а также в рамках реализации стратегического технологического проекта НИТУ МИСИС «Квантовый интернет» по программе Минобрнауки России «Приоритет-2030».