На военно-техническом форуме «Армия-2021» Институт физической химии и электрохимии имени Фрумкина (ИФХЭ РАН) представлял проекты на двух стендах: Министерства науки и высшего образования и в специальной экспозиции «РобоАрмия / NAUKA 0+».
Адсорбционный аккумулятор газомоторного топлива — современный баллон для газа
Фото: Ольга Макарова / ИФХЭ РАН
Адсорбционный аккумулятор газомоторного топлива — современный баллон для газа
Фото: Ольга Макарова / ИФХЭ РАН
В форуме участвовали четыре лаборатории ИФХЭ: сорбционных процессов, физико-химических основ хроматографии и хромато-масс-спектрометрии, гетерогенного синтеза тугоплавких соединений, электронных и фотонных процессов в полимерных наноматериалах.
Лаборатория сорбционных процессов ИФХЭ РАН показала три научных проекта, объединенных общей темой — разработка нанопористых материалов для концентрирования (аккумулирования) газов.
Команда ИФХЭ РАН в павильоне специальной экспозиции «РобоАрмия / NAUKA 0+»
Фото: Ольга Макарова / ИФХЭ РАН
Команда ИФХЭ РАН в павильоне специальной экспозиции «РобоАрмия / NAUKA 0+»
Фото: Ольга Макарова / ИФХЭ РАН
Блоки адсорбционных материалов для аккумулирования природного газа предназначены для автомобилей и крупных наземных хранилищ (для обеспечения природным газом удаленных населенных пунктов).
Материал с пористой структурой с размером поры до 12 ангстрем (что приблизительно в три-четыре раза больше размера молекулы метана) способен «впитывать в себя» молекулы газа. Адсорбируя молекулы, пористый материал сжимает их до плотности жидкости, то есть работает как природный нанокомпрессор.
Фото: Ольга Макарова / ИФХЭ РАН
Фото: Ольга Макарова / ИФХЭ РАН
Второй проект — адсорбционные аккумуляторы газомоторного топлива — это системы хранения газа, как в виде баллонов, заполненных нанопористым материалом, разработанном в лаборатории, так и в виде намного более удобной уникальной плоской системы хранения. Они предназначены для установки на автомобили в качестве баков для газового топлива.
Такие адсорбционные аккумуляторы безопаснее традиционных газовых баллонов: поскольку газ находится в связанном состоянии, при разгерметизации баллона он медленнее выходит из адсорбента. Это позволяет избежать взрыва баллона с газом.
Помимо этого увеличивается емкость системы хранения: в баллоне с адсорбентом при давлении от 70 до 100 атмосфер можно запасти такое же количество газа, как в баллоне без адсорбента при давлении 250 атмосфер. Это позволяет повысить энергоэффективность заправки и тем самым уменьшить себестоимость доставки газа в автомобиль и снизить конечную стоимость газа для потребителя.
Такое понижение давления в системе хранения делает систему более безопасной и упрощает ее.
«Мы планируем,— сказал заместитель заведующего лабораторией сорбционных процессов ИФХЭ РАН, ведущий научный сотрудник, кандидат химических наук Андрей Школин,— что на основе наших разработок будут созданы типовые решения для автомобилей на природном газе, которые позволят значительно упростить регистрацию автомобилей на газомоторном топливе в рамках действующего законодательства. Тогда наши решения будут масштабироваться по всей России».
Заместитель заведующего лабораторией сорбционных материалов ИФХЭ РАН, к.х.н. Андрей Школин рассказывает о новых адсорбентах на стенде Министерства науки и высшего образования РФ
Фото: Ольга Макарова / ИФХЭ РАН
Заместитель заведующего лабораторией сорбционных материалов ИФХЭ РАН, к.х.н. Андрей Школин рассказывает о новых адсорбентах на стенде Министерства науки и высшего образования РФ
Фото: Ольга Макарова / ИФХЭ РАН
Третий проект — углеродные адсорбенты для концентрирования радиоактивных инертных газов из газовых сдувок атомных реакторов.
Газовые сдувки реакторов в очень малых концентрациях содержат радиоактивные изотопы ксенона и криптона с периодами полураспада до пяти—семи суток. Чтобы радиоактивные элементы не попали в атмосферу, газовые сдувки прокачивают через колонны, заполненные углеродными адсорбентами, которые обладают повышенной селективностью к инертным газам именно в области малых концентраций. Инертные газы заполняют поры углеродного адсорбента в фильтре-адсорбере, после чего колонны держат закрытыми время, необходимое для распада радионуклидов.
Лаборатория гетерогенного синтеза тугоплавких соединений ИФХЭ РАН представила образцы с тугоплавкими покрытиями, нанесенными методом химического осаждения из газовой фазы. Данный метод — единственный в своем роде, позволяющий наносить на различного рода конструкционные материалы тугоплавкие покрытия на основе вольфрама без применения высоких температур и легкоплавких связующих компонентов. Вольфрамовые покрытия в качестве теплозащитного слоя используются в вакуумных приборах и электроконтактах высокой мощности. Во время эксплуатации температура такого покрытия на медных деталях электронного вакуумного СВЧ- и рентгеновского оборудования может достигать точки плавления вольфрама, однако это не только не приводит к его разрушению, а напротив, происходит самозалечивание дефектов, возникших в результате эрозии электронным излучением.
Образцы с тугоплавкими покрытиями на основе вольфрама и его соединений, нанесенными методом химического осаждения из газовой фазы
Фото: Ольга Макарова / ИФХЭ РАН
Образцы с тугоплавкими покрытиями на основе вольфрама и его соединений, нанесенными методом химического осаждения из газовой фазы
Фото: Ольга Макарова / ИФХЭ РАН
Директор ИФХЭ РАН, заведующий лабораторией физико-химических основ хроматографии и хромато-масс-спектрометрии ИФХЭ РАН, член-корреспондент РАН Алексей Буряк сделал доклад «Программы искусственного интеллекта и машинного обучения для идентификации неизвестных соединений в сложных смесях». Для определения причин природных или техногенных катастроф (например, массовая гибель морских организмов в Авачинской бухте) необходимо точно идентифицировать обнаруженные на месте катастрофы химические соединения. Когда речь идет о неизвестных соединениях, мощнейший метод идентификации — хромато-масс-спектрометрия — для снижения ложноположительных результатов при идентификации требует привлечения дополнительных параметров, таких как индекс или время удерживания. Для теоретического предсказания индекса удерживания в лаборатории физико-химических основ хроматографии и хромато-масс-спектрометрии ИФХЭ РАН разработаны методики с применением нейросетей, которые обучаются и тестируются на имеющихся табличных данных. После обучения проводится дообучение нейросети, при этом работа ведется только с выходным слоем. Во время дообучения нейросеть настраивается на конкретную хроматографическую систему, состав элюентов и модификаторов, условия элюирования и т. д. Близкое совпадение теоретических и экспериментальных значений показывает перспективность подхода машинного обучения для линейного, изократического и ступенчатого режимов жидкостной хроматографии.
Седьмой международный военно-технический форум «Армия-2021» прошел с 22 по 28 августа 2021 года в Подмосковье в парке «Патриот». Под открытым небом выставлялась тяжелая техника, а в павильонах основной упор был сделан на высокотехнологичные разработки. В форуме принимали участие наукоемкие производственные объединения и технические университеты, например, госкорпорации «Росатом» и «Роскосмос», МФТИ, МГТУ имени Баумана, Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого и так далее. На их просторных стендах, где макеты, модели и действующие образцы сочетались с мультимедийными экранами, проводились лекции и читались доклады.