Лаборатории: 7 историй о главных экспериментальных пространствах томского Политеха

В этом году в нашем спецпроекте «Лаборатория» мы рассказывали о том, чем занимаются и как устроены главные экспериментальные пространства томского Политеха.

Каждая лаборатория — своя команда, свои задачи и свои супердостижения. Подробно про них читайте в наших лонгридах, а сегодня вспоминаем самые впечатляющие моменты.

В лаборатории НИЦ «Физическое материаловедение и композитные материалы» материаловеды, биологи и химики работают заодно. А все потому, что-то, что здесь делают, должно сочетаться с тканями живого организма.

В лаборатории разрабатывают имплантаты костей и скаффолды. Это специальные «строительные леса», позволяющие быстро заживлять костную ткань. Полимер или композит имитирует структуру костных тканей, несет в себе заживляющие препараты и исчезает, когда кость срастется.

Здесь же делают специальные пьезоматериалы, которые ускоряют заживление и сращивание костей. Сродни пьезоэлементу в зажигалке, который при ударе вырабатывает искру, этот пьезоматериал наносится на кость, и электрический заряд появляется при деформации на его гранях. Экспериментируя с материалами, можно добиться того, что заряды будут появляться в нужных местах, нужной полярности и величины. Что будет отталкивать опасные бактерии и привлекать клетки, которые участвуют в заживлении тканей. Подробнее рассказываем в материале «Лаборатория. Как в томском Политехе создают запчасти для людей».

Часто нефтяникам нужно определить свойства как самих нефти и газа, так и породы, в которой они зародились. Где находится источник той или иной нефти? Как найти интервалы, которые насыщены углеводородами? На все эти вопросы отраслевикам помогают ответить в лаборатории геологии месторождений нефти и газа политеха. Результаты их исследований позволяют практикам эффективнее разведывать новые месторождения и рациональнее эксплуатировать действующие скважины.

В лаборатории дробят горную породу, после чего каменную крошку засыпают в специальные патроны и оставляют под воздействием сильного растворителя — хлороформа. Такая экстракция позволяет «разобрать» ее по составу и выяснить все, что необходимо нефтяникам. Подробности читайте в нашем материале «Лаборатория. Как в ТПУ выжимают соки из камней и разбирают их по составу».

«Чистая комната» — это единственная лаборатория по проектированию микроэлектромеханических сенсоров такого класса в вузах России. Здесь работают с деталями такого размера, для которого имеют значение любая пылинка или волосок. Поэтому подобных «вредителей» вообще не должно быть в воздухе или на поверхностях в этой комнате. Особенно это относится к материалам, из которых изготовлены предметы, находящиеся в комнате. Например, одежда, которая не должна выделять микроворсинки. Почему это так важно? Представьте, что часовщику при работе в механизм падают отвертки, гвозди или целые бревна. Примерно так и будет выглядеть ситуация для ученого, собирающего микродатчик.

С такими величинами не всегда можно работать непосредственно руками — часть операций выполняется при помощи аппаратуры. Она может координировать манипуляторы с должной точностью. Подробнее рассказываем в нашем материале «Лаборатория. Почему пыль — главный враг МЭМС и зачем Политеху чистая комната».

За скромным названием НОЦ «Современные производственные технологии» скрывается очень любопытное подразделение политеха. Именно здесь разработали 3D-принтер для Международной космической станции, который печатает пластиковые детали прямо на орбите. В чем суть: на МКС очень много различных маленьких пластиковых расходников. Их проще печатать прямо в космосе по мере надобности, нежели завозить запас всех возможных вариаций с собой. Тот факт, что принтер должен работать в невесомости, накладывает на него ряд конструктивных ограничений. Начиная с того, что в условиях невесомости должно быть удобно нажимать кнопки, и заканчивая устройством собственно печатающей головки: ведь выдавливаемый пластик ведет себя совершенно не так, как в условиях силы тяжести. Сейчас разработка устройства завершена, очередь за этапом испытаний и финальных доделок. Подробности — в нашем материале «Лаборатория. 3D-принтер для космоса и рой спутников из томского Политеха».

В лаборатории «Бетатронная томография крупногабаритных объектов» разрабатывают, собирают и настраивают «под ключ» промышленные бетатроны. Устройства нужны в самых разных отраслях, от промышленности до медицины. На производствах они выполняют функции неразрушающего контроля. С помощью таких ускорителей частиц, сделанных в политехе, промышленники ищут дефекты крупногабаритных объектов. Как все работает: частицы в циклическом ускорителе разгоняются по кругу до околосветовых скоростей и накапливают большую энергию. Если сбросить электронный пучок на мишень, это как раз и даст рентгеновский импульс, способный просвечивать крупногабаритные объекты. А если вывести напрямую, можно использовать в медицине: быстрые электроны эффективно убивают раковые клетки. Читайте подробности в нашей статье «Лаборатория. Маленькие коллайдеры из томского Политеха».

Как проверить наличие дефектов у технической системы после ее изготовления или в процессе эксплуатации? Есть два подхода.

Первый — взять тысячу изделий, десять из них сломать, посмотреть внутреннюю структуру, и на основании этих данных оценить качество всей партии. Второй — использовать метод, который позволит просветить всю партию, и оценить техническое состояние каждого изделия.

В Центре промышленной томографии ТПУ знают целую кучу способов провести такую проверку, ничего не разрушая — от ультразвука до тепловизора. Поэтому их знания так востребованы промышленниками.

Кстати, ученые именно этой лаборатории в 2020 году разработали самый большой в России роботизированный ультразвуковой томограф! Он будет использован на будущем Международном термоядерном реакторе — ИТЭР. Подробнее рассказываем в нашем материале «Лаборатория. Как изучить любой материал изнутри, ничего не ломая?».

Научно-образовательный инновационный центр «Наноматериалы и нанотехнологии» ТПУ занимался наночастицами еще тогда, когда это не стало мейнстримом. Сегодня в его активе контракты на выполнение научно-исследовательских работ и с российскими, и с зарубежными производителями — Nissan Motors, Bosch, Korea Electronics, CIJ Co и др.

Наноматериалы важны для них потому, что мельчайшие частицы, из которых состоит вещество, не образуют кристаллы и полученный материал не трескается. У него другая проводимость, другие тепловые свойства, отличные, например от сплава. Главная сложность в работе с наноматериалом — идеально равномерно его спрессовать. После чего мгновенно запечь, чтобы из порошка он превратился в монолит.

В лаборатории политеха как раз это и умеют делать на очень высоком уровне. Сегодня в ТПУ разрабатывают технологии изготовления изделий из нанопорошков почти любого назначения: для электроники, космической и атомной промышленности, медицины, или вполне земного машиностроения и даже сельского хозяйства.

Например, здесь идет работа над повышением бронезащитных свойств прозрачных керамик. Сделать толстую прозрачную керамику — тоже своего рода искусство, потому что чем больше толщина, тем больше риск образования пор. А чтобы создать бронезащитное стекло (например, для инкассаторских автомобилей), надо повысить толщину без существенного увеличения массы. Наноструктура такой керамики будет препятствовать образованию трещин даже от попадания пули. Другая сфера разработок — биосовместимые имплантаты на основе оксида циркония. По технологии ТПУ можно изготавливать объекты индивидуальной формы в стоматологии или ортопедии для каждого конкретного пациента. Подробности — в нашей статье «Лаборатория. Как в Политехе получают наноматериалы с уникальными свойствами».

Подписывайтесь на наш телеграм-канал «Томский Обзор».