Литограф для процессоров
На базе синхротрона СКИФ под Новосибирском планируется создать уникальную установку для преодоления технологического порога оптической литографии. Ученые Новосибирского государственного университета представили проектное видение отечественного опытного рентгеновского литографа «Орел-7». Установку предлагается создать как элемент инфраструктуры СКИФ. Реализация проекта позволит перешагнуть технологический предел в 28 нанометров. В производстве полупроводников чем меньше этот показатель, тем выше производительность чипов и ниже энергопотребление. На базе СКИФ планируется создать специализированную рентгеновскую станцию для работы литографического оборудования нового типа. Повышение разрешающей способности становится возможным при переходе в более коротковолновую область, включая рентгеновский диапазон. Рентгеновская литография позволит формировать сверхминиатюрные структуры с высоким разрешением при сохранении производительности и удешевлении процесса. Переход к использованию рентгеновского излучения в литографии считается одним из наиболее перспективных направлений для дальнейшей миниатюризации компонентов микросхем. Этот метод позволяет преодолеть ограничения, связанные с длиной волны видимого и ультрафиолетового света, и обеспечить формирование структур с нанометровым разрешением.
Керамика для водородной энергетики
Исследователи Дальневосточного федерального университета и Сахалинского государственного университета разработали керамический композит из карбида хрома с добавлением 10 % кобальта, применив метод искрового плазменного спекания. Мелкодисперсный порошок спрессовывают под высоким давлением и подвергают воздействию электрических импульсов. Из-за высокой температуры искры частицы спекаются в монолит, однако процесс идет настолько быстро, что структура остается мелкозернистой и однородной. Исследователи обнаружили, что изменение температуры позволяет получать материал с разными характеристиками. В процессе обработки при 1150–1200 °C кобальт равномерно распределяется между частицами карбида хрома, заполняя пустоты. В результате формируется сверхплотный материал почти без пор, сопоставимый по твердости с броневой сталью, устойчивый к коррозии и способный работать в жестких условиях без износа. Образцы, спеченные при температуре 1000 °C, продемонстрировали высокую электрохимическую активность. Благодаря остаточной микропористости и особенностям кристаллической решетки такой материал имеет огромную площадь активной поверхности, что ускоряет протекание химических реакций, например, выделения водорода и делает материал перспективным для покрытий электродов.
ПО на ИИ
Исследователи Института искусственного интеллекта Университета Иннополис разработали программный комплекс для моделирования микрокинетики гетерогенных каталитических процессов с применением искусственного интеллекта, это позволяет сократить срок разработки катализаторов с 5–7 до 1–2 лет. Платформа способна обрабатывать свыше одного миллиона структур катализаторов ежегодно, ускоряя вычисления в 1–5 тыс. раз и снижая затраты на исследования на 40 %. Гетерогенные катализаторы применяются в производстве аммиака с минимальным углеродным следом, переработке нефти и газа и синтезе полимеров. Новый программный комплекс представляет собой интегрированную платформу на основе ансамбля моделей глубокого обучения. Система способна предсказывать энергии активации и адсорбции на поверхности катализаторов с точностью до 0,048–0,073 эВ, что сопоставимо с результатами квантово-химических расчетов, но достигается в 1–5 тыс. раз быстрее. Разработчики впервые объединили предсказания ИИ с микрокинетическими моделями, что позволило рассчитывать скорости реакций и прогнозировать выход продуктов для таких процессов, как сухой риформинг метана, гидрирование этилена и синтез аммиака. Программный комплекс выпущен в двух версиях: облачной и локальной.
Водород из воды
Специалисты Национального исследовательского университета МЭИ разработали мембрану для получения водорода методом электролиза воды. В электролизерах данного типа применяются полимерные матрицы с фосфорной кислотой – композиционные материалы, в которых фосфорная кислота внедрена в полимерную структуру и мембраны со смешанной матрицей. Матрицы используются в электрохимических устройствах как протонообменные мембраны. Ключевой недостаток таких материалов – постепенное вымывание кислоты при работе оборудования. Ученые МЭИ усовершенствовали технологию синтеза, предложив добавлять в полимер пористые ароматические каркасы (ПАК) – наноматериалы обладают высокой площадью поверхности, а также химической и термической стойкостью. Включение ПАК в структуру позволяет мембране эффективнее удерживать электролит за счет формирования дополнительных водородных связей. В результате протонная проводимость возрастает до 50 %, а вымывание фосфорной кислоты замедляется. Разработка позволит уменьшить себестоимость электролизного водорода и ускорить внедрение экологически чистых электрохимических технологий.
Сварочное оборудование для сокращения сроков ремонта газопровода
Ученые Томского политехнического университета и ООО «Газпром трансгаз Томск» разработали технологию и оборудование для ремонта магистральных газопроводов, в основе которрой периодическое изменение величины и направления тока дуги, позволяющее выполнять сварку даже намагниченных труб, что снижает риск дефектов в сварном соединении и сократит время ремонта газопровода на 20 %. Сварочное оборудование управляет плавлением кромок труб за счет периодического изменения тока дуги: в период большого сварочного тока дуга расплавляет сразу обе свариваемые кромки труб, после чего ток уменьшается до уровня, при котором начинается кристаллизация расплавленного металла. Такой метод значительно упрощает технику сварки.
Применение модулированных по амплитуде разнонаправленных прямоугольных импульсов тока позволяет ритмично расплавлять кромки трубопровода без их перегрева и прожога и формирует качественное соединение. При этом оборудование дает возможность сформировать корневой слой шва в любых пространственных положениях без дополнительного размагничивания перед сваркой. Это существенно сокращает объем подготовительных и сопутствующих операций при выполнении ремонтных сварочных работ.
Три вида энергии из отходов
Ученые Томского политехнического университета совместно с коллегами из Кузбасского технического университета разработали систему полигенерации. Она позволяет вырабатывать из отходов сельского хозяйства одновременно три вида энергии – «зеленый» водород, тепло- и электроэнергию. Исследования показали, что такой подход увеличивает энергетическую эффективность схемы получения водорода до 46 %, а общую эксергетическую эффективность до 39 %. Система полигенерации основана на газификации буковых опилок с использованием перегретого водяного пара, но может использовать и другие исходные материалы, например, уголь, шламы, биомассу. Система базируется на уникальном способе получения водяного пара с температурой до 1000 °C при давлении до 30 бар. Пар с такими параметрами предполагается использовать в двухстадийных газогенераторах. В первой камере происходит частичная газификация исходных материалов с образованием горючего газа (из него в дальнейшем получают тепло и электроэнергию) и твердого остатка. Во второй камере процесс газификации проходит с образованием синтез-газа, богатого водородом (более 30 %) и CO. Схема состоит из нескольких блоков, взаимосвязанных между собой в технологическом цикле.
