В основе сотрудничества – взаимопонимание
– У нас продолжается давнее сотрудничество с Институтом технической химии (ИТХ) УрО РАН в Перми. Я много лет назад обратилась к ним, когда искала феррожидкость для наших исследований в ОИЯИ. Жидкость требовалась нам в большем количестве, а они умели ее создавать. Затем мы обращались в ИТХ еще, у нас сложились хорошие отношения, и впоследствии мне предложили поучаствовать в программе правительства Пермского края «Международная исследовательская группа (МИГ)». Я согласилась, и первый наш совместный проект был посвящен феррожидкостям. Уточню, что этот объект обладает очень специфичными свойствами, и до этого момента мы занимались феррожидкостями со сферическими частицами.
Целью проекта было получить феррожидкости с анизометрическими наночастицами. В них анизотропия в магнитном поле возникает не из-за выстраивания частиц в цепочки (как у сферических), а за счет поворота и ориентации самих анизометрических частиц. Чем быстрее эти частицы феррожидкости в тонком слое упорядочатся, тем лучше для прикладного использования.
Феррожидкости обладают различными физическими свойствами, в том числе определенными магнитно-оптическими характеристиками, которые позволяют их использовать в оптических модуляторах, датчиках, дифракционных решетках, модуляторах фазы и жидкостных линзах с магнитным управлением и других устройствах.
В Перми получили образцы феррожидкостей: гексаферрита бария, это очень интересные пластинчатые частицы, а также стержнеобразные частицы феррита меди. Было установлено, что в случае с анизометричными пластинчатыми частицами, их магнитооптический эффект намного превышает по скорости и интенсивности результаты со сферическими наночастицами и даже со стержнеобразными частицами феррита меди.
Мы в ОИЯИ их исследовали на установках малоуглового рассеяния нейтронов (ЮМО) и малоуглового рентгеновского рассеяния. В феррожидкостях частицы обязательно покрыты поверхностно-активным веществом (ПАВ), которое в рентгене не видно, зато видно при нейтронном рассеянии. Используя оба излучения, мы получаем и характеристики слоя ПАВ, и информацию о размерах и форме частиц, возможной агрегации. Что важно, пермским коллегам удалось получить стабильную феррожидкость с анизометричными частицами именно в воде, а это по-настоящему сложно, я знаю по своему многолетнему опыту работы с румынской группой. Почему вода здесь важна? Она не токсична, дешева в использовании, биосовместима при медицинском применении.
В Перми к тому же удалось найти наилучшее сочетание трех нетоксичных ПАВ, которые формируют двухслойную оболочку, покрывая и стабилизируя анизометричные и достаточно крупные частицы.
Вы продолжаете работать в совместном проекте?
– Этот проект завершен, но он открыл перед нами большие возможности. Феррожидкость – идеальная система для нейтронных исследований, поскольку она обладает магнитными свойствами, а это значит, что видны как ее ядерная, так и магнитная структуры. Это позволяет нам проверить весь потенциал наших методов, поэтому мы продолжаем эти исследования.
Для дальнейшего развития сотрудничества наши пермские коллеги пригласили нас принять участие в новом проекте в рамках той же программы МИГ – создании композитов на основе АБС‑пластика с углеродными волокнами и магнитными частицами. Это исследование предполагает изучение системы, которая по сложности превосходит все ранее изученные мной системы.
В композитах используются волокна, полученные различными методами обработки, и коллегам из ИТХ важно понять их свойства, чтобы определить и выбрать оптимальную технологию обработки для дальнейшего использования. Для нас эти исследования оказались нетривиальными, в данный момент мы разбираемся, как извлечь больше информации из измерений. Не могу не назвать моих коллег в ЛНФ, занятых этими исследованиями. Это Александр Иваньков, Ольга Лис, Юлия Горшкова, Ахмед Эльмекави, Антон Руткаускас, Вероника Смирнова, Татьяна Вершинина, Сергей Кичанов.
Также участие в этой программе предполагает чтение лекций, и я уже несколько лет практикую чтение различных лекций для сотрудников ИТХ и студентов, которых они привлекают к этой работе. Коллеги из Перми приезжают в Дубну, участвуют в экспериментах, вникают в методику. Нам необходимо быть уверенными в воспроизводимости результатов, а для этого нужно измерить как минимум несколько образцов каждого типа. И важно исследовать образцы после разных технологических шагов, которые выполняют в ИТХ. Мы должны понимать, что можем, и увидеть, что не можем. Химики начинают понимать, какие образцы нам нужны, а нам, в свою очередь, необходимы обратная связь и взаимопонимание в нашей работе для оптимальной интерпретации результатов.
В вашем докладе были слайды с информацией о переработке отходов, экологическом выигрыше.
– Процесс получения углеродных волокон очень энергоемкий, более энергозатратный, чем извлечение волокон из отходов и их очистка. Экономия составляет от 30 до 50 процентов, к тому же такой способ предполагает использование отходов, а не трату природных ресурсов. В Перми для этого используют процесс сольволиза. Результаты у нас получаются очень обнадеживающие, но необходимо набирать статистику, по двум-трем результатам выводы не сделаешь. Для получения более подробной информации об анизотропных системах важным шагом в обработке данных малоуглового рассеяния станет освоение метода извлечения одномерных кривых из двумерных изображений в зависимости от азимутального угла двумерного изображения. Далее мы планируем привлечь нейтронную томографию для изучения объемного распределения коротких углеродных волокон в композитном материале; однако наночастицы останутся за пределами разрешающей способности метода. Химиков интересует распределение волокон, степень их ориентации и факторы, влияющие на это, прежде всего скорость образования матрицы, которая воздействует на основные свойства образца.
Мы традиционно получаем приглашения на химические конференции от ИТХ. Наше сотрудничество продолжается, и, хотя предстоит еще много работы, оно вдохновляет, особенно когда мы получаем подтверждение наших гипотез.
Ваш доклад был сделан в очень непривычном формате – слайдов‑картинок.
– Я экспериментирую с искусственным интеллектом для оптимизации определенных задач. Например, в данном случае я попросила ИИ изобразить содержимое моих слайдов в картинках, и он мне выдал такой результат – он мне очень понравился! Начать общение с ИИ мне два года назад помогла дочь, она работает в IT‑области. Общение с ИИ – очень интересный процесс, я общаюсь с ним очень вежливо. И даже когда получается не совсем то, что я хотела, ИИ предлагает научить меня, как его правильно спросить, чтобы получился требуемый результат. Здесь главное преодолеть свой страх перед новым.
Ольга ТАРАНТИНА
фото Олеси ЧЕПУРЧЕНКО