«Наука в Сибири» N 48 (2683) 11 декабря 2008 г.

МОЛОДЫЕ ХИМИКИ УКРЕПЛЯЮТ ПОЗИЦИИ

Сразу трое молодых ученых Института неорганической химии СО РАН — аспиранты Екатерина Майничева, Павел Абрамов и кандидат химических наук Артем Гущин вошли в число победителей престижного конкурса среди молодых ученых России.

Л. Юдина, «НВС»

Проводит конкурс Европейская академия — неправительственная организация, объединяющая ученых стран Старого света. Она имеет свое представительство и в Москве. Этот конкурс — 15-й. Его лауреатами стали 22 молодых исследователя в возрасте до 33 лет. Победителям вручены дипломы, медали и денежные премии. Лучший результат в неофициальном общекомандном зачете — у Института неорганической химии им. А. В. Николаева СО РАН.

Екатерине Майничевой 24 года, коренная жительница Академгородка. Здесь родилась, ходила в детский садик, училась в школе-колледже № 130, а потом в НГУ. Родители и брат — сотрудники Сибирского отделения Академии наук.

Учеба на втором курсе университета ознаменовалась тем, что Катя пришла в Институт неорганической химии, в лабораторию химии кластерных и супрамолекулярных соединений. К четвертому курсу определилась с объектом исследований — «Полиядерные аквакомплексы металлов — супрамолекулярные аддукты с органическим макроциклическим кавитандом кукурбит[6]урилом» и процессы гидролиза.

Четыре с половиной года ведет исследования. 10 декабря Екатерина Майничева вышла на защиту кандидатской диссертации (аспирантуру она заканчивает в июле 2009 года).

— Катя, какие моменты в научной работе привлекают вас больше всего?

— Эксперименты! Химия — это прежде всего эксперименты. Интереснейший длительный процесс, томительное ожидание результата — получится монокристалл или случится сбой.

— Что требуется совершить, чтобы получился?

— Подобрать соответствующие условия синтеза, иной раз перебрав множество вариантов. Из ста синтезов, бывает, «сработает» только один.

Дело в том, что работаем мы с малыми количествами вещества, и действовать в каждом конкретном случае следует четко и аккуратно.

Знаете, начнешь заниматься синтезом — захватывает абсолютно! А если еще получается, эксперимент удается — радости нет предела.

— Получили требуемый монокристалл — что дальше?

— Исследуем его различными физико-химическими методами.

— Катя, удалось ли наладить за столь короткий научный стаж зарубежные контакты, побывать в лабораториях коллег?

— Год находилась в Германии в лаборатории почетного профессора ИНХ СО РАН Д. Фенске, который занимается гигантскими кластерами металлов. Собственно, он один из основателей данного направления. Когда профессор Д. Фенске приезжал в ИНХ на научное мероприятие, где проходило его посвящение в Почетные сотрудники института, я там выступила с докладом в рамках отчетной сессии по проектам ИНТАС. После профессор предложил мне и Тане Митькиной, тоже представившей аудитории свое сообщение (в сентябре этого года Таня защитилась), поработать в его лаборатории. Там я получила ряд интересных результатов, которые вошли в диссертацию.

Недавно вернулась из Дании. Поездка состоялась благодаря стипендии фирмы «Халдор-Топсе», которая давала возможность трехнедельной стажировки.

— Можно считать — наука навсегда?

— Пока планирую оставаться в науке, а далее посмотрим, как жизнь повернется.

Павел Абрамов. 23 года. Сегодня с полным правом называет себя жителем Академгородка, хотя приехал в Новосибирск с северо-востока Иркутской области. После школы сразу поступил в НГУ и почти сразу выбрал место, где он хотел бы работать — Институт неорганической химии СО РАН. С 1-го курса Павел был приписан к лаборатории химии кластерных и супрамолекулярных соединений, группе, которая занимается кластерными соединениями металлов, в частности, вольфрама. Это одно из направлений его диссертационной работы. В круге интересов начинающего ученого — комплексы на основе селена, получение новых халькогендиных комплексов, кластеров, платиновых металлов, рения, молибдена: «Чем только не занимался я в последнее время!»

— Чтобы отличиться в конкурсе, надо не просто иметь публикации, но статьи, которые одобрены коллегами?

— На конкурс отправляли, как водится, пакет документов, в числе которых и пять лучших научных работ с высоким импакт-фактором. Также требовалось указать несколько зарубежных рецензентов. Возможно, работы попали к тем, с кем мы сотрудничаем. О полученных нами результатах отзываются очень неплохо.

— Думаете ли защититься досрочно, до окончания аспирантуры?

— Впереди много времени — почти два года. Не буду загадывать. Но пока график опережаю.

— Есть ли планы относительно зарубежных командировок?

— В следующем году собираюсь в Германию. Задумок — множество. Прорабатываются разные варианты. Надо быть активными — искать, находить, добиваться!

Артем Гущин. 27 лет. Кандидат химических наук, научный сотрудник института.

Побеседовать с ним не удалось. Почти год, как Артем работает в Дании. Следующий год, как запланировано, проведет в научной лаборатории в Испании.

Сегодня у молодых исследователей масса возможностей проявить себя. Соответственно, и фактов, подтверждающих, что молодежь все увереннее заявляет о себе, становится больше с каждым днем. Заметно увеличивается число героев в Институте неорганической химии. В прошлом номере газеты мы рассказывали о кандидате химических наук Софье Артемкиной, получившей стипендию Л'Ореаль-ЮНЕСКО. И вот еще трое ребят из лаборатории, которой заведует директор института доктор химических наук В. П. Федин, отмечены в российском масштабе.

— Владимир Петрович, вероятно, дают о себе знать результаты проводимой молодежной политики?

— Именно так! ИНХ — один из первых институтов Сибирского отделения. В нем работала плеяда замечательных ученых, заложены хорошие традиции. И поныне в ИНХе трудится много бесконечно преданных делу людей. Но в какой-то момент, лет пять назад, вопрос омоложения коллектива встал перед нами во весь рост. Была разработана программа привлечения в институт молодых и талантливых. И, как видите, эта политика дает свои плоды. Будем и дальше активно действовать в обозначенном направлении, «завлекать» студентов НГУ — благо, что у нас под боком такая замечательная кузница кадров. Но конкуренция высока. В Сибирском отделении много химических институтов, и все они прилагают немало усилий, чтобы заинтересовать выпускников, привлечь на свою сторону. Возьмите хотя бы Институт катализа — один из лучших в РАН! Не так просто с ним соперничать.

— Наверное, важно не только выбрать трудолюбивых и талантливых, но и направлять их в дальнейшем?

— Должен заметить, что сейчас в науку приходят в основном очень толковые и активные, со своими идеями и представлениями об этапах дальнейшей деятельности. Безусловно, важно изначально сформулировать верно задачу, даже, может быть, ориентируясь на личностные качества молодого человека. Иначе можно много усилий затратить на то, что сейчас неинтересно, неактуально.

— Тематика вашей лаборатории отвечает требованиям времени?

— Уже тот факт, что она чуть ли не самая молодая в ИНХ — создана пять лет назад, говорит об актуальности исследований. И работы, которые ведут сотрудники, лет 10 назад были просто немыслимыми. Супрамолекулярная химия — это то, что сегодня происходит на наших глазах. Фундаментальные исследования ведутся в таких классах соединений, которые прежде были неизвестны, но сулят широкое практическое использование.

— Много ли сотрудников в лаборатории? Сколько молодых?

— На сегодня научных сотрудников около двадцати — всех возрастов. Плюс примерно десять студентов и аспирантов.

— Владимир Петрович, назовите характерные черты каждого из троих, что недавно отмечены наградами.

— Все ребята замечательные. Катя — очень собранная, умница. Здорово умеет концентрировать внимание на главном, отсекая все лишнее.

Павел — романтик. Берется сразу за многое, главное, потом получает интересные результаты, порой что-то новое, неожиданное.

Артем — уже состоявшийся научный сотрудник. Собранный, аккуратный, работоспособный.

— Что бы хотели пожелать молодым, которые или собрались идти в науку, или уже работают в научных лабораториях?

— Успехов! И чтобы госпожа Удача всегда находилась рядом. Ведь бывает так, что все продумано, распланировано, выполнено, как требуется, а нужного результата не получается. Потому чуточку везения никогда не помешает. Но при этом не следует забывать безотказно работающий лозунг — терпение и труд всё перетрут!

Фото В. Новикова и из архива ИНХ СО РАН

P.S. Поздравляем Катю Майничеву с блестящей защитой кандидатской диссертации!

стр. 1, 4
Постоянный адрес статьи
http://www.sbras.ru/HBC/hbc.phtml?7+483+1

Наука в Сибири
N 3 (2638)
24 января 2008 г.

МУЛЬТИКРЕМНИЙ
ДЛЯ СОЛНЕЧНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ

По данным последнего доклада Европейского сообщества, общая установленная мощность солнечных модулей на конец 2006 года составила 6,5 ГВт; к 2020 году прогнозируется достичь 205 ГВт. Предполагается, что в 2030 году солнечными станциями будет вырабатываться 10%, а в 2040 году — от 20 до 28% общего мирового объема выработки электроэнергии. Важнейший перспективный материал для производства элементов солнечной энергетики — мультикремний. Технологии его получения — тема заказного проекта, о ходе реализации которого рассказал д.ф.-м.н. А. И. Непомнящих (ИГХ СО РАН).

В выполнении данного проекта принимают участие следующие институты СО РАН: Институт геохимии им. А.П. Виноградова, Институт геологии и минералогии, Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе, Институт физики полупроводников, Институт неорганической химии им. А.В. Николаева, Институт химии твердого тела и механохимии, Институт проблем переработки углеводородов, Тувинский институт комплексного освоения природных ресурсов, Отдел физических проблем БНЦ СО РАН и СКТБ «Наука» КНЦ СО РАН. Проект включает в себя три основных блока. Первый блок это технология прямого получения мультикремния солнечного качества из высокочистого рафинированного металлургического кремния. Второй связан с разработкой физико-химических основ получения поликремния из высокочистых диоксида кремния и углеродных восстановителей. Третий — это разработка процесса получения эффективных солнечных элементов на основе пластин мультикремния.

Разработанная Институтом геохимии технология состоит из трех основных частей. Первая часть — это карботермическое восстановление кремния из высокочистых исходных веществ, кварцита или кварца, и, соответственно, специально подготовленного углеродного восстановителя — древесного угля. Вторая часть технологии разработана для рафинирования расплава кремния в ковше, где расплав кремния «избавляется» от бора, фосфора и ряда других элементов. На третьей стадии происходит очистка кремния от большинства тяжелых примесей при направленной кристаллизации мультикремния.

Проведены подготовительные работы по отработке процесса рафинирования расплава кремния увлажненной газовой смесью на недавно запущенной руднотермической печи 9.6 кВА МК «KazSilicon» в г. Уштобе Республики Казахстан. Часть экспериментов по процессу рафинирования была проведена в декабре прошлого года. Вторая часть эксперимента планируется уже на конец марта следующего года. Речь идет о получении высокочистого рафинированного кремния. Для проведения эксперимента разработаны и изготовлены два генератора газовой смеси (ГГС), которые встраиваются в газовую систему. Самый главный результат, который мы здесь получили — это возможность изменения температуры в ковше. При увеличении объема газовой смеси ковш быстро реагирует на повышение температуры; уменьшение подачи газовой смеси приводит к уменьшению температуры. В результате мы можем варьировать температуру и практически полностью реализовать те режимы, которые отработаны нами в этой технологии.

На основе численного моделирования показано, что радиальные реагенты температуры в конвективном режиме резко сглаживаются в сравнении с диффузионным режимом, и фронт кристаллизации действительно становится плоским. Для создания управляемого сквозного режима конвекции нами предложен метод выращивания мультикремния во вращающемся тепловом поле, который заключается в изменении симметрии теплового поля путем создания более прогретой зоны на наружной стенке контейнера. Помимо этих работ, которые связаны напрямую с получением мультикремния, были проведены первые исследования по гетерированию примесей в мультикремнии. Кроме того, разрабатываются методы нанесения покрытия кварцевых тиглей. В качестве защитных покрытий кварцевых тиглей для выращивания мульткремния используется Si₃N₄. Недостатком этого покрытия является его относительно высокая смачиваемость расплавом кремния. В рамках данного проекта в ИНХ СО РАН исследовалась возможность использования пленочных покрытий на основе карбонитрида кремния SiC_xN_y переменного состава. Исследования показали, что смачивание подложек, покрытых карбонитридом кремния, расплавленным кремнием отсутствует. В ИППУ СО РАН были получены три партии гранулированных углеродных материалов. Осуществляется получение кремния из высокочистых компонент шихты. В СКТБ «Наука» проводилось восстановление кремния из брикетированной и порошковой шихты на основе аморфного кремнезема при температуре 1800° С. Получены образцы кремния. Выход кремния при восстановлении из порошковой шихты составил 97, а из брикетированной — 99 масс %. Начаты работы по восстановлению кремния в плазменных реакторах.

Разработана технология получения высокочистого аморфного диоксида кремния. ИХТТМ СО РАН и ТИКОПР СО РАН предложены два варианта разложения серпентинита с последующим получением чистого аморфного SiO₂. В обоих случаях подразумевается использование предварительной механоактивации серпентинита, которая совмещается с измельчением, за счет чего достигается более полное вскрытие материала. Для получения диоксида кремния повышенной чистоты твердый остаток после выщелачивания (черновой диоксид кремния) подвергается очистке от примесей путем щелочного растворения, осаждения и прокалки кремниевой кислоты. Полученный диоксид кремния очищается от оставшихся примесей слабым раствором соляной кислоты и сушится.

В ИХТТМ СО РАН изучались процессы восстановления кремния методом СВС, где в качестве прекурсора использовались механокомпозиты SiO₂/С и SiO₂/Al. Порошок с углеродом в режиме СВС не загорается, а смесь с алюминием загорается. Термообработка прекурсора SiO₂/Al. уже при температуре 600° С обеспечивает восстановление кремния. В ИФП СО РАН разработана методика текстурирования поверхности мультикристаллического кремния, позволяющая получать структуру поверхности с равномерно распределенными конусообразными ямками требуемой глубины (около 1 мкм). Проведено сравнение результатов газофазного легирования и полученных методом диффузии из фосфоросиликатного стекла. Разработан простой, эффективный и не включающий дорогостоящих стадий процесс легирования фосфором мультикремния. Процесс легирования включает три стадии: синтез слоя SiO₂:P₂O₅ золь-гель методом; температурный отжиг для диффузии фосфора; удаление поверхностного слоя фосфоросиликатного стекла (ФСС).

Основными задачами на 2008 год являются:

— проведение опытно-промышленной плавки из кварцитов месторождения Сарыкуль и Бурал-Сардак для получения высокочистого рафинированного кремния;

— выращивание блока мультикремния промышленных размеров (125×125×300 мм) и изготовление солнечных элементов на их основе;

— отработка методов восстановления кремния из высокочистых углеродных восстановителей и диоксида кремния методами индукционного и плазменного нагрева.

Подводя итог, можно сказать следующее. Выполнен комплекс подготовительных работ и начато проведение опытно-промышленной плавки кремния на руднотермической печи 9,6 кВА МК «KazSilicon» в г. Уштобе Республики Казахстан. Показана возможность поддержания температуры в ковше при рафинировании расплава кремния в течение длительного времени. Проведена реконструкция установки СЗВН20 для выращивания блока мультикремния размерами 125×125×300 мм с нижней загрузкой тигля. Изучена зависимость формы фронта кристаллизации от режима теплообмена. Получены новые фундаментальные результаты по сопряженному теплообмену в режимах стационарной и нестационарной теплопроводности, стационарной и нестационарной термогравитационной и тепловой гравитационно-капиллярной конвекции. На основе математического моделирования неосесимметричного распределения теплового нагрева показана возможность создания управляемого сквозного режима конвекции. Это дает возможность регулировать интенсивность перемешивания расплава в течение всего процесса кристаллизации. Проведена экспериментальная проверка рассчитанных режимов.

Кроме того, проведено сравнение нитрида и карбонитрида кремния в качестве защитных покрытий кварцевых тиглей, используемых для выращивания мультикремния. Показано, что покрытие из карбонитрида кремния является более оптимальным для технологического использования. Изучены процессы синтеза высокочистых углеродных восстановителей, позволяющих получать сырье с низкой зольностью. Получены три партии углеродных восстановителей для проведения экспериментальных плавок. Показана возможность получения высокочистого аморфного диоксида кремния из отходов асбестового производства. Проведены первые экспериментальные плавки по получению кремния из диоксида кремния и углеродных восстановителей в индукционной печи СКТБ «Наука» КНЦ СО РАН. Показана возможность снижения температуры процессов восстановления кремния при использовании аморфного диоксида кремния. Изучалась возможность снижения температуры прямого восстановления SiO₂ за счет использования механохимически полученных нанокомпозитов. Показана возможность снижения температуры восстановления в системе SiO₂ + Al.

Исследовано влияние обработки поверхности мультикремния на электрофизические параметры материала (время жизни неравновесных носителей заряда и скорость поверхностной рекомбинации) и выбраны технологические процессы пассивации поверхностных состояний. Разработана методика текстурирования поверхности мультикристаллического кремния, позволяющая получать структуру поверхности с равномерно распределенными конусообразными ямками требуемой глубины (около 1 мкм). Разработан и оптимизирован способ нанесения просветляющих покрытий на основе плазмохимического нитрида кремния. На базе метода «spin-on» разработан простой, эффективный и не включающий дорогостоящих стадий процесс легирования фосфором мультикремния.

Фото В. Новикова
стр. 9