«Если объем создал Бог, то поверхность – дьявол»

Беседа с Алексеем Константиновичем Буряком, директором Института физической химии и электрохимии Российской академии наук, доктором химических наук, профессором, членом-корреспондентом РАН.

– Алексей Константинович, вашему институту недавно исполнилось 90 лет. Давайте вспомним самое важное и интересное.

– Наш институт с очень долгой историей. Мы ведем отсчет от лаборатории, которая была создана 90 лет назад. Интересно, что все те направления, которые были представлены в тематике лаборатории, продолжаются и сейчас. В первую очередь это коллоидно-дисперсные системы. Когда-то наш институт даже назывался коллоидо-электрохимическим. Электрохимия у нас – отдельное большое направление, занимающее два здания. Когда-то существовал отдельный институт, носящий имя выдающегося ученого, создателя советской электрохимической школы, академика А.Н. Фрумкина. Потом мы объединились, и в названии это имя сохранилось, чем мы очень гордимся. Электрохимия сейчас – это не только выплавка алюминия, но и в первую очередь литий-ионные аккумуляторы, источники тока. Это и большое военное применение, и малозаметные микроустройства, это и аккумуляторы для подводных лодок, и, конечно,  современные смартфоны, без которых нашу жизнь трудно себе представить. А сейчас появилось новое направление – натрий-ионная энергетика, поскольку запасы лития ограничены, и делаются попытки перейти на натрий, как более распространенный металл.

– Значит, электрохимия сейчас – суперпопулярное направление?

– Да. Многие крупные компании обращаются к нам, чтобы проводить совместно с нашими электрохимиками такие исследования. Все эти работы очень хорошо вписываются в общее направление нашего института.

Когда-то, в советское время, нам было поручено быть головным институтом физикохимии поверхности. Вышло это так. Помимо нашего института был институт физической химии имени Карпова. Он тоже работал в широком диапазоне научных направлений и занимался, в том числе, физикой и химией твердого тела. А у нас была более сложная часть – физикохимия поверхности. Это действительно важная проблема. Существует известное высказывание физика Вольфганга Паули о том, что объем создал Бог, то поверхность – дьявол.

– Интересно! Почему так?

– Потому что очень сложные процессы происходят на поверхности, их сложно исследовать, там чрезвычайно тонкие слои вещества. Но иногда эти вещества влияют кардинальным образом на свойства материалов. И вот здесь мы переходим к коррозии. У нас целый корпус противокоррозионной защиты, где изучают, создают и практически производят небольшими партиями летучие ингибиторы коррозии. Тончайший, мономолекулярный слой летучих ингибиторов коррозии на поверхности материала может защитить его очень надолго от коррозионного поражения.

– Где эти разработки сейчас применяются?

– Здесь тоже есть оборонное направление, очень важное для длительного хранения техники, и, конечно, гражданское, когда мы можем сохранять электронику, которая сейчас в очень жестких условиях работает. Это связано с тропическим материаловедением. Сейчас мы снова начинаем поставлять технику в Юго-Восточную Азию, в первую очередь, во Вьетнам. Поэтому защита от таких жестких воздействий и высоких температур, влажности, морского климата, когда летит соленый конденсат, и даже золотые изделия теряют свои свойства, очень важна. Здесь летучие ингибиторы коррозии являются одним из важнейших направлений.

Очень важное достижение у коррозионистов – это мигрирующие ингибиторы коррозии для защиты бетона. Это причальные сооружения, молы, пирсы, мосты. И в нашей стране, и, конечно, в тропиках эти сооружения очень страдают от соленой воды, причем даже на северных морях. Все эти процессы мы исследуем, используя наши коррозионные станции.

– Где они расположены?

– На Баренцевом море, в Подмосковье под Звенигородом, здесь, в институте, на Калужской, где у нас находится здание противокоррозионной защиты. Мы еще сохранили коррозионную станцию во Владивостоке, но там, к сожалению, из-за переноса с места на место мы ее фактически теряем, не можем легализовать на новом месте документы. Нас выручает тропический центр, который находится во Вьетнаме.

Еще одно направление – это физикохимия поверхности конструкционных материалов. Здесь важны мелкодисперсные материалы, механохимия. Работы, развиваемые академиком Людмилой Борисовной Бойнович по созданию гидрофобных и гидрофильных покрытий на поверхностях конструкционных материалов – это очень важно для антиобледенения, чтобы создать изделия, которые предотвращают осаждение влаги и льда. Это востребовано для арктических направлений, которые сейчас очень актуальны. И то, что можно создать материал, который не будет покрываться льдом, – важное достижение.

– Уже есть готовые разработки?

– Да, причем реализованные разработки, которые предлагаются для борьбы с обледенением и обрывом проводов, для самолетов, которые тоже могут обледеневать. Ну и вообще для всех изделий, которые работают в условиях Арктики.

Также у нас есть большое направление – это физические методы исследования. Есть люди, которые, как это ни удивительно, самостоятельно разрабатывают приборы, причем в такой актуальной области, как хроматография. Это Виктор Борисович Хабаров, ведущий специалист в области экологической химии. Он создает приборы, которые работают в очень жестких условиях, позволяя выделять лабильные частицы, что повышает надежность определения биологически активных соединений.

Далее – такое направление, как хроматография и хромато-масс-спектрометрия. Среди физико-химических методов анализа это один из важнейших методов, он отличается высокой эффективностью разделения, надежностью идентификации. Во всем мире среди аналитических методов эти два метода занимают лидирующие позиции. Говорят даже о появлении нового метода – хромато-масс-спектрометрии. Наш институт здесь занимает передовые позиции, в первую очередь за счет того, что нами разрабатываются новые методы идентификации, когда мы умеем предсказывать величины удерживания различных веществ и масс-спектры. И самое главное – совместно использовать методы масс-спектрометрии и хроматографии. Это чрезвычайно важная проблема.

– Знаю, у вас есть также экологическое направление.

– Экология – это направление, когда мы должны определять не только заранее заданные токсичные соединения, но и уметь быстро понять, будет ли образовавшееся вещество токсичным. Надо уметь его контролировать. Это очень важно и в медицине, и в биохимии, когда мы анализируем лекарства, ищем в них микропримеси. Особенно нужно это в ситуациях, когда люди начинают принимать новые лекарства, а реакция на них не всегда предсказуема. Хотя лекарства предварительно изучаются, но все-таки у разных людей разные продукты трансформации этого вещества в организме. Надо уметь все эти продукты быстро идентифицировать, понять их структуру и выяснить, насколько они токсичны, или, наоборот, обладают лекарственным действием.

– Как этот метод будет работать? Это будет небольшой бытовой приборчик, который можно будет приобрести в аптеке?

– Нет. Это будет анализ крови в медицинском учреждении, когда из этой пробы будут извлекаться продукты трансформации попавших в неё лекарств, и стационарно анализировать их воздействие. Появится сеть различных клиник, которые будут принимать такие анализы от людей. Причем это будет работать не только в крови – во всех биожидкостях. Нельзя не сказать и об определении токсичности производных наркотических и сильнодействующих веществ. Их тоже важно обнаруживать в организме, и тоже такие работы у нас проводятся с целью экспресс-определения причин отравления.

– Наверное, это важно и в криминалистике, и в ситуациях с ДТП.

 – Да, в том числе. Здесь основа – физико-химический подход, который мы развиваем. Это идентификация, опирающаяся на различные методы – и на экспериментальный индекс удерживания, и на расчетный, и на экспериментальный расчет масс-спектрометрии, то есть и на хроматографию, и на масс-спектрометрию.

Нельзя не сказать также об адсорбции – направлении, которое развивает лаборатория во главе с Анатолием Алексеевичем Фомкиным под руководством научного руководителя Института академика Аслана Юсуповича Цивадзе. Они ведут большие работы по исследованию сорбции на различных материалах. Сотрудничают они, в том числе, с «Газпромом», где развивается хранение метана на сорбентах, с целью доставки к отдаленным участкам. Это практически важное направление: имея колоссальные запасы газа в нашей стране, до сих пор не удалось газифицировать все населенные пункты. Это вызвано экономическими причинами, поскольку дорого строить трубопроводы. Мы надеемся, что предложение о создании мобильных адсорбционных носителей газа позволит доставлять газ и длительно и безопасно его хранить.

– Какое научное направление больше всего интересует лично вас? Или вам некогда заниматься наукой?

– Все, что я рассказывал о хроматографии и масс-спектрометрии – это мое направление. Давайте я еще расскажу о продлении сроков эксплуатации изделий ракетной техники. Это тоже важно. Здесь оказалось, что современные масс-спектрометрические приборы позволяют изучать поверхность материалов и как обычный оптический микроскоп, и как электронный микроскоп, который может построить двумерную и даже трехмерную картину поверхности. Это нужно, чтобы увидеть, как зарождается коррозия, и определить продукты коррозии, найти инициаторы коррозии на поверхности. И, самое главное, имея такую информацию, уметь прогнозировать стойкость материала в тех или иных условиях. К сожалению, в настоящее время все предсказания основываются на результатах натурных испытаний. Это препятствует быстрому внедрению новых материалов в практику. Ведь мы должны испытать материал в течение года и только после этого продлить срок его эксплуатации на год. Если мы испытываем пять лет, можем продлить на пять лет. Понятно, что никакой конструктор не возьмет новый материал, если ему потом надо ждать длительное время, прежде чем изделие пойдет в серию.

Поэтому пытаются использовать или старые материалы, или делать какое-то предсказание. Эти предсказания не очень надежны. А вот ускоренные климатические испытания, которые можно выполнять на наших станциях или в специальных климатических камерах, которые позволяют увидеть лабильные продукты коррозии, их распределение по поверхности, – такие испытания весьма эффективны. Все это позволяет нам говорить о том, что сейчас мы близки к созданию нового направления в физикохимии поверхности на основе современных физико-химических методов.

– То есть, вы поймали того самого дьявола за хвост?

– Да, пытаемся.

– А что это за камеры? Что они собой представляют? Какие условия вы там создаете?

– Мы создаем там высокие температуры, высокую влажность, концентрированный солевой туман. За несколько дней, может быть недель, мы проводим испытания, эквивалентные годам испытаний. Раньше такие работы тоже проводились, но поскольку исследования были просто химическими, они не позволяли детально определить все необходимые параметры. Физико-химические методы, особенно масс-спектрометрия с лазерной десорбцией/ионизацией, как мягкий метод, позволяет увидеть микроколичество инициаторов коррозии. Зная их, можно предсказать механизм коррозии и использовать ингибиторы коррозии, которые предотвратят этот процесс.

– Давайте скажем про ваши планы. Наверняка вы что-нибудь еще задумали, такое же дерзкое и интересное.

– Да. У нас планируются большие работы по созданию новых коррозионных станций. Сейчас мы будем продвигать такую станцию на Сахалине, потому что там очень специфические условия – морская коррозия, очень сильные ветра, и, конечно, это та область, которая сейчас будет особенно интенсивно осваиваться и нашей страной, и странами Юго-Западной Азии. Иметь информацию о коррозионной стойкости материалов в таких сложных погодных условиях – это очень важное направление. Мы надеемся, что наши экспресс-методы дадут здесь наибольший эффект и будут успешно применяться для развития Дальнего Востока.