Для эканомікі і для жыцця

У БДУІР распрацавалі сістэму генерацыі плазмы атмасфернага разраду

Гаворка ідзе пра плазму, якая генерыруецца пры атмасферным ціску (а значыць, у адрозненне ад плазмы нізкага і высокага ціску, не патрабуе дарагога абсталявання) і валодае ўнікальнай камбінацыяй уласцівасцей. Прыбор, створаны спецыялістамі БДУІР, дазваляе праводзіць атамарную ачыстку разнастайных паверхняў — металаў, шкла, керамікі, пластыку і іншых матэрыялаў. Магчымасці яго прымянення вельмі шырокія — ад медыцыны і сферы харчавання да буйных прамысловых вытворчасцей. Распрацоўкай БДУІР ужо зацікавіліся навукоўцы з сумежных сфер, установы аховы здароўя, камерцыйныя фірмы з Беларусі і замежжа.

Дзмітрый Котаў:

“Мы зрабілі прыбор, а зараз адпрацоўваем варыянты яго практычнага прымянення — з рознымі матэрыяламі, у розных умовах, для розных мэт. Бо важна прапанаваць патэнцыяльнаму спажыўцу не толькі прыладу, але і тое, як яе можна выкарыстоўваць”.

Як гэта працуе

— Атмасферная плазма — гэта сусветны трэнд, — тлумачыць дацэнт кафедры мікра- і нанаэлектронікі начальнік інжынерна-адукацыйнага цэнтра нанатэхналогій БДУІР Дзмітрый Котаў. — Адпаведныя тэхналогіі актыўна распрацоўваюцца ў Германіі, ЗША, Кітаі, Японіі, Паўднёвай Карэі і іншых краінах. У Беларусі гэты напрамак развіваецца ў Інстытуце фізікі Нацыянальнай акадэміі навук і ў нашым цэнтры. Сістэма генерацыі плазмы атмасфернага разраду, створаная супрацоўнікамі БДУІР, мае вельмі шырокія перспектывы. На яе базе могуць (і павінны) з’явіцца эфектыўныя, танныя і бяспечныя тэхналогіі для выкарыстання ў розных сферах навукі і вытворчасці.

Дзмітрый Анатольевіч уключае прыбор і накіроўвае струмень плазмы на аркуш паперы — дзіўна, але яна не ўзгараецца і нават не змяняе колер. Потым вучоны акуратна набліжае гарэлку да далоні, і мы бачым той жа эфект: апёкаў няма, скура не пацярпела.

— Тэмпература плазмы, якую генерыруе наш прыбор, не перавышае 40—50 °С, — тлумачыць Дзмітрый Котаў. — Гэта так званая халодная плазма, прыдатная для апрацоўкі практычна ўсіх, нават самых адчувальных, матэрыялаў. Зараз мы ўдасканальваем прыбор, каб знізіць тэмпературу плазмы да 30—40 °С, што дазволіць выкарыстоўваць яе таксама для лячэння людзей.

Начальнік цэнтра дэманструе нам яшчэ адзін цікавы эксперымент. Пласцінку з нержавеючай сталі з аднаго краю апрацоўвае плазмай, а другі край пакідае некранутым. Потым шпрыцам акуратна наносіць дзве кропелькі вады — на апрацаваны і неапрацаваны край. Няўзброеным вокам відаць, што пасля апрацоўкі плазмай кропля вады раўнамерна размяркоўваецца па паверхні і “ў профіль” амаль нябачная. А на неапрацаванай паверхні кропля выпуклая і падобная на пярлінку.

— Паветра, нібы ізаляцыйная плёнка, пакрывае ўсе прадметы, — тлумачыць Дзмірый Анатольевіч, — а плазма выдаляе з паверхні атамы і малекулы паветра, а таксама іншыя забруджванні. У выніку паскараюцца ўсе хімічныя рэакцыі і працэсы (ачыстка паверхняў для лепшага склейвання ці афарбоўкі, герметызацыя, стэрылізацыя і г.д.). Эфект ад плазменнай апрацоўкі захоўваецца на працягу некалькіх сутак.

Вучоны расказвае, што магістранты БДУІР праводзілі эксперыменты з апрацоўкай паверхняў розных матэрыялаў: металу, гумы, крэмнію, шкла, керамікі, палімераў і іншых. Эфект атамарнай ачысткі назіраецца заўсёды, пытанне толькі ў тым, у колькі разоў можна павысіць адгезію (счапленне) у тым ці іншым выпадку.

— Напрыклад, адгезію на крэмніі нам удалося павысіць ў 105 разоў: кропелька вады расцякаецца на пласцінцы так, што цяжка нават вымераць вынік. Вызначалі паказчыкі метадам атамна-сілавой мікраскапіі, — гаворыць Дзмітрый Анатольевіч.

Прыбор, створаны супрацоўнікамі БДУІР, даволі кампактны і мае шэраг пераваг у параўнанні з хімічнай апрацоўкай матэрыялаў. Важна, што прапаноўваецца экалагічна чыстая і бясшкодная тэхналогія як для саміх паверхняў, так і для людзей і навакольнага асяроддзя. Ніякай “мокрай” хіміі! У рабоце выкарыстоўваюцца танныя нетаксічныя газы (аргон, азот). І сама тэхналогія значна больш танная, чым, напрыклад, плазма нізкага ціску, дзе патрэбны дарагія і грувасткія вакуумныя камеры і помпы.

— У параўнанні з вакуумнай апрацоўкай, дзе ўстаноўка важыць 1,5—2 тоны, блокі сілкавання — ад 1 кВт і больш, наша ўстаноўка вельмі мініяцюрная (энергаспажыванне 150—200 Вт), — расказвае Дзмітрый Котаў. — Больш за тое, сістэма маштабуецца. Яе можна зрабіць яшчэ меншай ці, наадварот, павялічыць для выкарыстання ў буйной памысловасці, напрыклад, для афарбоўкі аўтамабіляў. Падчас эксперыментальнай работы нам адкрываюцца ўсё новыя сферы прымянення нашай распрацоўкі.

Перcпектывы прымянення

— Змяняючы склад газаў і тэхналагічныя параметры, можна мадэляваць плазменны ўплыў, які аказваецца на паверхню матэрыялаў, — тлумачыць Дзмітрый Анатольевіч. — Напрыклад, можна асаджваць плёнкі, сінтэзаваць мікра- і нанаструктуры — той жа графен. А гэта ўжо напрамак, звязаны з распрацоўкай гнуткіх (плёначных) акумулятараў. У такія распрацоўкі сёння актыўна інвесціруюць кампаніі Apple, Samsung, LG і іншыя. Зразумела, імгненнага выніку чакаць не варта, але работа ў гэтым напрамку ўяўляецца вельмі перспектыўнай.

Атмасферная плазма дае новыя магчымасці і ў простых рэчах: фарба ці клей, нанесеныя на апрацаваную паверхню, будуць трымацца на парадак лепш. А на нержавеючай сталі пасля ўздзеяння плазмы адгезія ўзрастае ў 7—10 разоў — і гэта ўжо цікава медыкам у плане апрацоўкі хірургічных інструментаў, імплантатаў і г.д.

— Плазма змяняе гідрафільныя і гідрафобныя ўласцівасці паверхні матэрыялу, — засяроджвае ўвагу Дзмітрый Котаў. — Гэты эфект можа быць выкарыстаны, напрыклад, пры аднаўленні пашкоджаных сасудаў. Справа ў тым, што імплантаты сасудаў вырабляюцца з палімераў, якія маюць валакністую структуру і, адпаведна, дрэнна змочваюцца. Патрэбна шмат часу, перш чым жывая тканіна прарасце між валокнамі і сасуд пачне аднаўляцца. Аднак калі павысіць гідрафільнасць імплантата, ён прыжывецца значна хутчэй.

Таксама плазма можа выкарыстоўвацца для ачысткі вады, патэнцыяльна — для ачысткі крыві, што актуальна для лячэння шэрага захворванняў. Вучоныя бачаць перспектыву прымянення “халоднай плазмы” ў лячэнні незагойных ран, напрыклад, пры цукровым дыябеце. Даследуецца эфектыўнасць тэхналогіі ў барацьбе з анкалагічнымі захворваннямі, у прыватнасці меланомай. У многіх краінах ужо атрымалі развіццё плазменная касметалогія і стаматалогія.

— Тэрмін “плазменная медыцына” ўстаяўся, і ўжо ніхто не сумняваецца ў яе бурным развіцці, — гаворыць Дзмітрый Котаў. — Пытанне толькі ў сертыфікацыі і хуткасці распаўсюджання новай тэхналогіі. Насамрэч, гэта пытанне некалькіх гадоў.

Тэхналогія нескладаная і недарагая, а значыць, яна можа знайсці і простае прымяненне. Напрыклад, ёй можна карыстацца для правядзення лабараторных аналізаў: так, пры заборы крыві ў пацыента лабаранту не трэба размазваць яе па прадметным шкельцы — калі апрацаваць паверхню кельца плазмай, вадкасць сама размяркуецца па ёй тонкім раўнамерным слоем. Здавалася б, дробязь. Аднак маленькі, але важны этап медыцынскай дыягностыкі можа стаць больш дасканалым.

Дарэчы, плазма і ачышчае, і стэрылізуе любую паверхню, знішчаючы біялагічныя аб’екты. Гэты факт можа прыцягнуць увагу не толькі медыкаў, але і прадстаўнікоў харчовай прамысловасці. Плазменная апрацоўка здольна істотна павысіць тэрміны прыдатнасці і бяспеку прадуктаў харчавання.

А ўвогуле, ідэй у супрацоўнікаў цэнтра шмат. На гэтым этапе яны лічаць важным прапанаваць патэнцыяльным спажыўцам розныя тэхналогіі выкарыстання сваёй устаноўкі ці нават гатовы прадукт.

Эфект — у простых рэчах

— Не скажу, што, стварыўшы прыбор, мы адкрылі Амерыку — падобныя распрацоўкі ёсць у свеце. Але фізічная ідэя наша, і ў рэалізацыі задуманага мы ідзём сваім шляхам, — гаворыць Дзмітрый Котаў.

Ужо сёння распрацоўка БДУІР выклікае цікавасць у навукоўцаў і прадстаўнікоў медыцынскіх устаноў — хірургаў, анколагаў, гематолагаў. Усе разумеюць, што тэхналогія мае добрыя перспектывы, трэба толькі іх намацаць. Як кажа Дзмітрый Анатольевіч, спее прарыў. Але вельмі важна, каб прыбор выйшаў за межы БДУІР і стаў інструментам для даследаванняў у іншых цэнтрах і лабараторыях краіны. Ёсць у гэтай распрацоўкі і экспартны патэнцыял.

Да распрацоўкі прычыніліся і студэнты БДУІР. Вынікі іх работы знайшлі адлюстраванне ў шэрагу курсавых і дыпломных праектаў, магістарскіх і аспіранцкіх дысертацый.

— Сёння рынак плазменнай тэхнікі пакуль заняты заходнімі прыборамі, і яны вельмі дарагія, — гаворыць Дзмітрый Анатольевіч. — Нашы прыборы, калі наладзіць нават дробнасерыйную вытворчасць, пры тых жа параметрах могуць каштаваць намнога менш. Таму спадзяёмся, што распрацоўка будзе мець і сацыяльны, і эканамічны эфект.


Эфект — у простых рэчах. Хіба гэта не цуд — струмень плазмы, што не апальвае рукі? Ці дзве кроплі вады, якія зусім непадобны адна да адной? Здаецца, тэхналогія сама просіцца ў рукі, каб людзі змаглі адкрыць яшчэ штосьці важнае —
і для навукі, і для эканомікі, і для жыцця.

Галіна СІДАРОВІЧ.
Фота Алега ІГНАТОВІЧА.