Наука и образование

«Скучная» физика как база для будущих прорывов

Говоря об импортозамещении, экономисты предлагают методы, которые в большинстве своём носят ситуационный, кратковременный характер. Для долгосрочного развития необходим устойчивый фундамент, важной составляющей которого является наука. О том, какие исследования и разработки могут стать востребованными в экономике, рассказывает профессор кафедры физики твёрдого тела ВГТУ, доктор физико-математических наук Юрий КАЛИНИН.

Закон Джоуля – Ленца знаком каждому школьнику. Он описывает эффект выделения тепла при протекании тока через полупроводник. На практике все мы сталкиваемся с практическим применением этого закона, пользуясь, например, бытовым нагревателем или тепловентилятором. Это простейшие устройства, которые знакомы буквально всем. Однако даже в случае с обогревателями есть те, которые будут потреблять много электроэнергии, но выделять мало тепла, или, наоборот, при небольшом потреблении электричества будут очень хорошо прогревать помещение. В этом заслуга учёных, которые, не нарушая базового закона Джоуля – Ленца, разрабатывают новые, более эффективные технологии.

Используя другой физический закон – закон Пельтье, научились производить термоэлектрические модули нового поколения. На базе новой технологии, в которой в качестве теплоносителя вместо жидкости или газа выступают электроны, уже проектируются разнообразные охлаждающие устройства (холодильники, кондиционеры, охладители электронных приборов и т.д.), которые затем внедряются в серийное производство. Потребовалось почти 150 лет, чтобы учёные смогли после открытия эффекта термоэлектрического охлаждения найти способ его практического применения. Оказалось, что эта технология идеальна в плане экологии. В ней не используются фреоны, которые при попадании в атмосферу разрушают озоновый слой. При этом устройства абсолютно бесшумны и имеют практически неограниченный ресурс работы. Неудивительно, что к разработчикам подобных технологий тут же выстроились очереди из покупателей. Практически вся продукция идёт за рубеж (доля российских компаний в закупках составляет порядка 5-10%).

Учитывая стремительную перестройку российской экономики и упор на импортозамещение, можно прогнозировать взрывной рост спроса на термоэлектрические модули и у нас. Применение возможно в таких отраслях промышленности, как автомобилестроение, производство компьютеров, холодильного оборудования, систем кондиционирования и т.д. Важно, что эти технологии не просто заменят выпавшие из технологической цепочки детали для производства сложных технических устройств, но и позволят создать принципиально новое оборудование более высокого уровня.

Теоретические открытия в области физики обычно не являются каким-то секретом. Законы едины для всех, различаются лишь методы их применения и технологии, созданные на их базе.

Например, о случайно открытом термовольтаическом эффекте в полупроводниковых соединениях на основе редкоземельных металлов, найденном сотрудниками Физико-технического института им. Иоффе РАН, в принципе знают многие учёные. Однако найти способ замены редкоземельных металлов, которые обладают целым рядом недостатков (склонностью к окислению, высокой стоимостью и т. д.), на другие, более доступные и, что важно, менее дорогие материалы, смогли в Воронеже совместными усилиями учёных ВГТУ и специалистов научно-производственного объединения РИФ. На базе более дешёвых компонентов идут разработки более эффективных термоэлектрических преобразователей. Использование этой технологии позволит заменить громоздкие радиаторы тонкоплёночными технологиями.

Воронеж обладает уникальным потенциалом для разработки новых промышленных технологий, что полностью отвечает целям и задачам Стратегического проекта «Новая индустриализация региона».

Возникает синтез промышленных предприятий и научного сообщества. Работа ведётся сразу в нескольких направлениях: совместными усилиями прорабатываются учебные программы для подготовки студентов, магистров и аспирантов с учётом требований реального производства, участие обучающихся в реальных научных и технологических разработках, проведение фундаментальных и прикладных исследований на базе лабораторий кафедры и базового научно-образовательного центра и укрепление связей учёных Воронежа с научным сообществом других регионов России.


Фото: Владимир ЛАВРОВ