Институт статистических исследований и экономики знаний (ИСИЭЗ) НИУ ВШЭ на основе опроса ведущих российских ученых изучил перспективы создания передовых материалов и сравнил для выделенных главных направлений разработок сроки достижения в России и мире ключевых показателей их технологической готовности.
Справочно: опрос проведен среди более 160 ведущих ученых в области химии и материаловедения, чьи публикации входят в топ-20% в базе данных Scopus по числу цитирований. Общий перечень перспективных материалов сформирован с помощью системы интеллектуального анализа iFORA и уточнен по итогам экспертных обсуждений с представителями научного и бизнес-сообщества. В фокусе настоящего обзора – материалы, обладающие значительным инновационным потенциалом для медицины, энергетики и др. Текущие значения показателей их технологической зрелости приведены на уровне мировых лидеров на этапе опытно-промышленных образцов.
Главные выводы:
- Под влиянием тренда на активное долголетие в разработках для медицины растет доля проектов, нацеленных на создание новых материалов с усовершенствованными физико-механическими и биологическими свойствами. Например, на основе биоинертных титановых сплавов или углерод-углеродных композитов изготавливают постоянные импланты. Перспективным материалом для систем локальной доставки лекарств являются биорезорбируемые полимеры, в частности сополимеры молочной и гликолевой кислот (PLGA).
- В условиях глобального перехода к углеродной нейтральности востребованы материалы для генерации, хранения и передачи энергии с наименьшими потерями. Так, расширить доступность солнечной энергетики можно за счет перовскит-кремниевых тандемов, а водородной — за счет установок для электролиза воды и сорбентов нового типа. Более энергоемкие и безопасные аккумуляторы создают на основе твердых электролитов и более доступных натрий- и калий-ионных электрохимических систем. Для передачи энергии с наименьшими потерями рассматриваются высокотемпературные купратные сверхпроводники.
- На фоне усиления климатических изменений и увеличения нагрузки на водные ресурсы становятся востребованными новые материалы для очистки воды. Перспективной технологией являются пьезоэлектрокатализаторы, способные разлагать растворенные органические загрязнители под действием механических колебаний. Другим ключевым направлением остаются ионообменные мембраны на основе полимерных пленок, применяемые для удаления тяжелых металлов и других растворенных загрязнителей.
- Цифровая трансформация повышает требования к скорости передачи и обработки данных. В данном ключе все более востребованы технологии фотоники, что усиливает роль материалов, обеспечивающих генерацию и управление световым сигналом. Одним из перспективных решений являются графеновые квантовые точки. Еще один важный класс материалов — получаемые аддитивными методами стекла на основе тяжелых оксидов, используемые для прецизионной микрооптики, компонентов VR/AR-устройств и оптических сенсоров.
- Широкий спектр приложений — от компонентов «мягкой» робототехники и систем адаптивной оптики до миниатюрных приводных устройств — имеют материалы, способные изменять форму под воздействием внешних стимулов — температуры или магнитного поля. К ним относятся, например, сплавы на основе системы никель–марганец–галлий (Ni-Mn-Ga). Развитие адаптивных систем связано также с полимерными материалами, включая жидкокристаллические, с эффектом памяти формы, способными многократно восстанавливать геометрию после деформации. Другое направление — антикоррозионные покрытия на основе ковалентно-органических каркасов, применяемые в судостроении, нефтегазовой отрасли и химическом машиностроении, где недопустимы даже кратковременные локальные очаги коррозии.
Резюме:
Сильная отечественная научная школа в области химии и материаловедения позволяет ожидать уже в ближайшие 5–10 лет внедрения систем доставки лекарств на основе PLGA и биорезорбируемых сплавов для ортопедии, которые являются важным условием развития персонализированной медицины. Разрабатываемые технологии очистки воды от вредных веществ, в частности бисфенола А, в среднесрочной перспективе могут выйти на уровень массового производства, что значительно повысит класс экологичности предприятий химической промышленности и уровень защиты здоровья населения. На том же горизонте эксперты ожидают прорывов в области фотоники и оптоэлектроники по направлению разработок квантовых точек. Масштабируемое производство передовых материалов становится ключевым условием трансформаций, определяющих облик стратегических отраслей и инфраструктуры ближайших десятилетий.
По ссылке представлен более подробный обзор.