Віктор ЛАКОМСЬКИЙ,
член-кореспондент НАН України
Почну свою статтю із запитання до кожного читача газети: чи бачили ви, шановні, перебуваючи, скажімо, в європейських країнах, щоб у тамтешніх місцях харчування відвідувачі користувалися алюмінієвими ложками та виделками?
Такий феномен у наш час можна побачити найчастіше в республіках колишнього СРСР, за винятком прибалтійських. Ми — не виняток. Пояснити це можна наслідками Великої Вітчизняної війни, коли наша авіаційна металургія, виконуючи замовлення армії, виробляла сотні тисяч алюмінієвих кружок, баклажок та ложок. У повоєнні роки до них додалися виделки, тарілки, тазики й каструлі. Автору довелося бачити таке виробництво на Ступінському металургійному заводі Мінавіапрому СРСР (Підмосков’я).
Дугову сталеплавильну піч, розроблену нашими вченими, відразу оцінили російські металурги.
Фото з архіву автора
Війна давно закінчилася
Здавалося б, нині, через 67 років після перемоги, про вироби з алюмінію треба було б забути, адже це не тільки негігієнічний метал, а, як твердять медики, шкідливий для здоров’я людини. До речі, в багатьох цивілізованих країнах давно заборонили виробництво емальованого кухонного посуду, посилаючись на ті ж гігієнічні вимоги. Річ у тому, що за необережного поводження з таким посудом емаль механічно руйнується, утворюючи дрібні частки, особливо гострокутні. Вони небезпечні для системи травлення людини.
Саме через це в цивілізованих країнах давно виробляють широкий асортимент каструль з нержавіючої сталі не тільки для ресторанів, а й для приватних кухонь. На тій самій підставі в деяких державах законом заборонено використовувати керамічні плитки при спорудженні вітрин чи прилавків в усіх м’ясних та молочних лавках. Дозволяється в цьому випадку використовувати виключно нержавіючу сталь. Виходячи з тих же міркувань, можна додати, що в тих самих країнах давно заборонено використання сокир для розділу м’ясних туш. Дрібні і великі кістки розділяють простими лучковими пилами, зробленими з нержавійки, а м’яку частину ріжуть ножами з нержавіючої сталі.
То чому ми, як у середні віки, все ще рубаємо м’ясо сокирами? Може тому, що в нас більшість населення — незаможне, а каструлі з нержавіючої сталі, які пропонує нам інтернаціональна фірма Zepter, такі дорогі? То знайте, шановні читачі, що Україна сама може виробляти всі предмети кухонного побуту значно дешевше, ніж фірма Zepter. Бо Інститут електрозварювання ім. Є. О. Патона НАН України вміє розробляти та впроваджувати у промисловість не тільки нові способи зварювання танків, ракет, кораблів. Тут розроблено нову технологію та промислове устаткування для виробництва дешевої і якісної нержавіючої сталі.
Чому нержавійка дорога?
Бо дуже дорогий нікель, який входить до її складу. Для того, щоб виплавити 1 тонну нині існуючих марок нержавіючої сталі, треба витратити в середньому 100 кг чистого нікелю. А в Україні покладів цього металу практично нема. Наші металурги змушені купувати нікель або в російського гіганта «Норильск Никель», або в американської фірми Mond Nickel Co. Кілька років тому 1 тонна нікелю на світовому ринку металів (London Metal Exchange) сягнула фантастичної вартості — 40 тисяч доларів, тоді як тонна технічно чистого срібла коштувала тільки 26 тисяч. Щоправда, нині ціна нікелю зменшилась до 18 тисяч, але й це немало. Високі ціни правлять вказані фірми, посилаючись на обмеженість запасів нікелю в надрах Землі.
Така ситуація з нікелем стимулювала колектив нашого інституту до наукового пошуку нових марок нержавійок аустенітної структури, такої як рутинні нержавійки. Науці давно було відомо, що нікель у хромистих сталях можна замінити азотом, але азот треба ввести у сталь у такій кількості, яка набагато перекриває технологічні можливості існуючих дугових сталеплавильних печей. Тому промисловість не могла виплавляти високоазотисті сталі.
Інститут електрозварювання в 70-х роках минулого століття розробив плазмово-дугові печі з водоохолоджувальним кристалізатором. Металурги Росії одразу оцінили цю новинку, і печі були швидко й широко розповсюджені по заводах чорної, кольорової металургії, оборонної промисловості, Мінавіапрому.
У своїй державі пророків не буває
Тому в Україні тільки за вказівкою зверху було змонтовано аж три печі плазмово-дугового переплаву титану. Використовуючи можливості плазмово-дугових печей швидко і дешево азотувати рідку сталь і насичувати її азотом до бажаного вмісту, інститут зайнявся розробкою нових марок нержавіючої сталі з високим вмістом азоту. Було розроблено і перевірено у промислових умовах одного з підмосковних заводів кілька марок високоазотистих сталей. Найбільш вдалою маркою виявилась сталь ЕП-805. Вона складається з 19—21% хрому, 4—5% нікелю, 1,8—2% марганцю та 0,40—0,57% азоту. Корозійна стійкість цієї сталі виявилася в шість разів вища того ж параметру існуючих марок нержавійок Х18Н8, Х18Н10, Х18Н12, а міцність сталі ЕП-805 удвічі вища. Та головне полягає в тому, що сталь ЕП-805 має дуже низький вміст неметалевих домішок, і тому її листи при поліровці досягають 14 класу якості. Поверхня існуючих нині сталей навіть після подвійного переплаву в електрошлаковій і вакуумнодуговій печі не досягає такої якості. А якість поверхні — це важливий параметр при виробництві ложок, виделок та й каструль також.
При розробці високоазотистих сталей ми встановили, що 1% азоту в хромистих та хромомарганцевих сталях заміняє 22—25% нікелю. Відомо, що вартість азоту незрівнянно нижча від нікелю, а «запаси» його безмежні. Нині кожний металургійний завод добуває з повітря кисень, а азот повертає в атмосферу. При виробництві високоазотистих сталей за нашою технологією ми використовуємо властивості газової плазми, і тому азот в сталь ми вводимо безпосередньо з газової фази, відкидаючи дорогі азотовані феросплави. Цей технічний прийом суттєво здешевлює виробництво сталі.
Зважаючи на цю обставину, а також удвічі менший вміст нікелю та відсутність подвійного переплаву, собівартість сталі ЕП-805 на 30% нижча від ординарної нержавійки. То чому б за таких переваг не освоїти її виробництво на заводах України? Звернення інституту безпосередньо до власників заводів нічого не дало. Нам або відверто відмовляли, або казали таке: будуть замовлення — будемо виплавляти. Але хто замовлятиме кота в мішку? Цю сталь в Україні ще ніхто не бачив. Про неї знають тільки науковці. А в Росії Іжевський завод чверть століття виробляє з подібних високоазотистих сталей шахтні канати для надглибоких шахт і без конкуренції збуває їх алмазодобувним фірмам Південно-Африканської Республіки. Для цього заводу інститут у свій час спроектував плазмово-дугову піч на 5-тонний злиток. До речі, невдовзі настане час, коли і нам знадобляться такі шахтні канати для Східного Донбасу.
Сміливі підприємства мають найбільший прибуток
Таким чином, у нас склалася ситуація замкненого кола. Розроблена сталь і технологія її виробництва, а наша металургійна промисловість не хоче працювати без гарантованих замовлень. От би нам наслідувати практику США — там у подібній ситуації завжди створюються так звані «enterprise» — сміливі підприємства. Ті, хто правильно і всебічно оцінив ситуацію і почав випускати нову продукцію, має найбільший прибуток. З цього прикладу видно, що нашим можновладцям бракує світового досвіду.
Щоб розірвати це замкнене коло, на мій погляд, треба, щоб у цю справу втрутився уряд, зробивши невелике держзамовлення промисловості, скажімо, на партію столових приладів (столові, десертні, чайні ложки, виделки та ножі). Те, що вони швидко реалізуються, в мене сумнівів не викликає, бо завод «Столові прилади» розробив такий дизайн своєї продукції, який не поступається французькому. Якщо ця пропозиція буде прийнята, це зрушить з місця справу виробництва в Україні нових високоякісних і водночас дешевих нержавіючих аустенітних сталей. Треба мати на увазі, що за кордоном такою технологією ще не володіють (щоправда, китайці вже почали працювати в цьому напрямку). Якщо власники наших заводів якісної металургії проявлять китайську спритність, високоазотисті сталі Україна зможе поставляти й за кордон.
На завершення хочу звернутися до урядовців — не дайте нашому українському дітищу загинути в країні свого народження. Науковці зробили свою справу: першими в світі розробили плазмово-дугові печі, а на їх основі — технологію виробництва високоазотистих сталей. Тепер справа за урядом: зробити так, щоб ці сталі виробляли в Україні. Вони потрібні не тільки в побуті. Наведу всього один приклад.
Нині Україна зацікавлена в широкій розробці Чорноморського шельфу для видобутку газу і нафти. Треба пам’ятати, що придонні прошарки Чорного моря насичені сірководнем — газом вельми агресивним до чорного металу і тому обсадні труби з простої вуглецевої сталі катастрофічно швидко руйнуватимуться. З цією проблемою «Чорноморнафтогаз» зіткнеться вже на перших кроках своєї діяльності. Щоб запобігти цьому явищу, треба мати сталі, стійкі до дії сірководню, і тому не слід зволікати з організацією виробництва високоазотистих сталей.
В Україні є все необхідне для виробництва високоазотистих сталей в будь-якому профілі: листи, труби, фасонні вироби. Є кваліфіковані інженерні і робочі кадри. Є науковці. Потрібен перший поштовх у цій важливій справі.
Эра органики наступает
Проф. Марк БАЛЬДО
Производство на основе органической фотоники достигло большого прогресса в последние несколько лет. Профессор Марк Бальдо из Массачусетского технологического института, США, говорит о достижения, которые были сделаны, и о задачах, которые еще остаются.
- В последние десять лет в области технологии органических светоизлучающих диодов (OLED) был достигнут огромный прогресс. Как вы думаете, что является наиболее значительным достижением?
Были решены проблемы внутренней эффективности использования фосфоресцирующих красителей, и мы добиваемся прогресса в вопросе стабильности. Стабильность и эффективность синих светодиодов может быть еще улучшена, но для многих приложений вполне достаточно и текущей производительности. Несмотря на большие успехи в области внутренней эффективности, есть еще возможности для повышения внешней эффективности OLED. Инновации в оптическом конструировании светодиодов, такие как текстурирование прозрачной подложки, может снизить долю света, который удерживается как в волноводе внутри устройства.
- Каковы основные проблемы, которые еще предстоит преодолеть в отрасли OLED-дисплеев?
Самой большой проблемой, с которой сталкивается отрасль OLED-дисплеев, имеет лишь косвенное отношение к самим материалам OLED. Это, как ни удивительно, стабильность кремниевой подложки. Если бы кто-нибудь сказал мне, еще в 1997 году – когда я впервые стал участвовать в этой технологии, – что стабильность в кремнии в будущем будет проблемой, я бы рассмеялся. В отличие от других дисплейных технологий, излучение OLED-дисплеев пропорционально инжектируемому току, что делает их особенно чувствительными к деградации платы транзисторов, которая ответственна за их включение и выключение. Таким образом, для OLED-дисплеев с активной матрицей нужны особенно надежные и стабильные управляющие транзисторы. Это означает, что производители дисплеев были вынуждены использовать поликристаллический кремний для транзисторных плат вместо менее дорогого аморфного кремния. Исследование, направленные на решение этой проблемы, еще продолжается, компании пытаются разработать новые материалы или новые методы отжига, но проблема остается. Еще одной проблемой является структурирование дисплея, то есть определение пикселей. Большая часть промышленности в настоящее время использует теневые маски, которые прекрасно подходят для небольших дисплеев, но трудно масштабируемы до больших размеров. Большие маски гнутся и образуют пыль, и оба эти вопроса – производственные. Хотя развитие материалов продолжается, большинство фундаментальных вопросов в значительной степени уже решены – и именно вопросы изготовления в настоящее время требуют внимания.
- Какие тенденции вы видите в новых продуктах на базе OLED?
Есть уже много мобильных телефонов с использованием светодиодов, но для больших дисплеев решения производственных проблем пока обходятся слишком дорого. Вот почему именно крупные компании выходят на рынок первыми. Например, Sony выпустила OLED-телевизор – и это действительно выглядит красиво. Впрочем, с ценой в несколько тысяч долларов это в данный момент скорее демонстрация технических и финансовых ресурсов, чем продукт для массового рынка. Когда OLED-дисплеи были впервые созданы, одной из уникальных перспектив была возможность создания гибких дисплеев. Проблема, однако, опять же заключается в плате и, в меньшей степени, в упаковке.
Дисплейная промышленность, вероятно, не будет сосредоточена на коммерциализации гибких устройства до того, как будет найдено экономичное решение для задней панели в обычных дисплеях. Так что с учетом всех вопросов, с которыми сталкивается производство OLED-дисплеев, многие компании опять обратили свое внимание к идее освещения – в частности, к созданию источников белого света. Органические светодиоды являются идеальным решением для освещения большой площади, и большая привлекательность этого применения заключается в том, что оно не нуждается в структурировании и платы активной матрицы – минус сразу две основные проблемы производства OLED-дисплеев. Таковы основные виды деятельности в области OLED, при этом уже есть некоторые интересные продукты, поступающие на рынок.
- А что происходит в области индустрии органических солнечных элементов? Она настолько же созрела для выхода на рынок, как и отрасль OLED?
Органическая фотовольтаика (PV) также добилась огромных достижений за последние десять лет, но это за отрасль сильно уступает OLED в зрелости. Хотя в этой области нет тех же проблем, что в OLED-промышленности, стабильность органических соединений потенциально является здесь серьезной проблемой в связи с неизбежным воздействием солнечного освещения. Эта промышленность также не может конкурировать с традиционными технологиями и по материальным вопросам. Недостаточно сказать, что органические ячейки дешевле в производстве: если ячейка не является эффективной, будь она хоть сколько дешевой, это не будет компенсироваться расходы на установку, и клиент не получит никакой экономии. Конкурирующие технологии, такие как батарейки на основе теллурида кадмия (CdTe), в настоящее время достигли стоимости ватта $1, а стоимость материалов оценивается менее чем в $0,05 на ватт. Это почти не оставляет места для органики. Эффективность имеет огромное значение, и в этой области был достигнут значительный прогресс, особенно при использовании полимеров. При введении фуллеренов в органические солнечные элементы достигается эффективность более чем 6%. Это значительное улучшение, очень интересное.
- А как насчет других приложений органической фотоники, таких как органические лазеры?
Получение органического лазера электрической накачкой является сложной технической задачей, но пока не ясно, решит ли это все важные коммерческие проблемы. Возможно, в области интегрируемой фотоники и зеленых лазеров, которые трудно получить с помощью обычных материалов, и есть потенциал для органических лазеров. В то же время исследование органических лазеров может помочь решить многие вопросы, с которыми сталкивается OLED и PV промышленность, поэтому эти исследования все равно очень важны.
Источник(и):
$11. nanometer.ru
Олена
Светлана
Anna