Учёные Института химии и экологии Вятского государственного университета в рамках стратегического технологического проекта «Материалы и технологии электрохимической энергетики» (планируемого на 2025–2036 годы) создали первый в университете прототип нагревательного оптического микроскопа. Этот прибор предназначен для подробного изучения температурных характеристик разнообразных материалов — от стеклосоставов до керамики и композитов. Разработка полностью функциональна и соответствует техническому заданию заказчика, а её возможности уже оценили специалисты профильного института в Санкт‑Петербурге 😊.
Почему это важно для региона и науки
Киров и Кировская область традиционно развивают научно‑образовательную и промышленную инфраструктуру. Появление собственных отечественных научных приборов, разработанных в одном из крупнейших вузов региона, делает ВятГУ не только центром подготовки специалистов, но и участником прикладных исследований, востребованных предприятиями и научными организациями. Новая разработка позволяет сократить зависимость от зарубежного оборудования и адаптировать решения под конкретные потребности исследователей и производителей.
Конструкция и ключевые характеристики прибора
Нагревательный микроскоп состоит из нескольких основных узлов:
- оптической системы (камеры), фиксирующей образец внутри высокотемпературной камеры;
- осветительного устройства для получения контрастного изображения;
- нагревательной камеры, обеспечивающей рабочие температуры до 1400°C;
- системы управления и специализированного программного обеспечения, собирающего и обрабатывающего данные.
Прибор фиксирует изображение и соответствующую температуру образца два раза в секунду. Такое частое получение кадров позволяет динамически отслеживать изменения геометрических параметров образца при нагреве — например, постепенное размягчение, деформацию или усадку. Программа объединяет изображение и температурную информацию в единый медиафайл для дальнейшего анализа и обработки.
Как проходит эксперимент
Исследование начинается с загрузки образца в высокотемпературную камеру. Затем задаётся термическая программа: диапазон температур, скорости нагрева/охлаждения, возможные изотермы и т. п. На протяжении всего эксперимента изображение образца отображается на мониторе, что позволяет исследователю в реальном времени отслеживать происходящие изменения. Данные сохраняются и интегрируются в медиафайл, пригодный для последующего детального анализа.
Практические применения микроскопа
Устройство имеет широкий круг потенциальных применений в химии, материаловедении, металлургии, геологии и смежных областях. Конкретные примеры использования, отмеченные разработчиками:
- изучение температуры размягчения стеклогерметиков и других стеклосодержащих материалов;
- исследования усадки и изменения структуры керамики при обжиге и высокотемпературных процессах;
- оценка термической стабильности и поведения полимерных композиций в повышенных температурах;
- наблюдение за динамическими изменениями геометрии и микроструктуры при контролируемом нагреве.
Как подчёркнул младший научный сотрудник центра компетенций «Полимерные материалы» ВятГУ Владимир Воротников, прибор предоставляет возможность изучать поведение объектов при температурах до 1400°C и позволяет фиксировать кадры с привязкой к температуре два раза в секунду, что обеспечивает детальную динамическую картину происходящих процессов.
Международная и межрегиональная кооперация
Прототип нагревательного микроскопа был отправлен в филиал Петербургского института ядерной физики им. Б.П. Константинова — Институт химии силикатов им. И.В. Гребенщикова (филиал НИЦ «Курчатовский институт»‑ПИЯФ‑ИХС). Там специалисты провели пусконаладочные работы и приняли опытный образец для дальнейшей эксплуатации. Наталья Тюрнина, кандидат химических наук и заместитель директора науки филиала НИЦ «Курчатовский институт»‑ПИЯФ‑ИХС, отметила, что они рады быть одними из первых пользователей этого отечественного оборудования, которое позволит расширить знания о стеклообразующих системах в широком температурном диапазоне.
Развитие направления во ВятГУ
Специалисты Вятского государственного университета уже приступили к сборке второго экземпляра нагревательного микроскопа, который будет использоваться для решения актуальных исследовательских задач непосредственно в университете. Это важный шаг — не только получение научного инструмента, но и формирование собственной компетенции в проектировании и изготовлении исследовательского оборудования.
Работа по созданию такого приборa ведётся в рамках стратегического технологического проекта «Материалы и технологии электрохимической энергетики», который запланирован на 2025–2036 годы. Проект предполагает комплексное развитие исследований и внедрения технологий, связанных с материалами и электрохимической энергетикой. Наличие собственного оборудования расширяет возможности университета в реализации научных задач и подготовки специалистов, способных выполнять прикладные исследования на современном уровне.
Значение для промышленности и прикладных исследований
В условиях ограниченной доступности некоторых типов аналогичных устройств на российском рынке отечественные разработки приобретают особую ценность. Как отметил инженер центра компетенций «Полимерные материалы» ВятГУ Марк Бобро, для специалистов в области химии и технологии стекла критически важен процесс изменения вязкости материала при высоких температурах. С помощью микроскопа исследователи могут сравнивать состояние стекла при разных температурах и наблюдать, как разработанные композиции ведут себя в определённых температурных режимах. Это важно для контроля качества, оптимизации рецептур и разработки новых материалов.
Наличие в регионе лабораторий и приборов подобного класса создаёт дополнительные возможности для взаимодействия университета с предприятиями Кировской области: совместные исследования, тестирование материалов, разработка технологических решений, повышение квалификации инженеров и технологов.
Программа сбора и обработки данных
Программное обеспечение, разработанное вместе с прибором, обеспечивает не только автоматический сбор изображений и температурных данных, но и их синхронизацию, архивацию и формирование медиафайлов для аналитики. Формирование единого файла с привязкой к температуре упрощает последующую обработку: анализ изменений геометрии, вычисление скоростей усадки, оценка моментов размягчения и др. Такие данные необходимы для разработки материалов с контролируемыми свойствами, для подготовки технологических карт и для научных публикаций.
Обучение и кадровый потенциал
Разработка и внедрение собственного оборудования дают важный эффект для образовательного процесса: студенты и аспиранты получают доступ к современным инструментам исследования и могут участвовать в проектах, связанных с разработкой приборов, проведением экспериментов и обработкой данных. Это способствует повышению практической подготовки будущих инженеров, химиков, материаловедов и технологов, востребованных на местных и федеральных предприятиях.
Дальнейшие планы и перспективы
Пока что создан первый полностью функциональный прототип, и ведётся сборка второго экземпляра для использования внутри университета. Дальнейшие шаги будут включать эксплуатацию приборов в научных исследованиях, отладку программного обеспечения и, возможно, адаптацию конструкции под специфические задачи разных научных групп. ВятГУ ориентируется на ведущие мировые бренды при разработке и старается предложить решения, адаптированные к потребностям отечественных учреждений и предприятий.
Создание и внедрение отечественного нагревательного микроскопа — пример того, как региональный вуз может развивать научно‑технические компетенции и вносить вклад в решения практических задач в науке и промышленности. Это фактор укрепления научной и технологической базы Кировской области и возможность для усиления связи академической науки с реальным сектором экономики.
Вывод
Проект ВятГУ по созданию нагревательного оптического микроскопа демонстрирует устойчивую работу в направлении развития материаловедения и прикладных исследований в регионе. Прибор, способный исследовать поведение материалов при температурах до 1400°C с частотой съёмки два кадра в секунду и с привязкой к температуре, уже прошёл пусконаладочные испытания в профильном институте и готов к использованию в научных задачах. Это шаг вперёд для университета, для науки в Кировской области и для российских исследовательских площадок в целом 👍.
Если вы интересуетесь развитием науки в Кирове, новыми лабораторными разработками ВятГУ или возможностями сотрудничества для промышленности и исследователей — следите за материалами Института химии и экологии ВятГУ и новостями проекта «Материалы и технологии электрохимической энергетики».