ВВЕДЕНИЕ
Пленки оксида титана играют ключевую роль в ряде электронных устройств, таких как
мемристоры, фотовольтаические ячейки, накопители энергии, прозрачные электроды, газовые
сенсоры и так далее []. Имеются работы по исследованию фотоэлектрохимического преобразования солнечной
энергии с использованием диоксида титана . На основе оксида титана возможно создание фотокатализаторов для очистки воды и
воздуха, так как согласно [], на поверхности TiO2 практически любые органические соединения могут быть окислены до CO2 и H2O. Вопросы очистки воздуха и воды, а также возможного применения диоксида титана в
безртутных УФ-источниках рассматривали в [].
Диоксид титана относится к семейству оксидов переходных металлов. Широко известны
три природные полиморфные модификации диоксида титана: анатаз, рутил и брукит []. Для фотокатализа, сенсорики, солнечной энергетики, прозрачной электроники, самоочищающихся
покрытий требуются пленки с определенными свойствами. Например, TiO2 в форме брукита находит широкое применение в электрохимических электродах, конденсаторах
и солнечных батареях []. Кристаллическая модификация анатаза наиболее активно применяется в качестве фотокатализаторов
[].
Не только коронавирус, не только серебро
В ходе испытаний покрытие тестировали также на борьбу с кишечной палочкой и тоже получили впечатляющий результат: 98% живых бактерий от соприкосновения с покрытием погибли, рассказал Александр Гойхман. Это открывает возможность использовать технологию для защиты от других инфекционных агентов, распространяющихся воздушно-капельным путем.
Серебро ученые брали для своих разработок как самый дешевый из благородных металлов, исходя из соотношения эффективности и стоимости. Но они уверены, что и золото, и платина, и даже медь обладают аналогичными свойствами. Более того, известно, что другие научные группы разрабатывают бактерицидные и противовирусные материалы на основе меди, но эффективность их ниже.
Напылением серебряного нанопокрытия на ткань ученые ограничиваться не планируют, они готовят целую линейку противовирусных продуктов, которая включает в себя бумажные и пластиковые салфетки, вкладки в воздушные фильтры для автомобилей разных марок для обеззараживания салона.
Маска с чипом
В самом начале пандемии технологический предприниматель Павел Некрашевич, руководитель компании Applied Encapsulation Technologies LLC, взялся разработать систему ранней диагностики COVID-19. Она состояла из двух компонентов. Первый — чувствительный чип размером сантиметр на два: на полимерную пленку наносятся химически чувствительные к вирусу и частям вируса вещества. Этот чип крепится изнутри медицинской маски. Второй компонент — считывающее устройство, спектрофотометр (его можно собрать из имеющихся на рынке комплектующих) и собственное программное обеспечение.
Руководитель компании Applied Encapsulation Technologies LLC Павел Некрашевич
ibmst.spbstu.ru
На диагностирование COVID-19 системе требовалось 30 секунд, но в дальнейшем разработчики планировали сократить это время до нескольких секунд. Тогда система могла бы отсеивать предположительно зараженных на транспортных магистралях в других общественных местах.
«К осени первого года пандемии мы разработали два прототипа системы. Один работал с любыми вирусными агентами. Второй исключительно с шипом SARS-CoV-2, так как информация о геноме вируса появилась в научной литературе не сразу. Обе системы были доведены до стадии минимально работающего устройства. Это примерно половина пути к готовому изделию, — рассказал Павел Некрашевич и уточнил, что в инициативную разработку было вложено 1,2 миллиона рублей, а недостающие для завершения работы полмиллиона разработчики пытались собрать путем краудфандинга, но сделать это не удалось.
По словам Павла Некрашевича, что с самого начала работы проект был встречен в штыки. «Мы получили 99,9 процента критики. Нас обвиняли в попытке хайпануть», — говорит он. К слову, такие же упреки получали и калининградские ученые. Другим барьером к продвижению идеи стало то, что разработчики не предусмотрели разработку понятной математической модели, которая показывала бы, на сколько можно снизить распространение нового коронавируса. Это не получилось, в частности, из-за отсутствия финансовой возможности оплатить использование баз данных по пассажиропотокам.
Но самое узкое место разработки — невозможность сделать так, чтобы люди носили именно маски с чипом. Произвести нужное количество масок можно, но без сотрудничества с властями или транспортными компаниями такую задачу решить нельзя. А им неинтересно говорить о прототипе, им нужно понимать результативность внедрения технологии. И проект отложили.
По прошествии полутора лет с начала пандемии Павел Некрашевич задумался о том, чтобы реанимировать разработку, так как, с одной стороны, отслеживая научную литературу, он не увидел, что кто-либо уже решил задачу экспресс-диагностики, то есть разработка не утратила актуальность. С другой стороны, его зацепили высказывания главного врача московской городской больницы № 40 Дениса Проценко о том, что остановить пандемию может помочь ранняя диагностика.
Внедрение этой разработки составило бы альтернативу ПЦР-тестам и QR-кодам, с той лишь разницей, что сейчас между диагностической процедурой и предъявлением QR-кода в общественном месте может пройти несколько дней, в течение которых мог произойти контакт с зараженными. По стоимости применение системы QR-кодов обходится обычному пользователю в полтора-два раза дороже.
МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА
Пленки оксида титана получали высокочастотным магнетронным распылением мишени титана
ВТ1-0 в среде аргона с кислородом на модернизированной установке УРМ 3.279.029. Выбор
установки был обусловлен размещением на одном уровне двух смотровых окон, технологического
окна и системы вращения держателей подложек. В одно из смотровых окон камеры, так
чтобы центр плоскости распыляемой мишени совпадал с внутренней поверхностью камеры,
был установлен планарный магнетрон. В противоположном смотровом окне камеры размещали
пучковый источник ионов “Радикал М-100”. Напуск рабочей газовой смеси (Ar + O2) проводили через ионный источник. Источники типа “Радикал” формируют не моноэнергетический
пучок, средняя энергия ионов в котором составляет 25–50% от энергии, соответствующей
напряжению разряда []. Для данного источника в зоне обработки диаметром 90 мм неравномерность травления
составляет ±5%. Согласно [] при напряжении разряда 1–3 кВ средняя энергия ионов составляет 300–500 эВ, что обеспечивает
обработку большинства материалов без радиационных повреждений и аморфизации поверхности.
Перед осаждением проводили ионную очистку подложек в рабочей смеси при давлении 0.1
Па, напряжении ионного источника 1.5 кВ и токе разряда 100 мА. Предельный вакуум составлял
1 × × 10–3 Па. Давление газовой смеси при напылении пленок поддерживали 0.42 Па, мощность высокочастотного
магнетронного разряда 520 Вт, температура подложек 100, 150, 200, 250 и 300°С. В качестве
подложек использовали кварц, ситалл, стекло и пластины NaCl, отколотые от объемного
кристалла.
Предварительные исследования влияния газовой среды на прозрачность пленок оксида титана
показали, что оптимальным составом рабочей смеси для их получения является газовая
среда с содержанием кислорода 7 об. %. При большем содержании O2 скорость напыления сильно падала, а при меньшем осажденные пленки становились непрозрачными.
С целью выявления влияния ионно-лучевой обработки на структуру и свойства пленок оксида
титана были получены образцы при 300°C и токе ионного источника 10, 20, 30, 40 и 50
мА. Для данных значений тока разряда источника ионов плотность тока j составляла 5–70 мкА/см2 (соответственно 5, 20, 35, 50 и 70 мкА/см2). В этом случае в процессе осаждения подложки поочередно проходили область распыления
мишени и область воздействия ионного источника. Среднее увеличение толщины пленки
TiO2 за один проход без ионно-лучевой обработки составило ~7.2 Å. Ионная обработка может
приводить к изменению энергии адатомов на подложке и растущей пленке, а также к частичному
стравливанию растущей пленки, поэтому при плотностях тока 5 и 20 мкА/см2 увеличивается скорость роста пленок до 8.0 Å на обработку, а при плотностях тока
35–70 мкА/см2 скорость роста пленок уменьшается до 6.5 Å на обработку.
Структурные исследования пленок оксида титана проводили с использованием рентгеновского
дифрактометра ДРОН-3.0 (излучение FeKα) в диапазоне брэгговских углов 25°–90° с шагом 0.1° и временем набора импульсов в
одном положении 40 с. Средние размеры областей когерентного рассеяния (ОКР) оценивали
по формуле Селякова–Шеррера []. Для измерения толщины использовали микроинтерферометр МИИ-4.
Оптические свойства образцов исследовали на спектрофотометре СФ-56 в интервале длин
волн 190–1100 нм. По методикам была определена дисперсия показателей преломления пленок. Сначала по огибающим были
определены показатели преломления n и поглощения k, затем найденные значения были аппроксимированы функциями Коши n(λ) и k(λ). По максимумам и минимумам спектров пропускания определили толщину пленок. Полученные
значения подставили в уравнения для коэффициента пропускания системы пленка–подложка
и скорректировали так, чтобы рассчитанные и экспериментальные спектры пропускания
отличались менее, чем на 5%. Вычисляли функцию невязки:
T measT theoridnii
B2B-БРАТСТВО
Поэтому была выбрана другая стратегия — ставка на «B2B-братство». Сергей Ручьев считает наиболее адекватной стратегией для развития проекта партнерские отношения со многими венчурными фондами, институтами развития, государственно-частными партнерствами, которые имеют опыт доведения разработок до стадии проектов. Он видит элемент престижа в том, чтобы в топовых местах — в гостиницах, ресторанах — использовались продукты с серебряным нанопокрытием. «Мы делаем ставку на качественный продукт. Проведем промоакции и доведем информацию о нашем продукте до потенциального потребителя. Дадим попробовать, протестировать. А дальше включится сарафанное радио. То, что это медленная штука, только кажется, — уверен Сергей Ручьев. — Скорость такой волны обгоняет потом все насильственные способы распространения рекламы, когда человеку втюхивают что-то непонятного качества, ненужное ему и идет негативная обратная связь на эти продукты. Как бы красиво продукт ни был упакован рекламными методами, в конечном счете потребитель все равно узнает, хорош ли он».
«Мы провели более двух десятков встреч с потенциальными бизнес-партнерами с целью найти инвесторов для расширения производства масок, пока не увидели встречный интерес в лице Сергея Ручьева, основателя платформы “Умная страна” и советника председателя совета директоров Физтех-парка»
Применяя стратегию B2B-продвижения, важно, отмечает наш собеседник, не сломаться на этапе получения пользовательского одобрения. Перед его глазами за время пандемии прошло много примеров компаний, которые предлагали качественный востребованный продукт и не выдержали подобного «шторма»
«В компанию, которая не зацепилась, не пошла в рост, никто вкладывать не будет. Взлетел — молодец, если не взлетел, то, значит, все», — говорит Сергей Ручьев.
Сейчас маска с нанопокрытием из серебра обойдется в 300 рублей, но при масштабировании производства цена будет снижаться. Маску можно носить неделю и даже стирать, но при каждой стирке эффективность падает на 20%
https://stimul.online/articles/innovatsii/v-serebryanoy-maske-i-kovid-ne-strashen-/
