Электроника, фотоника и киберфизические системы

НОЦ «КОСМИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ И СЕРВИСЫ» КНИТУ-КАИ – РЕГИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР РАЗРАБОТКИ ТЕХНОЛОГИЙ

2026-11-03T10:34:59+03:00

В статье рассматривается концепция создания и функционирования Научно-образовательного центра «Космические системы и сервисы» (НОЦ «КСиС») на базе Казанского национального исследовательского технического университета им. А.Н. Туполева-КАИ. Описан накопленный университетом опыт проектирования, изготовления и летных испытаний малых космических аппаратов формата CubeSat в рамках федеральных программ. Особое внимание уделено пионерному опыту интеграции волоконно-оптических измерительных систем и радиофотонных технологий в бортовую аппаратуру спутников. Представлены результаты разработки перспективных полезных нагрузок для систем управления воздушным движением и навигации, включая приемники АЗН-В и сверхширокополосные системы связи. Обоснована стратегия перехода к концепции «фотонного борта» как основы для формирования единого бесшовного цифрового неба. Описана инфраструктура и вертикально-интегрированная образовательная модель центра, предназначенная для подготовки кадров для ракетно-космической отрасли.

НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКИЙ СЕМИНАР С МЕЖДУНАРОДНЫМ УЧАСТИЕМ «АКТУАЛЬНЫЕ НАУЧНЫЕ И ПРИКЛАДНЫЕ ЗАДАЧИ В ОБЛАСТИ ФИЛЬТРОМАТЕРИАЛОВ»

2026-11-03T10:34:59+03:00

В данной статье представлены итоги научно-практического семинара с международным участием «Актуальные научные и прикладные задачи в области фильтроматериалов», который прошел в августе 2026 года в Казани. Основное внимание уделено обсуждению актуальных научных и прикладных вопросов создания, модификации и применения фильтроматериалов для очистки воды, воздуха и промышленных сред. В программу семинара вошли 15 устных и стендовых докладов ученых России и Беларуси, слушателями семинара были представители 12 промышленных предприятий и организаций Республики Татарстан. Участники семинара посетили IV Международный форум «РОСТКИ: Россия и Китай – взаимовыгодное сотрудничество», прошедший в МВЦ «Казань-экспо». Мероприятие способствовало обмену опытом, поиску направлений кооперации и выработке предложений по внедрению результатов исследований в промышленность.

ЭНЕРГОНЕЗАВИСИМЫЕ ФИЛЬТРУЮЩИЕ МАТЕРИАЛЫ НА ОСНОВЕ ПОЛИПРОПИЛЕНОВЫХ И ПОЛИЛАКТИДНЫХ СЕТОК

2026-11-03T10:34:59+03:00

Исследован механизм повышения эффективности фильтрации модельных сетчатых структур на основе полимерной пары «полипропилен – полилактид» за счет их контактной взаимной трибополяризации. Модельные сетки изготовлены методом послойного наплавления (FDM-печать) из полипропилена и полилактида с различными красителями. Установлено, что вследствие существенной разницы положения полимеров в трибоэлектрическом ряду при взаимном трении полипропилен заряжается положительно, а полилактид – отрицательно. Оценка фильтрационной способности с использованием порошка тонера показала, что трибополяризация повышает массу улавливаемых микрочастиц в 1,4–2,1 раза по сравнению с неполяризованными сетками за счет появления у сеток электростатического поля. Введение красителей в полилактид интенсифицирует накопление электростатического заряда и увеличивает эффективность фильтрации. Полученные результаты обосновывают перспективность создания гибридных волокнистых фильтроматериалов с эффектом самоподдерживающегося электретного заряда при эксплуатационных деформациях.

ФОТОННЫЕ И ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ МОНИТОРИНГА СОСТОЯНИЯ ФИЛЬТРУЮЩИХ МАТЕРИАЛОВ

2026-11-03T10:35:00+03:00

Рассмотрены современные фотонные и волоконно-оптические технологии мониторинга состояния фильтрующих материалов и фильтрационных систем. Проанализированы методы оптического пропускания и фотометрии, непосредственной визуализации, оптической когерентной томографии, флуоресцентной и рамановской спектроскопии, гиперспектральной визуализации, а также волоконно-оптические датчики на основе полимерных оптических волокон, волоконных брэгговских решеток и интерферометров Фабри–Перо. Особое внимание уделено связи между физическими
и химическими изменениями фильтрующего материала, формируемыми ими оптическими диагностическими признаками и инженерно-значимыми параметрами состояния фильтра, включая проницаемость, перепад давления, степень загрязнения, деформацию и остаточный ресурс. Показано, что наиболее развитая экспериментальная база сформирована для мембранных процессов, тогда как встроенный мониторинг традиционных волокнистых и нетканых фильтрующих материалов остается существенно менее разработанным. Рассмотрены возможности количественной обработки фотонных данных с использованием многомерного анализа и методов машинного обучения. Выделены основные ограничения современных подходов: недостаточная связь оптических признаков с эксплуатационными характеристиками, слабое развитие многоточечного контроля, проблемы калибровки
и перекрестной чувствительности, а также ограниченная длительная валидация. Перспективным направлением определен переход к интеллектуальным фильтрующим материалам со встроенными многопараметрическими фотонными средствами мониторинга и прогнозирования технического состояния.

СКВОЗНАЯ ТЕХНОЛОГИЯ НА ПРИНЦИПАХ МЕТОДА МОЛЕКУЛЯРНОГО НАСЛАИВАНИЯ И НЕКОТОРЫЕ ОБЛАСТИ ЕЕ ПРИМЕНЕНИЯ

2026-11-03T10:58:45+03:00

Статья посвящена краткому рассмотрению метода молекулярного наслаивания (МН) и перспективам его применения для создания твердофазных материалов различного функционального назначения. Приведены принципы метода МН, на базе которых разработана сквозная химическая нанотехнология. Выявленные структурно-размерные эффекты в продуктах, синтезированных указанным методом, лежат в основе химического конструирования новых материалов с заданными свойствами. Рассмотрены в качестве примеров применение метода МН для регулирования свойств мембранных каталитических реакторов, а также при создании полимерных электретных материалов и их использовании в качестве фильтрующих элементов в устройствах для улавливания пыли. Представлены основные направления исследований, развивающиеся в Санкт-Петербургском государственном технологическом институте на кафедре химической нанотехнологии и материалов электронной техники совместно с Первым всероссийским инжиниринговым центром технологии молекулярного наслаивания, по созданию твердофазных материалов различного функционального назначения и оборудования для их получения применительно к различным отраслям промышленности.

МНОГОСЛОЙНЫЙ ЭЛЕКТРЕТНЫЙ ФИЛЬТРУЮЩИЙ МАТЕРИАЛ И КИБЕРФИЗИЧЕСКАЯ СИСТЕМА МОНИТОРИНГА ФИЛЬТРА ДЛЯ ОЧИСТКИ ЖИДКИХ СРЕД ОТ ТВЕРДЫХ ЧАСТИЦ И БИОЗАГРЯЗНЕНИЙ

2026-11-03T11:07:39+03:00

Разработаны многослойные фильтрующие материалы и фильтры на их основе, которые предлагаются для очистки жидких сред. Фильтр представляет собой сложную конструкцию, состоящую из нескольких слоев полимерных и бумажных фильтровальных материалов (сеток, нетканых полотен, мембран, листов с перфорацией и т.п.), обеспечивающих высокую механическую фильтрацию. Часть полимерных слоев находится в электретном состоянии, что способствует задержке загрязняющих частиц, включая наночастицы, за счет электростатического притяжения. Дополнительно электретные слои обладают антибактериальными свойствами, что актуально для предотвращения микробного загрязнения фильтруемых жидкостей. Фильтрующий материал и фильтр на его основе обладают высокой эффективностью, долговечностью и могут применяться в химической, пищевой и фармацевтической промышленности. Обоснована возможность перехода от пассивного фильтра к интеллектуальной фильтрующей системе, функционирующей как киберфизический объект. Киберфизическая архитектура системы должна включать фильтрующий элемент, сенсорный слой, систему сбора и передачи данных, алгоритм обработки измерений и модуль принятия решения о регенерации или замене фильтра. В качестве основных диагностических параметров могут быть определены перепад давления, расход фильтруемой среды, время фильтрации заданного объема и параметры электретного состояния (потенциал поверхности, эффективная поверхностная плотность заряда и/или напряженность электрического поля электрета). Непосредственными индикаторами деградации фильтрационных свойств являются рост перепада давления, снижение расхода при постоянном перепаде давления, увеличение времени фильтрации и уменьшение электретного заряда, сопровождающееся снижением эффективности удержания мелкодисперсных частиц.

ПРИМЕНЕНИЕ КОРОННОГО РАЗРЯДА ДЛЯ МОДИФИКАЦИИ ПОЛИМЕРНЫХ МЕМБРАН ДЛЯ РАЗДЕЛЕНИЯ ЭМУЛЬСИЙ

2026-11-03T14:40:02+03:00

Рассмотрена возможность повышения эффективности разделения стойких эмульсий углеводородов путём электрофизической модификации полимерных мембран плазмой коронного разряда. Объекты исследования — мембраны из полисульфонамида, полиакрилонитрила, полиамида и ацетата целлюлозы, обработанные коронным разрядом в воздухе при напряжении 5–35 кВ в течение 1–5 мин. Методами ИК-Фурье-спектроскопии и измерения краевого угла смачивания показано, что обработка приводит к росту гидрофильности поверхности за счёт образования полярных ОН- и С–О-групп и к существенному повышению эффективности разделения эмульсий: для ацетата целлюлозы — с 80,0 % до 99,3 %, для полиамида — с 75,2 % до 94,7 %. Сделан вывод о перспективности электрофизической модификации коронным разрядом для повышения устойчивости полимерных мембран к замасливанию при очистке сточных вод от эмульгированных углеводородов.

РАЗРАБОТКА ФОТОАКТИВНЫХ НАНОПОКРЫТИЙ НА ОСНОВЕ ЛЕГИРОВАННОГО ДИОКСИДА ТИТАНА, ПОЛУЧЕННЫХ МЕТОДОМ АТОМНО-СЛОЕВОГО ОСАЖДЕНИЯ, С ФОТОКАТАЛИТИЧЕСКОЙ АКТИВАЦИЕЙ В ВИДИМОЙ ОБЛАСТИ СПЕКТРА ДЛЯ ОЧИСТКИ ВОДЫ И ВОЗДУХА

2026-11-03T15:51:30+03:00

В работе представлены результаты разработки и применения фотоактивных нанопокрытий на основе легированного диоксида титана, полученных методом атомно-слоевого осаждения (АСО), ключевой особенностью которых является фотокаталитическая активация в видимой области спектра. Легирование TiO₂ ванадием и молибденом обеспечивает целенаправленное изменение электронной структуры материала: формирование примесных энергетических уровней в запрещённой зоне, сужение эффективной ширины запрещённой зоны до 2.4–2.8 эВ и сдвиг края оптического поглощения в видимый диапазон. Благодаря этому покрытия Ti_xV_yO_z и Ti_xMo_yO_z проявляют высокую фотокаталитическую активность при облучении видимым светом (λ > 420 нм), а не только в УФ-области. Показано, что при облучении видимым светом степень разложения индигокармина на покрытиях Ti_xV_yO_z достигает 78% за 4 ч, тогда как для нелегированного TiO₂ она не превышает 5–7%. Фотокаталитическая очистка воды сопровождается снижением ХПК до 0 мг О₂/дм³ (100%) и обеспечивает до 100% уничтожение патогенных штаммов E. coli и S. aureus. Впервые методом АСО синтезированы наноплёнки Ti_xMo_yO_z с использованием новой комбинации реагентов (TiCl₄, MoO₂Cl₂, H₂O), подтверждена их фотокаталитическая активность в видимой области спектра. Покрытия химически стабильны и безопасны: миграция компонентов в воду не обнаружена. Разработанные фотоактивные нанопокрытия с управляемыми оптическими свойствами перспективны для создания систем очистки воды и воздуха, функционирующих под действием естественного солнечного света.