Эпоха углерода
«В нашем мире после эпох бронзы, железа и кремния наступает эпоха углерода, – считает доктор физ.-мат. наук Валерий Давыдов. – С изучением этого химического элемента я связан пожизненно». Он пришёл в ИФВД РАН по приглашению академика Леонида Верещагина ещё в 1974 году. На его счету исследования фуллерена и композитных материалов, получение наноалмазов с центрами окраски. Последнее было отмечено дипломом Рос-патента как одно из ста лучших изобретений 2019/2020 годов.
23 сентября Валерию Александровичу исполнилось 75 лет.
Отец Валерия Давыдова – фронтовик, офицер, детство ребёнка прошло в переездах по гарнизонам. Сменилось школ пять, пока он не оказался в городке Няндома под Архангельском. «Вспоминаю с большим теплом школу №1 имени Пушкина, – говорит учёный. – Для учителей работа там была служением». Школу оканчивал с золотой медалью, легко поступил на химфак МГУ. «Размышлял, пойти на химфак или на мехмат, и понял, что физическая химия может сочетать оба эти предмета». Попал в группу с математическим уклоном, окончил с отличием вуз в 1970-м, поступил в аспирантуру на кафедру физической химии, в группу масс-спектрометрии профессора Льва Сидорова. А когда пришло время распределения, друзья, которые были аспирантами у Верещагина, подсказали: в ИФВД нужен масс-спектрометрист для работы на новом приборе по определению примесей в полупроводниковых алмазах. «Ирония в том, что к высоким давлениям я пришёл через очень низкие, – улыбается учёный. – Моя кандидатская связана с исследованием паровых состояний различных систем с использованием методов масс-спектрометрии, которая требует высокого вакуума, а тут работали с миллионами атмосфер!»
Давыдов стал м.н.с. лаборатории синтеза новых материалов под руководством Евгения Яковлева, где изучал свойства широкого диапазона углеродных материалов. В частности тех, что получают при высоких давлениях из органики (нафталина, других ароматических углеводородов). В лаборатории были созданы углерод-углеродные композиты, графитоподобные материалы, которые используются в авиакосмической промышленности и в топовом (типа «Формулы-1») автомобилестроении, где нужно сочетание сверхпрочности, лёгкости и тугоплавкости. Их производством Большой пресс загружен и сегодня, а Валерий Давыдов переключился на изучение недавно открытого тогда фуллерена.
Узнав о работах по синтезу из органики, к Давыдову обратились коллеги из Франции. Один из них – выпускник МГУ Вячеслав Агафонов, давний знакомый и соавтор Давыдова. Французы были знакомы с открывателем фуллерена Гарри Крото и получили у него 10–20 мг вещества высокой чистоты. Давыдов обратился к группе Владимира Бланка, где были алмазные прессы, подходящие для таких малых объёмов. «1991–1992 год, мы оказались в числе первых, кто получил этот материал, – вспоминает физик. – У них был фуллерен, у нас было давление, и они обратились к нам. Для меня это стало счастливым событием».
И результат был (он лёг в основу докторской диссертации) – 3D-полимеры фуллерена. Это цепочки C60, двумерные формы (квадратичная и ромбоэдрическая) с вариантами поворота плоскостей на 90 градусов (свойства при этом меняются, это явление, ориентационная политипия, стало одним из открытий), наконец, материал со связями по трём координатам, который оказался настолько твёрдым, что может царапать алмаз.
«Размышляя, чем заниматься дальше, пришёл к проблеме получения алмазов с примесно-вакансионными центрами», –
продолжает Валерий Давыдов. Применений у них два, и оба на пике: биомедицина и квантовые технологии. Нужен алмаз наноразмера (10–100 нм) высокой чистоты и с центрами окраски, полученный без применения металлов-катализаторов, ухудшающих свойства. Был опыт синтеза из органики в камере тороид
(8 ГПа, 1000–1500°С), но получались кристаллы микронных размеров. Также Давыдов и коллеги (Александра Рахманина, Людмила Куликова, Нина Каличкина) пробовали получить алмазы из фторуглеродных соединений. Но получался графит и некие «луковички» наноразмера, которые Давыдов сначала в электронном микроскопе и принял за алмазы. Поняв ошибку, решил попробовать комбинацию двух веществ (точнее, трёх, ещё легирующий элемент). Получилась смесь фракций разного размера, в том числе наноалмазов, которые отделяются на центрифуге. И сейчас научные центры по всему миру запрашивают эти материалы…
Был ли момент эврики? «Из ванны я не выпрыгивал, конечно, – улыбается Валерий Давыдов. – Просто последовательно приходило понимание. Реальная научная работа – это не всегда озарение, это непрерывное размышление и постепенное осознание. На этом пути могут быть и неправильные выводы, и несбывшиеся ожидания, но в итоге всё выстраивается в определённый ряд. Как говорят, ум – хорошо, а работа тоже многое значит».
Владимир МИЛОВИДОВ,
фото автора