О специальности
«Технология электрохимических процессов»
В наш век электричества и химии особое место занимает электрохимия, объединяющая “электрические” и “химические” науки и технологии. Электрохимия, электрохимические процессы и технологии используются настолько широко во всех отраслях промышленности, что без них невозможно ни существование, ни дальнейшее развитие цивилизации.
Среди многообразных направлений прикладной электрохимии особое место занимают гальванические процессы и производства. Электроосаждение покрытий металлами и сплавами, которые, защищая самые разные изделия от коррозии, позволяют в десятки и сотни раз увеличить срок их службы в машиностроении, авиа-, ракето- и судостроении, в энергетике и приборостроении, в радиотехнике, электронике и микроэлектронике, в сантехнике, медицинской, мебельной, ювелирной, пищевой и других отраслях промышленности.
Такие, осажденные из электролитов, металлические (электролитические, гальванические) покрытия могут одновременно выполнять и другие, самые разнообразные функции: например, придать изделиям красивый декоративный вид, магнитные свойства, повысить твердость, износостойкость, жаростойкость, электропроводность, (в том числе сделать электропроводными неэлектропроводные детали из полимеров, керамики), придать паяемость изделиям из металлов, которые не паяются (алюминий, титан и сплавы на их основе), восстановить изношенные детали машин и механизмов, придать поверхности изделий из металлов и неметаллов свойства абсолютно черного тела или зеркала.
Сердцевина изделий в приборостроении, электронике и микроэлектронике электрические схемы, которые создаются методом электроосаждения металлов и сплавов. Выпуск всей современной радиотехнической и электронной аппаратуры, начиная с бытовой техники и кончая сложнейшими приборами современной техники, не может быть осуществлен без специальных методов – функциональной гальванотехники и электрохимии полупроводников. На их использовании основано современное производство интегральных микросхем, чипов и микрочипов, печатных плат и магнитных накопителей информации ЭВМ.
Гальванические покрытия сегодня везде: от сантехники в кухне и ванной комнаты до искусственных спутников земли и космических станций, от запонок до блоков памяти электронной техники.
Будущее за электрохимическими нанотехнологиями, за покрытиями металлами и сплавами, в том числе содержащими нанодисперсные частицы второй фазы, за покрытиями, состоящими из слоев различных металлов толщиной в тысячные доли микрона, за нанокомпозиционными электрохимическими покрытиями. Все эти покрытия позволяют придать покрываемым изделиям совершенно новые уникальные свойства, которые другими методами получить невозможно.
Современный человек на каждом шагу сталкивается со свидетельствами могущества электрохимии:
- она лежит в основе науки о коррозии и технологий борьбы с коррозионными потерями; широчайшее применение получили электрохимические методы защиты от коррозии различных видов аппаратуры, сооружений и машин, работающих в агрессивных средах, подземных газо- и нефтепроводов, химической аппаратуры, корпусов судов, автомобилей и т.д. Для этого используются методы катодной, анодной и протекторной защиты;
-химические источники тока – обширный раздел электрохимии, посвященный вопросам разработки различных систем гальванических элементов, батареек, аккумуляторов, топливных элементов, электрохимических генераторов, а также технологии их изготовления. Назначение их крайне разнообразно – от жизнеобеспечения космических станций, питания двигателей подводных лодок и радиоаппаратуры, до питания наручных часов, фотоаппаратов, мобильных телефонов, видеотехники и т.д. и вживления в тело человека для стимулирования его сердечной деятельности. Исследование и разработка топливных элементов для автомобильной промышленности, для космических объектов и других объектов современной и будущей техники – важнейшие задачи электрохимической науки и технологии;
-практически все цветные металлы, ежегодное производство которых составляет около 30 млн. тонн, получаются, а затем очищаются до высокой степени чистоты электрохимическим путем. Можно назвать такие металлы, как алюминий, медь, никель, свинец, цинк, кадмий, магний, натрий, калий и другие редкие металлы и сплавы. Здесь же получение фольги и порошков цветных и черных металлов;
-хемотроника – новая область применения электрохимии, связанная с созданием электрохимических преобразователей информации.
-большие перспективы у метода так называемой электрохимической размерной обработки деталей (ЭРХО). Интенсивно внедряется в практику электрохимическое фрезерование и сверление, полирование и травление, изготовление деталей сложной формы. Такими способами производства (в первую очередь авиационной и космической технике) будет изготавливаться от 50 до 80% деталей;
-научно обоснованные электрохимические технологии широко применяются для решения экологических проблем, в частности, очистки сточных вод самых различных производств (химических, гальванических, лакокрасочных, нефтяных, биотехнологических), регенерации электролитов, извлечения металлов из промывных вод и отходов производства;
-электрохимический метод лежит в основе технологии обессоливания воды, значительная часть физико-химических методов исследований и анализов зиждется на электрохимических принципах;
-электрохимический синтез простых и сложных неорганических соединений хорошо известен и широко применяется в химической промышленности. Без электролиза невозможно получать водород и кислород высокой степени чистоты, производить хлор, фтор, щелочи различные окислители и восстановители (хлораты, перхлораты, перманганат калия, диоксид марганца, дитионит натрия). Электрохимически синтезируют и многие органические и элементоорганические соединения, которые используют в дальнейшем для получения различных полимерных материалов, витаминов, лекарственных препаратов, косметических средств;
-тончайшие, деликатнейшие процессы в живых организмах – в клетках, мембранах, нервных волокнах и нейронах – это тоже электрохимия. Имплантированные топливные элементы, в которых используются составляющие ультрафильтрата крови, представляют собой постоянные источники энергии для вспомогательных приборов, контролирующих состояние здоровья пациента. Перспективным является биологический топливный элемент, обеспечивающий работу протеза сердца. В будущем приобретет особое значение электролизный способ удаления из организма человека мочевины путем ее окисления в почечной диализной системе. Такой проект приблизит создание действительно портативного аппарата искусственной почки.
Несмотря на солидный возраст, электрохимия относится к числу наук, переживающих бурное развитие с огромными перспективами на будущее. По прогнозам ряда ведущих ученых роль электрохимии в мировой промышленности будет стремительно возрастать. Считают, что по мере истощения запасов природного топлива человечество вступит в атомно-электрохимическую эру. Электроэнергия, вырабатываемая атомными электростанциями, будет использоваться для генерации водорода электролизом воды, водород заменит природный газ и будет применяться в водородно-кислородных электрохимических генераторах – сегодня эти технологии будущего определяют общим понятием «водородная энергетика». Будут реализованы на практике процессы электролиза воды в фотоэлектрохимических системах, преобразующих солнечную энергию в электрическую.
Такой широкий круг использования электрохимических методов в практике значительно облегчает трудоустройство инженеров-электрохимиков, которые могут найти работу практически на любом заводе, частном или государственном предприятии, научно-исследовательских и проектных институтах любого города России и за рубежом.
Специалисты, окончившие университеты по специальности “Технология электрохимических процессов”, работают в самых разнообразных областях науки и техники, получая достойную зарплату. Это могут быть предприятия машиностроительного, авиационного и химического профиля, радиоэлектронных отраслей промышленности, металлургические, пищевые, фармацевтические, нефтяные, газовые и многие другие производства. Такой широкий спектр деятельности выпускников данной специальности связан с большими возможностями электрохимических методов в реализации различных технологических процессов.
В настоящее время специальности “Технология электрохимических процессов” обучают на 13-ти специализированных кафедрах в университетах Москвы, Санкт-Петербурга, Нижнего Новгорода, Казани, Кирова, Пензы, Екатеринбурга, Новомосковска, Иванова, Энгельса, Новочеркасска, Новосибирска, Ангарска (информацию о кафедрах можно найти в соответствующих разделах сайта).
См. также:
Лекционный курс «Введение в электрохимические технологии», профессор Андреев И.Н.
