За нанотехнологиями – будущее

Продолжаем рассказ о победителях конкурса студенческих НИР

Любая развитая технология неотличима от волшебства.
Артур Кларк

Термин «нанотехнология» официально возник в 1974 году и расшифровывался как «совокупность процессов обработки, разделения, консолидации и деформации материалов одним атомом или одной молекулой». Но о необычных свойствах наночастиц различных веществ знали еще в Древнем Риме, поэтому данная область знания не так нова, как кажется…

Наноматериалы, продукты нанотехнологий – то, что по сложности превосходит молекулы и атомы. Внедрение их в современную жизнь – существенный скачок в науке.

В нашем университете ведется активная работа по изучению наноматериалов и наночастиц, некоторые из исследований не раз удостаивались грантов. И это неудивительно, ведь данное направление актуально и перспективно. О нем и о молодых ученых – грантообладателях, занимающихся исследованием наноматериалов, пойдет речь в данной статье.

Никита Карасев (гр.2/117) и Евгения Козлова (гр.2/128) – магистранты последнего года обучения, лауреаты конкурса грантов в области наноматериалов. Их работы получили высокую оценку экспертной комиссии в силу высокой значимости каждого из исследований.

Исследовательские работы Никиты – «Полимерные нанокомпозиты на основе слоистых алюмосиликатов» и «Получение функциональных слоистых 2D-наноматериалов на основе минеральных темплатов интеркаляцией крупноразмерных полигидроксокомплексов d- и f- элементов». Мы попросили его рассказать о сути своих исследований, их значимости и перспективах применения.

– В основе моего первого исследования лежит изучение полимерных нанокомпозитов – многокомпонентных материалов, состоящих из пластичной полимерной основы (матрицы) и наполнителя – глинистых минералов, модифицированных особым образом, в частности, путем интеркаляции (от лат. Intercalatio – вставка, добавка) синтезируемых полигидроксокомплексов металлов в межслоевое пространство алюмосиликата. Такая модификация позволяет улучшить термическую стабильность, огнестойкость и механические свойства полимеров. Достигается это благодаря объединению свойств органического (легкость, гибкость, пластичность) и неорганического (прочность, теплостойкость, химическая устойчивость) материалов. Полимерные композиты на основе слоистых алюмосиликатов находят применение в промышленности, в основном, в виде пленок: в качестве защитного слоя шлихты в текстильном производстве, барьерного слоя в бутылках из полиэтилентерефталата, водорастворимых покрытий в процессе изготовления упаковочных материалов и др.

Второе исследование направлено на разработку интеркаляционных методов получения 2D- и 3D-наноструктур на основе минеральных (алюмосиликаты) и биологических (целлюлозные волокна) матриц с использованием «гигантских» гидроксокомплексов металлов. Благодаря предложенным нами процедурам синтеза, получаемые наноструктуры приобретают новую функциональность: могут выступать в качестве эффективных сорбентов, молекулярных сит, носителей катализаторов, фотокатализаторов, суперионных проводников, термоионных эмиттеров, сегнетоэлектриков и др.

«Тот, кто хочет видеть результаты своего труда немедленно, должен идти в сапожники» - это высказывание А. Эйнштейна - жизненный девиз Никиты. В ИГХТУ на специальность «Химическая технология тугоплавких неметаллических и силикатных материалов» он поступал целенаправленно, так как стать химтеховцем его обязывала уже сложившаяся семейная традиция (и мама, и сестра окончили наш вуз). Заниматься исследованиями он начал с 3 курса по предложению М.Ф. Бутмана. Лабораторные эксперименты увлекли Никиту, с самого начала он был настроен на результат. Как рассказывает Никита, это связано с его воспитанием: «С детства родители не переставали повторять, что нет ничего невозможного, что всё зависит только меня. Я начинаю любую работу со слов «настрой на победу - это уже полпобеды», а возникающие сложности подстёгивают работать еще больше».

Научные исследования Никиты Карасева современны. К его теме на региональных, всероссийских и международных конференциях, на которых он успел побывать, проявляется большой интерес. Он – соавтор нескольких статей, опубликованных в престижном научном журнале «Российские нанотехнологии» и этим, как сам признался, очень гордится. После окончания магистратуры, Никита планирует поступить в аспирантуру, продолжив исследования под руководством М.Ф. Бутмана, и в дальнейшем, конечно же, защитить кандидатскую диссертацию.

Научная работа Жени Козловой - «Получение наночастиц серебра и их использование при разработке полимерных упаковочных материалов для продовольственных целей». «В основе моего исследования, - рассказывает она, - лежит нанотехнология – получение наночастиц серебра, которые способны продлевать сроки хранения продуктов, защищать их от негативных факторов внешней среды, снижать скорость микробиологической порчи, методом «зеленой» химии. Получение в водных растворах наночастиц серебра происходит путем восстановления нитрата серебра «зелеными» реагентами в отсутствии какого-либо дополнительного стабилизатора и внедрения полученных частиц на целлюлозную матрицу. «Зелеными» реагентами в нашем исследовании являются глюкоза и фруктоза. В качестве источника фруктозы выступает инулин, который содержится в клубнях топинамбура. Также в получении наночастиц используются экстракты зеленого и черного чая. В качестве материалов для нанесения наночастиц серебра нами были использованы целлюлоза и целлофан. Итогом исследовательской работы стало выявление и доказательство того, что полимерные материалы с наночастицами серебра, нанесенными с помощью ультразвука, являются самыми безопасными и могут быть использованы при изготовлении упаковок для пищевых продуктов. По данной научной работе опубликованы 4 статьи, 8 тезисов, сделано 2 стендовых и 2 устных доклада, направлены 2 заявки на получение патента».

Методы «зеленой» химии Женя исследует под руководством Т.Е. Никифоровой, которая стала для нее, как признается сама студентка, «второй мамой». Именно Татьяна Евгеньевна оказала большое влияние на выбор направления научной деятельности Евгении, они с первого дня занятий нашли общий язык. К тому же Женя стала свидетелем карьерного роста своего руководителя - получения звания доктора химических наук, и это событие стало для нее огромной мотивацией в работе. Научными исследованиями Женя занимается с 4 курса. «Меня всегда интересовали открытия, хотелось создать что-то своими руками, надеясь, что это пригодится в будущем», - рассказывает она. Получившимися результатами Женя довольна, ее мечта - сделать что-то полезное для науки - сбылась. Она достойно заканчивает обучение в этом году и планирует в дальнейшем работать на производстве по специальности.

Т. Щапова, спецкор. «Химика»