Новые материалы

Создание новых материалов определяет прогресс человеческой цивилизации на протяжении многих тысячелетий. Вся история человечества связана с разработкой и открытием новых материалов: каменный век, бронзовый век, железный век, век полимеров и наноматериалов. Но только с развитием фундаментальных наук и экспериментальной техники материаловедение из искусства превратилось в науку, значение которой возрастает с огромной скоростью. Изменения укладов жизни человечества связаны с открытием и освоением производства новых материалов.

Материалы — это ступени развития нашей цивилизации, а новые материалы — это трамплин для прыжка в будущее. Разработка новых материалов одно из важнейших направлений, определяющих развитие всех отраслей промышленности, медицины и сферы услуг.

Уже в ранние исторические эпохи (в каменном, бронзовом и железном веках) появление новых материалов позволяло расширить пределы человеческих возможностей. В 21-м веке требования,  возникающие к материалам в передовых отраслях промышленности, в таких, как аэрокосмическая, автомобильная, электронная, требуют все новых и новых материалов.

Одним из направлений, которому во всех промышленно развитых странах уделяется особое внимание, являются «умные» материалы, из которых изготавливаются конструкции с адаптивно изменяющимися свойствами. Разрабатываются «умные» обшивки корпусов морских судов, самоупрочняющихся лопастей вертолетов, звукопоглощающих промышленных конструкций.

Способность получать вещества и материалы с заданными свойствами — это неотъемлемое условия развития человечества. Когда у природы не хватает «фантазии» сделать продукт с нужными качествами, человеку приходится создавать его искусственно. И эти материалы и технологии их получения предстоит разрабатывать вам в недалеком будущем.

1. Электроника из органических материалов. Невозможно? Реально!
2. Наноструктуризация и исследование полученных свойств поверхности кремниевых пластин для создания нейроинтерфейса нервная ткань – микроэлектроника
3. Получение и изучение свойств биоразлагаемых пленок
4. Вторичный пластик – ресурсосберегающее сырье для создания новых функциональных материалов

Описание проектов
(проекты могут быть изменены и дополнены)

1. Электроника из органических материалов. Невозможно? Реально!

Руководитель проекта: Аккуратов А.В.

Аннотация: Фотовольтаические технологии активно развиваются с середины XX столетия и на сегодняшний день занимают большую нишу в промышленности и в быту. Подавляющее большинство фотопреобразователей имеют в своей основе неорганические полупроводниковые материалы: кремний, арсенид галлия, теллурид кадмия и др. В начале XXI века в этой области произошли важные открытия, которые послужили импульсом для развития органической фотовольтаики и электроники, в целом. В настоящее время, эффективности солнечных батарей на основе органических материалов уже превосходят КПД аналогов на основе аморфного кремния. Одновременно с этим, они отличаются легкостью, гибкостью, растяжимостью и другими полезными эксплуатационными параметрами. 

Крайне привлекательным направлением использования органических солнечных батарей в качестве автономных источников энергии является технология «Интернет вещей», интегрирующая всевозможные электронные приложения в единую взаимосвязанную сеть. 

В рамках данного проекта мы разработаем важнейший компонент органической солнечной батареи — полимерный полупроводник р-типа и детально изучим его оптоэлектронные свойства. На следующем этапе изготовим фотоактивный композит и соберем органическую солнечную батарею, работающую от рассеянного света в помещении. Проведем оценку электрических параметров изготовленного фотопреобразователя. На финальной стадии, молодые исследователи соберут электрическую схему на основе органической солнечной батареи и продемонстрируют практический потенциал устройства для питания различных сенсоров, датчиков и др. маломощной электроники. Таким образом, участники проекта самостоятельно создадут работающий фотоэлемент, проведут интересную исследовательскую работу на стыке химии, физики, материаловедения и, в целом, приобретут ценный практический опыт в молекулярном дизайне и инженерии. 

Партнеры проекта: Акционерное общество «Группа компаний Инэнерджи», Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем химической физики РАН

2. Наноструктуризация и исследование полученных свойств поверхности кремниевых пластин для создания нейроинтерфейса нервная ткань – микроэлектроника

Руководители проекта: Гостева Е.А., Илясов А.Р.

Аннотация: Исследование посвящено оценке цитотоксичности кремниевых пластин, полученных с использованием различных методов модификации их поверхностей. Актуальность этих исследований связана с предложением использовать кремниевые пластины в качестве перспективной платформы для последующей интеграции современных электронных устройств (с размером элемента ~ 7 нм) и клеток. В то же время использование биологических нейронных сетей для создания нейропроцессоров позволит значительно снизить энергопотребление и сблизить возможности искусственного интеллекта и человеческого мозга. В первую очередь необходимо сравнить цитотоксичность кремниевых пластин, полученных с использованием различных методов модификации его поверхности. При этом методы формирования структуры поверхности должны отвечать ряду требований, обеспечивающих функционирование конкретного биологического объекта, например, нейронных сетей.

Партнер проекта: Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС»

3. Получение и изучение свойств биоразлагаемых пленок

Руководитель проекта: Жмырко Е.В.

Аннотация: Работа посвящена созданию полимерных материалов без использования производственных мощностей, изучению их свойств , а также способности к разложению без причинения вреда окружающей среде. При создании пленок из природных полисахаридов использовались методы налива из водных растворов. Пленки были исследованы на деформационно-прочностные свойства и кинетику биоразложения в разных условиях.

Партнеры проекта: Общество с ограниченной ответственностью «Ульяновский центр трансфера технологий», автономная некоммерческая организация дополнительного образования «Детский технопарк «Кванториум»

4. Вторичный пластик – ресурсосберегающее сырье для создания новых функциональных материалов

Руководители проекта: Сорока Л.С., Троян А.А., Назарко Н.Н.

Аннотация: В настоящее время остро встает проблема утилизации полимерных отходов после истечения срока эксплуатации материалов и изделий, получаемых на их основе. Пластик принадлежит к материалам, которые практически не разлагаются со временем, а при сжигании выделяются крайне токсичные вещества. Поэтому изделия из пластика должны быть переработаны. Проблема переработки отходов полимерных материалов получает актуальность не только в связи с охраной окружающей среды, но и в связи с дефицитом полимерного сырья. Цель проекта: получение новых функциональных материалов на основе вторичных полимеров (на примере полиэтилентерефталата — ПЭТ) с использованием химического и термомеханического способов. 

Для достижения поставленной цели планируется: оценка объемов образования отходов упаковки ПЭТ в России, анализ способов переработки отходов ПЭТ и определение основных этапов переработки упаковки, определение направления использования вторичного пластика и получение новых функциональных материалов на его основе.

Партнеры проекта: публичное акционерное общество «Сибур холдинг», общество с ограниченной ответственностью «Кургантехэнерго», Национальный исследовательский Томский политехнический университет