help@sochisirius.ru
1-24 июля 2020

Нанотехнологии

Современная наука позволяет не только изучать наноразмерные объекты, но также управлять ими, создавая совершенно новые материалы, изменять ход химических реакций и биологических процессов. Без знания и понимания нанотехнологических методов будет невозможно преодолеть большие вызовы в области персонализированной медицины, продовольственной безопасности, освоения пространства, снижения антропогенных нагрузок на окружающую среду, получения и сохранения энергии.

Направление реализуется при поддержке Фонда инфраструктурных и образовательных программ, целью которого является содействие формированию кадрового ресурса наноиндустрии Российской Федерации, а также ранняя профориентация и популяризация среди детей и молодежи сведений о нанотехнологиях и наноиндустрии.

 

 

Все направления программы «Большие вызовы»

Проекты направления

1. Конъюгаты кластерных анионов бора и наночастиц золота: полифункциональные материалы для создания колориметрических сенсоров
2. Наночастицы для биомедицинских применений
3. Разработка гибкого солнечного элемента
4. Разработка методик анализа и расшифровки неразрушающего определения типа чипов, технологии их создания и определения функционального назначения и визуализации информации на магнитных носителях
5. Синтез и особенности текстурных характеристик 2D-структур на основе алюмосиликатов и перспективы их применения в качестве каталитических и сенсорных систем
6. Синтез новых нанокристаллических люминофоров на основе соединений редкоземельных элементов для создания светящихся элементов защиты документов

Описание проектов
список и описание проектов предварительные и могут быть изменены и уточнены

1. Конъюгаты кластерных анионов бора и наночастиц золота: полифункциональные материалы для создания колориметрических сенсоров

Руководители проекта: Попова А.А., Клюкин И.Н.

Аннотация: На данный момент химическая наука накопила огромный арсенал методов и подходов к получению веществ и материалов с заданными свойствами. Особый интерес представляет создание полифункциональных материалов, с широким кругом применения. Разработка подходов к получению таких материалов является наиболее актуальной проблемой современной химии. Перспективным классом таким материалов являются конъюгаты наночастиц золота и кластерных анионов бора. Одним из потенциальных применений таких конъюгатов является создание колориметрических сенсоров. Разработка портативного и устойчивого к условиям внешней среды сенсора, основанного на сорбции катионов металлов на поверхности целевых наночастиц, приведет к возможности быстрой количественной оценки содержания потенциально опасных веществ в природных средах. Стоит отметить, что наночастицы золота и кластерные анионы бора могут использоваться в различных методах лечения рака. Использования конъюгатов на основе кластеров бора и наночастиц золота позволит добиться принципиально нового синергетического эффекта в лечении социально значимых заболеваний. Данный проект несет также существенную образовательную функцию, так как за время его реализации обучающиеся получат представления о самых актуальных достижениях в области неорганической химии и компьютерного моделирования. В ходе выполнения проекта будет создан потенциально коммерциализуемый прототип тестовой системы. 

Партнеры проекта: федеральное государственное бюджетное учреждение науки «Институт общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова» Российской академии наук


2. Наночастицы для биомедицинских применений

Руководители проекта: Королёв В.В., Алешин Г.Ю.

Аннотация: Онкологические заболевания остаются одной из серьезных проблем XXI века. Методы уничтожения раковых клеток основаны на совершенно разных принципах: действии радиации, химической токсичности или нагреве клеток выше критической температуры. Кроме того, не так давно был предложен альтернативный подход к уничтожению раковых клеток, основанный на механическом разрушении клеточных мембран с помощью магнитных наночастиц, приводимых в движение магнитным полем. В рамках данного проекта школьникам предстоит разработать и синтезировать препараты на основе наночастиц для деструкции клеток и разработать протокол для апробации их активности на клеточных культурах. 

Партнеры проекта: МГУ имени М.В. Ломоносова


3. Разработка гибкого солнечного элемента

Руководитель проекта: Жмырко Е.В.

Аннотация: Гибкая электроника на данный момент является одним из наиболее активно развивающихся направлений микроэлектроники. Основная проблема существующих полупроводниковых систем на основе кремния - это отсутствие возможности изготавливать тонкие гибкие кристаллические структуры, что открывает большие возможности перед электронными компонентами на основе органических элементов. Исследователями-нанотехнологами ведется поиск новых материалов для гибкой электроники – стабильных к действию влаги, света и сохраняющих работоспособность при повышенных или пониженных температурах. Органические проводники позволяют в полной мере заменить существующие элементы микроэлектроники применяемые для изготовления солнечных элементов, причем их стоимость и стоимость технологического процесса оказываются значительно ниже. Основная проблема солнечных элементов на основе органических элементов - это выход на тот же КПД преобразования солнечного потока, что и их полупроводниковые аналоги.

Партнер проекта: Ульяновский центр трансфера технологий (Ульяновский наноцентр)


4. Разработка методик анализа и расшифровки неразрушающего определения типа чипов, технологии их создания и определения функционального назначения и визуализации информации на магнитных носителях

Руководитель проекта: Логинов Б.А., Балаклейский Н.С.

Аннотация: Зачастую после катастроф становится сложным установить функциональность использовавшейся как электроники в целом, так и ее отдельных элементов, в том числе систем записи информации. Данные задачи очень важны также и при комплексных испытаниях техники как гражданского, так и военного назначения. Очень важным становится возможность распознать что за чипы были как в непрозрачном, так и в прозрачном пластике — какие это были микросхемы, транзисторы, диоды или же светодиоды и элементы оптоэлектроники. И есть ли возможность считывания информации, записанной на остатках магнитных носителей - жёстких дисков, или, например, магнитных лентах черных ящиков.

Школьникам предоставляется много образцов разных чипов в залитых пластиковых корпусах без опознавательных надписей, предоставляется достаточное количество лабораторного оборудования, и предлагается самим найти способ — как не повреждая кремниевые чипы извлечь их из этих корпусов, как сделать микрофотографирование их структур в целом, а также определить характерные размеров их элементов, после чего путём сопоставления с известными по литературе типами и конкретными образцами современной электроники попробовать с определённой вероятностью определить функционал этих чипов — были ли это процессоры или микросхемы памяти, диоды, транзисторы, светодиоды и т.д., и какие конкретно возможно были их марки.

Кроме того, школьникам предлагается исследовать осколки жёстких дисков и дискет, а также обрывки магнитных лент, самим разработать способы визуализации картин намагниченности их поверхности, с получением микрофотографий множества бит записанной на поверхности информации, и попытками частичной ее расшифровки. 

В результате выполнения проекта школьники глубоко знакомятся с микроэлектроникой и информатикой, а в качестве результата проекта оформляют оба разработанных ими метода (расшифровки типа неизвестного чипа и расшифровки магнитной информации) и рекомендуют их для современных применений.

Партнеры проекта: АО «Завод Протон» (Зеленоград), НИУ «МИЭТ»
 

5. Синтез и особенности текстурных характеристик 2D-структур на основе алюмосиликатов и перспективы их применения в качестве каталитических и сенсорных систем

Руководитель проекта: Грибанов Е.Н.

Аннотация: Алюмосиликаты благодаря своей развитой поверхности и высокой стабильности нашли применение в качестве катализаторов и осушителей газов, при получении композиционных материалов, в химическом анализе на стадии разделения и концентрирования аналитов , при очистке объектов окружающей среды от токсикантов различной природы и т.д. Свойства данного минерала во многом зависят от его текстурных характеристик. Особенность структуры алюмосиликатов связана с наличием в них упорядоченной системы пор, в том числе молекулярного размера. Тем не менее, поры с малым диаметром затрудняют транспорт более крупных молекул внутрь минерала, что приводит к снижению эффективности использования его поверхности и накладывает ограничения на области практического применения. Одним из способов интенсификации процессов с участием алюмосиликатов является переход от массивного тела к низкоразмерным системам, в частности, к микро- и нанопленкам, а также организованным на их основе материалам. В тонких пленках алюмосиликатов минимизированы затруднения на проникновение молекул по системе каналов к активным центрам минерала в его объеме, возможно проявление размерного эффекта и связанные с ним изменения электронной структуры, химических и физических свойств. Области практического использования тонкопленочных материалов на основе алюмосиликатов: высокоэффективные катализаторы; матрицы-носителя наночастиц различной природы и размера; защитные покрытия, в том числе для аэрокосмических сплавов, или микробиоцидные покрытия при изготовлении имплантов; тонкослойная хроматография, а также разработка тест-систем и сенсоров.

Целью проекта является синтез плёнок алюмосиликатов микро- и субмикротолщины на поверхности подложки, систематическое изучение их текстурных характеристик в зависимости от условий получения, а также изучение возможности практического применения в качестве катализаторов и сенсорных систем. 

Задачи, решаемые в проекте:
1. Разработка способа электрохимического синтеза тонкопленочных покрытий на основе алюмосиликатов.
2. Систематическое изучение особенностей текстурных характеристик (морфология поверхности и удельная площадь поверхности) плёнок в зависимости от условий их получения.
3. Изучение фотокаталитической активности пленок в реакции разрушения модельных веществ на поверхности алюмосиликата.
4. Разработка сенсорной тест-системы на основе химически модифицированных пленок алюмосиликата для определения антибиотиков тетрациклинового ряда.

Партнеры проекта: АО «Завод Протон» (Зеленоград), НИУ «МИЭТ», Орловский государственный университет имени И.С.Тургенева


6. Синтез новых нанокристаллических люминофоров на основе соединений редкоземельных элементов для создания светящихся элементов защиты документов

Руководители проекта: Мерещенко А.С., Видякина А.А.

Аннотация: Фотолюминесценцей называется явление свечения в результате поглощения света. В современном мире материалы, проявляющие фотолюминесценцию (люминофоры) широко используются в науке, технике и медицине. Нанокристаллические люминофоры активно используются в медицине и биотехнологиях как люминесцентные метки для изучения структуры клеток и диагностики заболеваний. Особый интерес представляют антистоксовые люминофоры - вещества, которые излучают свет с более высокой частотой, чем свет, который они поглощают. Помимо биометок, на их основе изготавливают визуализаторы инфракрасного излучения и приборы ночного видения, ведутся исследования по разработке новых типов пломб с добавками антистоксовых люминофоров, их активно используют для создания защитных знаков документов и денежных купюр. 

Целью данного проекта является разработка метода синтеза нанокристаллических люминофоров на основе соединений редкоземельных элементов. В рамках проекта из полученных материалов будет создан прототип элемента защиты документа, различно светящийся при облучении инфракрасным и ультрафиолетовым светом.

Задачи, решаемые в проекте:

1. Разработка метода гидротермального автоклавного синтеза нанокристаллических люминофоров со смешанной кристаллической матрицей, обладающих стоксовой (NaYF4: Eu/Tb, Y2(1,4-bdc)3: Eu/Tb) и антистоксовой (NaYF4: Yb, Tm/Er) люминесценцией с добавками солей гадолиния и лютеция.
2. Разработка спектрометра для измерения спектров антистоксовой люминесценции.
3. Исследование люминесцентных свойств полученных материалов в зависимости от состава и условий синтеза.
4. Исследование морфологии и состава полученных материалов.
5. Разработка прототипа элемента защиты документа, различно светящегося при облучении инфракрасным и ультрафиолетовым светом.

Партнеры проекта: Санкт-Петербургский государственный университет (СПбГУ)

Эксперты и руководители проектов

Попова
Александра Антоновна

Старший научный сотрудник ФИЦ «Биотехнология» (Москва)

Клюкин
Илья Николаевич

Научный сотрудник Института общей и неорганической химии имени Н.С.Курнакова РАН (Москва)

Королёв
Владимир Викторович

Учитель химии школы «Летово» (Москва)

Алешин
Глеб Юрьевич

Ведущий инженер химического факультета, старший преподаватель СУНЦ МГУ имени М.В.Ломоносова

Жмырко
Екатерина Викторовна

Директор детского технопарка «Кванториум» (Ульяновск)

Логинов
Борис Альбертович

Начальник Научно-исследовательской лаборатории атомной модификации и анализа поверхности полупроводников НИУ МИЭТ, ведущий конструктор АО «Завод Протон» (Зеленоград)

Балаклейский
Николай Сергеевич

Аспирант НИУ МИЭТ, преподаватель Детского технопарка «Смарт-парк» (Москва, Зеленоград)

Грибанов
Евгений Николаевич

Доцент Института естественных наук и биотехнологии Орловского государственного университета имени И.С.Тургенева, кандидат химических наук

Мерещенко
Андрей Сергеевич

Доцент кафедры лазерной химии и лазерного материаловедения Института химии СПбГУ, преподаватель учебных сессий в центре «Интеллект» (Ленинградская область), преподаватель химии и научный руководитель исследовательских работ учащихся Академической гимназии СПбГУ, член жюри регионального этапа ВсОШ по химии, Санкт-Петербургской олимпиады школьников по химии и Всероссийской научно-практической конференции школьников по химии, доктор химических наук

Видякина
Александра Александровна

Студентка Института химии Санкт-Петербургского государственного университета (СПбГУ)

Руководители направления

Калмыков
Степан Николаевич

Декан химического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова, российский ученый-радиохимик, член-корреспондент и профессор РАН, доктор химических наук

Хрипунов
Юрий Вадимович

Директор Ресурсного модельного центра дополнительного образования детей, доцент кафедры экспериментальной и теоретической физики Орловского государственного университета имени И.С.Тургенева, методист программы «Большие вызовы» (2018–2020), кандидат физико-математических наук

Подать заявку
© 2015–2020 Фонд «Талант и успех»
Нашли ошибку на сайте? Нажмите Ctrl(Cmd) + Enter. Спасибо!