МЕГАГРАНТЫ

Уровень мировой науки повышаем совместно

IMG 9697
Профессор Университета Турина (Италия) Карло Ламберти получил звание почетного доктора Южного федерального университета. Благодаря его участию пять лет назад в университете стартовал крупный российско-итальянский проект в области нанодизайна и нанодиагностики, поддержанный мегагрантом правительства России. К результатам этой работы можно отнести не только создание новых материалов и методов их изучения, но и появление целой когорты перспективных молодых специалистов, многие из которых прошли подготовку как в России, так и за рубежом.
Карло Ламберти внес существенный вклад в развитие прорывных технологий синтеза и методик диагностики новых наноструктурированных материалов, включая пористые нанокатализаторы, цеолиты (минералы, способные отдавать и вновь поглощать воду в зависимости от температуры и влажности) и металлоорганические каркасные структуры. Ученый имеет опыт создания и руководства научно-исследовательскими лабораториями как в высокотехнологическом секторе промышленности, так и в научно-образовательной среде. На счету К.Ламберти более 250 публикаций в престижных научных изданиях и около 20 книг, в которых он выступил в роли соавтора и автора (его индекс Хирша равен 66).
Четыре шага к полному циклу

Профессор Ламберти — научный руководитель Международного исследовательского центра «Интеллектуальные материалы» ЮФУ. Сегодня МИЦ входит в состав Международного исследовательского института интеллектуальных материалов, представляющего собой комплекс современных исследовательских и инновационных лабораторий. С появления МИЦ «Интеллектуальные материалы» в 2014 году началась история всего института. Идея принадлежала профессору А.В. Солдатову, который сегодня является директором МИИ ИМ ЮФУ. Пять лет назад он пригласил Карло Ламберти к сотрудничеству, и тот с интересом поддержал идею. Так возник проект лаборатории «полного цикла» по созданию новых материалов: от нанодизайна до нанодиагностики. Он получил мегагрант правительства РФ для государственной поддержки научных исследований, проводимых под руководством ведущих ученых мира. В конце этого года работа по гранту будет завершена.

О том, как удалось воплотить в жизнь совместную задумку, Карло Ламберти рассказал на торжественной церемонии по случаю присвоения почетного звания:

— Пять лет назад мы с Александром Владимировичем подготовили проект, который был поддержан министерством образования и науки России. Это была совместная работа большого коллектива — более 20 человек. Благодаря вниманию руководства ЮФУ мы получили помещения, в которых смогли разместить оборудование и принять ученых из других стран.
Схема создания лаборатории полного цикла включает в себя четыре этапа. Первый шаг — теоретическое моделирование (главным образом при помощи суперкомпьютеров, приобретенных на средства мегагранта). Оно необходимо, чтобы обозначить задачи и выбрать критерии, которым должны соответствовать новые наноматериалы. После нам предстоит самое важное: провести синтез материалов. Далее необходима тщательная диагностика структуры полученных образцов. Если результаты не соответствуют ожиданиям, мы снова возвращаемся к процессу синтезирования. Достигнув желаемого, переходим к следующему пункту: тестируем свойства материалов. Успешная проверка означает, что работа окончена. А неудача заставляет нас вернуться к этапу теоретического моделирования. Наиболее сложным оказался этап синтеза: первый год работы в основном был посвящен изучению зарубежных образцов. Однако приток молодых специалистов — высококвалифицированных химиков-синтетиков позволил нам быстро достичь мирового уровня. В результате создана лаборатория, способная синтезировать наноматериалы различными методами. Большинство техник проверки образцов требуют высокой точности измерений, которая достижима только с помощью рентгеновского излучения. Мы использовали установки класса мегасайенс — рентгеновские лазеры на свободных электронах или синхротроны. Несколько человек из нашего коллектива регулярно проводили измерения в синхротронных центрах во Франции и Германии: ESRF в Гренобле (Европейский центр синхротронных исследований) и XFEL в Гамбурге (Европейский рентгеновский лазер на свободных электронах). Также мы сотрудничали с московскими коллегами из Курчатовского института. В некоторых случаях измерять качество образцов можно в лабораторных условиях. В нашем распоряжении — единственный в Европе лабораторный спектрометр рентгеновского поглощения, который позволяет проводить измерения без использования дорогостоящего синхротронного оборудования. В ходе работы над проектом удалось создать группу активных молодых специалистов мирового уровня, чем я по-настоящему горжусь. Действовала двойная аспирантура, в которой обучающиеся получали как российские ученые степени, так и международные степени PhD в области наук о материалах. Партнерская лаборатория наноструктурированных интерфейсов и поверхностей Университета Турина принимала на стажировку студентов, аспирантов и докторантов ЮФУ. Эти молодые ученые смогут десятилетиями продолжать исследования по научной линии, выбранной пять лет назад при организации центра интеллектуальных материалов.
Металлоорганические каркасные структуры представляют собой полимеры с большими порами, открытыми внутренними каналами и обширной площадью внутренней поверхности, пригодной для адсорбции молекул (в первую очередь — газов). Эти высокопористые материалы перспективны для изготовления топливных баков водородных или метановых двигателей будущего.
Наиболее значимые результаты были достигнуты в исследованиях перспективного нанокатализатора Cu-SSZ-13 для удаления оксидов азота из промышленных и автомобильных выхлопных газов. Используя методы инфракрасной и синхротронной рентгеновской спектроскопии, мы исследовали локальные атомные структуры центров меди — как в активированном цеолите, так и непосредственно в ходе каталитической реакции. Это ключевой шаг в создании принципиально новых автомобильных нейтрализаторов, способных уменьшить количество токсичных газов в автомобильных выбросах.
По-своему интересны металлоорганические каркасные структуры (MOF) — кристаллические пористые твердые тела из дискретных неорганических и органических элементов. Их структура позволяет инкорпорировать сложные функциональные группы, что дает возможность преобразовывать гомогенные катализаторы в твердое состояние. MOF на основе циркония хорошо подходят для такой функционализации благодаря их устойчивости к воде и высоким температурам. Так, всего три грамма нанопористого материала UiO-67 имеют площадь поверхности, достигающую 7500 квадратных метров, — то есть равную площади футбольного поля. Такие материалы перспективны в водородной энергетике, а также в изготовлении электрохимических аккумуляторов нового поколения на основе лития и серы. Для улучшения электропроводности катодного материала требуется интегрировать в него высокопористый углерод, который можно получить при термическом разложении нанопористых материалов. Также металлоорганические структуры найдут место в медицине: они помогут в пролонгированной адресной доставке лекарств и выведении из организма вредных веществ. Широкие возможности использования MOF связаны с тераностикой — созданием фармацевтических композиций, совмещающих терапевтические и диагностические функции. Также новые материалы могут помочь в очистке воздуха от токсичных газов.
Другое направление работы - металлоорганические частицы, в частности, нанокатализаторы палладия. Благодаря своим уникальным свойствам палладий находит широкое применение в водородной энергетике и медицине. Материалы на основе палладия активно используются в нефтехимической и автомобильной промышленности, при производстве сенсоров и многих других видов устройств. Палладий — наиболее предпочтительный материал при создании катализаторов для различных реакций, неотъемлемых в промышленных процессах.
Есть успехи в развитии вычислительных методов изучения материалов. В частности, была разработана новая версия кода FDMNES для выполнения моделирования так называемых XANES-спектров. Эта версия позволяет проводить моделирование примерно в 40 раз быстрее, чем стандартный код. Значимость разработки признана мировым научным сообществом (статья, посвященная этому достижению, была опубликована в конце 2015 года и уже получила свыше 50 цитирований в базе Scopus).
Создан метод неразрушающей диагностики параметров 3D локальной атомной и электронной структур материалов без дальнего порядка с точностью вплоть до одного пикометра (10-12 метра). Такой метод не имеет аналогов в мире. Его можно применять в ходе процессов в реальных технологических условиях, в том числе с высоким временным разрешением вплоть до фемтосекундного диапазона (10-15 секунды).
Еще один результат относится к наукометрии. Растет количество публикаций и цитирований в высокорейтинговых журналах, средний импакт-фактор которых выше семи. Эти статьи зачастую попадают на журнальные обложки. За прошедшие пять лет количество цитирований публикаций сотрудников института возросло в два раза. Заметно повысили свои показатели в области публикационной активности молодые специалисты.

Быть открытым и не бояться сравнивать

Секретами успешной работы в международном научном пространстве Карло Ламберти поделился в беседе с «Академией».

— Какие факторы в продвижении научного проекта вы считаете наиболее значимыми? Возможно, это современное оборудование, высококвалифицированные кадры или финансовая поддержка?

— Необходим баланс всех этих составляющих. Но, на мой взгляд, основную роль играют люди. Хорошая команда всегда найдет путь, который приведет к желаемым результатам. Если у вас есть репутация успешного ученого, но нет необходимого оборудования для экспериментов, вы всегда можете обратиться к международной коллаборации. Если же говорить о денежных вложениях, то важно отметить, что финансовая база проекта не исчерпывается средствами мегагранта. Проект не привязан к одному источнику финансирования. И это свидетельствует о стабильности научного центра. Мегагрант составляет не более 40 процентов от общей суммы — приблизительно 150 миллионов рублей. Еще около 250 миллионов рублей было привлечено благодаря грантам РНФ, ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014—2020 годы», РФФИ. Также имело место софинансирование со стороны синхротронных центров. Работы на установках весьма дорогостоящие. На протяжении пяти лет наш коллектив получил возможность проведения исследований в Гренобле и Гамбурге общей продолжительностью более 300 дней, что эквивалентно шести миллионам евро. Это хороший пример того, как министерство науки и высшего образования РФ может компенсировать средства, вложенные в развитие центра.

— Насколько сложно проводить работы в синхротронных центрах?

— Это весьма непросто. Чтобы провести измерения на синхротроне, нужно иметь безупречную репутацию и яркие научные идеи. Лишь 25 процентов заявок получают одобрение: шансы имеют только участники самых интересных и актуальных проектов. Но даже при такой высокой конкуренции 80 процентов заявок нашего коллектива были одобрены. В среднем это намного больше, чем у других организаций. График работ насыщенный. Обычно мы отправляем в командировку группу из трех-шести сотрудников, которым приходится трудиться по 24 часа в сутки посменно в течение недели.

— Исследования в области наноматериалов ведутся сегодня во множестве научных центров мира. Какие преимущества есть у ростовской команды специалистов по сравнению с другими научными коллективами?

— После пяти лет мегагранта у нас есть все необходимые ресурсы, чтобы развиваться и достигать значимых результатов. Мы можем синтезировать материалы и имеем возможности для лабораторной диагностики образцов. И, конечно же, одно из основных преимуществ нашей группы — это сильные специалисты в сфере теоретической физики. Поскольку мы исследуем наноматериалы, особую роль играет квантовая механика, необходимая для понимания свойств материалов и процессов, которые в них происходят.

— В международном исследовательском институте ЮФУ работает много молодых сотрудников. Как бы вы оценили качество их подготовки на фоне общемировых стандартов?

— Уровень теоретической подготовки наших выпускников в области физики и материаловедения не уступает международному, а в чем-то даже превосходит его (если сравнивать с итальянскими, немецкими и особенно американскими вузами). Это бесспорное достижение системы образования, заложенной в советские годы. Возможно, уровень в экспериментальной области несколько ниже международных стандартов. Но если есть хорошая теоретическая подготовка, легко подтянуть экспериментальные навыки, что не всегда работает наоборот. Сначала наша ресурсная база была ниже среднего по сравнению с европейскими исследовательскими центрами, но после пяти лет работы лаборатория не уступает мировым аналогам.

— Привлекаете ли вы к работе молодых коллег из-за рубежа?

— Да, конечно. Один из примеров — аспирант ЮФУ и Университета Турина Люка Бралья. Он приехал по программе MaMaSELF и в 2014 году защитил магистерскую диссертацию. MaMaSELF — это двухлетняя магистерская программа в области наук о материалах, в которой Южный федеральный университет является ассоциированным партнером. Школа предполагает обучение в нескольких ведущих европейских университетах, включая ЮФУ. Первый год обучение по программе проходит в одной стране, а следующий — в другой. Сейчас в ЮФУ проходит подготовку Андреа Мартини — он учится по программе двойной аспирантуры (в ЮФУ и в Университете Турина). Также у нас есть несколько российских аспирантов, выполняющих работы под двойным руководством. Среди них — Кирилл Ломаченко, Арам Бугаев и Илья Панкин.

— Влияет ли геополитика на интернациональное научное сотрудничество?

— Нынешняя американская политика, к сожалению, иногда серьезно влияет. Например, мы приглашаем американских ученых, но их организации не разрешают выезд в Россию. И россияне могут ждать визу в США несколько месяцев подряд (пока визит не потеряет актуальности). Но это единственная проблема. Для публикаций в американских журналах помех нет.

— Какова роль международного взаимодействия в развитии науки наноматериалах?

— Это его основа. Научные коллективы, работающие в передовых областях знания, не должны замыкаться в одном городе или стране. Нет российской науки, есть российские специалисты. А наука может быть только мировой. Нужно быть открытым к сотрудничеству, обмену опытом и не бояться сравнивать себя с зарубежными коллегами, ведь международный научный уровень постоянно меняется, как уровень Мирового океана. И мы можем повышать его вместе.

Источник

Еженедельник науки и образования Юга России "Академия"

№31 (807) 20.10.2018

Back to top