Лаборатория инженерного материаловедения

• Реализован супрамолекулярный подход для создания новых функциональных материалов. В этом исследовании материалы с запрограммированной структурой наноразмерных ионных каналов собираются из молекулярных кирпичиков, которыми являются жидкокристаллические амфифильные молекулы, т. е. молекулы, содержащие несмешивающиеся гидрофильные и гидрофобные фрагменты. В результате самосборки гидрофильные фрагменты, объединяясь, образуют сложную систему наноканалов, которая пронизывает образец во всех направлениях. На заключительной стадии синтеза проводится полимеризация полученной самоорганизованной системы, чтобы создать в ней сетку ковалентных связей и таким образом придать ей необходимые механические свойства. Подобные жидкокристаллические системы достаточно технологичны, так как они позволяют очень легко проводить ориентирование молекул, используя внешние поля, а также придавать материалу перед началом полимеризации любую форму.
• Продолжается разработка основ для практического применения таких наноструктурированных материалов: для создания высокоселективных ионных мембран, для биомедицинских целей в качестве так называемых наногубок для целенаправленной доставки лекарств.
• Исследованы процессы самосборки новых полупроводниковых органических молекул, содержащих олиготиофеновые фрагменты. Рассмотрен целый ряд молекулярных архитектур, различающихся такими деталями, как длина сопряжения тиофеновых блоков и структура концевых алкильных групп и центральных силоксановых развязок. В проекте изучено влияние деталей молекулярной архитектуры на процессы структурообразования и термотропное поведение образцов, проведены in-situ структурные исследования тонких полупроводящих пленок, полученных методом spin-coating. Для структурных исследований использованы методы рентгеновского рассеяния со скользящим пучком в больших и малых углах дифракции, которые позволяют проанализировать детали морфологии и текстуры тонких пленок, а также их кристаллическую структуру.

Внедрение результатов исследования:

1. Разработан уникальный прибор – нанокалориметр, который позволяет проводить количественные теплофизические исследования сверхтонких органических пленок и образцов весом в единицы нанограммов. Данная разработка была отмечена премией правительства РФ для молодых ученых в 2013 году.
2. Проведена оптимизация нанокалориметра и реализованы схемы его интегрирования в различные экспериментальные установки: сканирующий зондовый, оптический и рамановский микроскопы, а также на линию по нанофокусной синхротронной рентгеновской дифракции в Европейском центре синхротронных исследований (ESRF, Гренобль, Франция).
3. Впервые в практике научного сотрудничества в РФ между коллективом Лаборатории мегагранта и Европейским центром синхротронных исследований было заключено и реализовано последовательно два трехлетних формализованных контракта Long-Term Proposal. Они позволяют получать доступ без написания заявок на синхротронные линии и к исследовательским лабораториям ESRF. В обмен Лаборатория поставила на линии ESRF нанокалориметры, которые сегодня доступны всем пользователям синхротрона и являются частью стандартного оборудования линии. Прибор может использоваться в различных установках не только как маломощный и компактный нагревательный элемент для наноматериалов и тонких пленок, но также дополнять полученные результаты важными теплофизическими данными.

Образование и переподготовка кадров:

• Аспиранты и научные сотрудники Лаборатории несколько раз в год выезжают для проведения экспериментов в Европейском центре синхротронных исследований (ESRF, Гренобль, Франция). Проводились стажировки в Университете Страсбурга (Франция).

• Разработан и с 2016 года читается курс лекций на факультете фундаментальной физико-технической инженерии МГУ на английском языке «Introduction to the structural and thermal analysis of soft-matter systems», ставший обязательным для магистров 1 года и студентов 5 курса.

Организационные и инфраструктурные преобразования:

Создано малое инновационное предприятие ООО «Ай Ди Эй Технологии». Основным направлением деятельности компании является производство и продажа разработанного в рамках мегагранта прибора для измерения теплофизических свойств сверхмалых количеств веществ – нанокалориметра.

Другие результаты:

• Ведущий ученый Лаборатории ежегодно принимает участие в организации международного франко-российского форума, проводимого в формате форума «Наука будущего».

• Зарегистрированы две уникальные научные установки: дифрактометр с детекцией в малых и больших углах, а также созданный в Лаборатории нанокалориметр.

• Опубликовано 80 научных статей в высокорейтинговых реферируемых журналах, в том числе в таких журналах как: Science (1 статья), Advanced Materials (3 статьи), Advanced Energy Materials (1 статья), Chemistry of Materials (2 статьи), Journal of Materials Chemistry A (2 статьи), Journal of Materials Chemistry C (1 статья), Macromolecules (9 статей), ACS Macro Letters (2 статьи), Chemical Communications (2 статьи), Carbon (1 статья), Langmuir (1 статья) и т. д.