МГУ–2012: Факультет фундаментальной физико-химической инженерии
Наука
К приоритетным направлениям научной работы относятся: физика твердотельных наноструктур; энергоресурсосбережение и энергоэффективные технологии; повышение эффективности комплексного использования природных топлив; физическое материаловедение и новые материалы; теория химического строения и химической связи, кинетика и механизмы химических реакций, реакционная способность химических соединений, стереохимия, кристаллохимия; синтез и изучение новых веществ, разработка материалов и наноматериалов с заданными свойствами и функциями (полимеров и полимерных материалов, композитов, сплавов, керамик, продуктов биологического и медицинского назначения, оптических, сверхпроводящих, магнитных материалов и особо чистых веществ); химическая аналитика: создание методов и средств определения и контроля веществ в окружающей среде, разработка новых методов и средств химического анализа веществ и материалов; химия и физикохимия твёрдого тела, расплавов и растворов, химические процессы в веществах, находящихся в экстремальных состояниях или подвергнутых экстремальным воздействиям, процессы горения; химическое сопротивление материалов, защита металлов и других материалов от коррозии; инженерное материаловедение.
Факультет продолжает научно-исследовательскую работу по мегагранту Правительства РФ, направленного на использование супрамолекулярного принципа для разработки новых функциональных полимерных материалов по двум актуальным направлениям:
– мембраны с высокими ионселективными качествами, изготовленные направленной самоорганизацией, в которых ионные каналы сформированы надмолекулярными комплексами;
– высокоупорядоченные практически бездефектные плёнки органических полупроводников для создания полевых транзисторов (Organic Field Effect Transistors).
В рамках гранта закуплено и введено в строй уникальное оборудование, в частности, аппаратура для комбинированного рентгеноструктурного анализа одновременно в малых и больших углах дифракции (2D-SAXS и 2D-WAXS), предназначенная для исследования формирования структуры и текстуры систем мягких сред в объёме и тонких плёнках. В 2012 г. приобретены: заключительный элемент системы – второй 2D-позиционно-чувствительный детектор (Швейцария); установка для нанесения резиста SPIN 150 с аксессуарами (SPS, США); оборудование для приготовления образцов; компьютерная техника для обработки экспериментальных данных; дипкоатер Multi Vessel System (KSVNima, Финляндия); комплектующие для сборки уникального нанокалориметра; комплекс теплофизического оборудования (дифференциальный сканирующий калориметр DSC 8500 (Perkin Elmer, США); термогравитометрический анализатор ТГА Q50 (TAinstruments, США); термомеханический анализатор ТМА Q400 (TAinstruments, США); динамический механический анализатор DMA Q800 (TAinstruments, США); ИК-Фурье спектрометр iS10 (Nicolet, Франция)).
На 2-м отчетном этапе работы по программе проекта выполнены все запланированные на 2012 г. научно-исследовательские работы, а именно:
– оптимизирована методика (с возможностью контроля температуры и влажности), предназначенная для in-situ рентгеноструктурного анализа плёнки непосредственно в процессе её формирования, модифицированная для случая использования метода spin-coating;
– проведены in-situ рентгеновские исследования тонких полупроводящих тиофеновых плёнок, полученных методом spin-coating, используя методы рентгеновского рассеяния со скользящим пучком в больших и малых углах дифракции;
– проведены теоретические расчёты и компьютерное моделирование картин рентгеновского рассеяния, рассматривающее модели с ближним и средним порядком, с учётом различных размеров и формы нанокристаллов;
– синтезированы и охарактеризованы новые экспериментальные образцы «бабочка»-подобных олиготиофенсилановых дендримеров;
– исследован процесс самосборки олиготиофеновых архитектур как функции длины коньюгации, и оценено их термотропное поведение;
– синтезированы новые экспериментальные образцы клиноподобных сульфонатов с олефиновыми группами на периферии и включением ряда противоионов;
– проведён структурный анализ самосборки новых экспериментальных образцов клиноподобных сульфонатов, способных к полимеризации, методами рентгеноструктурного анализа в малых углах при различных температурах.
На химическом отделении (зав. чл.-корр. РАН В.Б. Минцев) разрабатывались темы:
Молекулярный механизм клеточной гибели при действии серанитрозильных комплексов железа;
Синтез и окислительно-восстановительные свойства бис-(4-трет-бутилфенил)аминоксила;
Изучение молекулярно-массовых характеристик полимеров с помощью золь-гель анализа исследуемых объектов методом жидкостной эксклюзионной хроматографии под воздействием гамма-облучения;
Влияние условий высокотемпературного ударного сжатия на фазовый переход в нитриде кремния;
Термодинамическое исследование относительной баллистической эффективности твёрдых ракетных топлив, содержащих различные металлы, при их использовании в ракетах с различными объёмно-массовыми характеристиками;
Новые полифункциональные молекулярные магнетики на основе анилатов переходных металлов: синтез, строение и физические свойства;
Фотомагнитные эффекты в полифункциональных магнетиках на основе цианидных комплексов переходных металлов;
Формирование и исследование композитов на основе керамических и углеродных наноматериалов;
Электрохимический синтез катион-радикальных солей на основе DOEO и их электропроводящие свойства;
Синтез и исследование новых катион-радикальных солей EDT-TTF и ET с металлокомплексными анионами;
Кислотно-основные и фотохимические свойства нафтол-стирилхинолиновой диады;
Исследование редокс-активности нитрозильных комплексов железа с функциональными серосодержащими лигандами;
Спектроскопическое исследование взаимодействия тионитрозильного комплекса железа с этено-аденозинтрифосфорной кислотой;
Квантово-химическое изучение обменных взаимодействий во фрагментах магнитной подрешётки бифункциональных материалов с использованием метода функционала плотности;
Влияние материала подложки на характер упорядочения молекул в тонких плёнках индиго;
Синтез электронодонорных соединений: несимметричного – этилендитиотетратиафульвалена (EDT-TTF) и симметричного – бис(этилендитио)тетратиафульвалена (ET);
Синтез 2-(Е)-(4-(9-бромнонан-1-окси)стирил)хинолина;
Cинтез и исследование свойств 1,3-димеркаптобензена;
Синтез водорастворимых конъюгатов на основе поликарбоксильных производных фуллерена С60;
Синтез электронодонорных сопряжённых полимеров на основе циклопента[2,1-b:3,4-b’]дитиофена и бензотиадиазола для органических солнечных батарей;
Применение физико-химических методов ЭПР, ИК-, УФ- и видимой спектроскопии для анализа интермедиатов и конечных продуктов, получаемых при низкотемпературном действии молекулярного хлора на ацетиленовый мономер пара-диэтинилбензол;
Применение физико-химических методов ЭПР, ИК-, УФ- и видимой спектроскопии для анализа интермедиатов и конечных продуктов, получаемых при низкотемпературном действии молекулярного брома на виниловый мономер акриламид;
Исследование распределения и подвижности водно-метанольных смесей в перфторированных мембранах, модифицированных углеродной фазой, методами ЯМР;
Определение содержания селена в тонких нанокристаллических плёнках CuInSe2 и CuIn1-xGaxSe2;
Определение доз деформационного воздействия при формировании углерод-керамических композитов в планетарной шаровой мельнице;
Исследование влияния состава RuxTi1-xO2 носителя катализатора на чувствительность и селективность сенсоров водорода;
Исследование строения нитрозильных комплексов железа с нитропроизводными 2-меркаптопиридина и меркаптофенола в растворах диметилсульфоксида методом ЯМР на ядрах 1Н и 13С
Исследование микроструктуры, фазового и элементного состава магний-содержащих сплавов La2MgNi9 и La3MgNi14 методами электронной микроскопии, рентгенофазового анализа и рентгеноспектрального микроанализа;
Спектрофотометрическое исследование комлексообразования фуллеренов С60 и С70 с органическими донорами;
Ферриоксалатный актинометр для определения квантовых выходов;
Получение катализаторов на основе допированного диоксида олова для электрохимических устройств;
Получение микрочастиц для радиопоглощающих покрытий;
Синтез квазиграфенов;
Физико-химические аспекты создания наноструктурмагнито-разбавленных неорганических полупроводников;
Хиральные магнетики неорганических сплавов и физико-химические принципы их создания;
Синтез комплексов платины (II) как потенциальных противораковых препаратов;
Синтез и исследование свойств кестеритов состава Cu2ZnSnSe4;
Синтез замещённого купрата празеодима и исследование его транспортных свойств;
Синтез и исследование свойств кестеритов состава Cu2ZnSnS4;
Неизотермическая макрокинетика разложения жидких неорганических веществ;
Синтез галогенидов фуллеренов и эндометаллофуллерена и исследование их реакционной способности;
Модифицирование углеродных нановолокон;
Синтез, исследование структуры и свойств средних солей фосфорновольфрамовой гетерополикислоты;
Высокотемпературный синтез квантовых точек CdSe;
Получение (тетракис-(перфторфенил))боратной соли трис(циклопентадиенил)циркония;
Материалы для квантовых компьютеров;
Исследование каталитической активности солей переходных металлов в реакции 1,3-ДЦП.
На физическом отделении (зав. чл.-корр. РАН В.Д. Кулаковский) разрабатывались темы.
Оптимизация наноструктурированных металлических подложек для гигантского усиления рамановского рассеяния света;
Изучение потерь на трение в гидравлических прессах усилием 500 тс;
Анализ спектров рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии высокоомных образцов и проявление эффектов зарядки;
Синтез и структура монодисперсных наночастиц диоксида кремния;
Неустойчивость Кельвина-Гельмгольца на поверхности сверхтекучего гелия;
Расчёт кристаллической и электронной структуры органических молекул и кристаллов в приближении DFT;
Измерение сопротивления границ раздела в гетероструктурах сверхпроводник-ферромагнетик;
Мембрана для литий-воздушных батарей;
Методика измерения пропускания пикосекундных лазерных импульсов планарным полупроводниковым микрорезонатором;
Исследование наноструктуры, образующейся при деформации аморфного сплава Fe78Si13B;
Направленная кристаллизация до- и заэвтектических сплавов цинк-алюминий;
Вихревая структура в монокристаллах железосодержащих сверхпроводников, допированных фосфором;
Исследования температурной зависимости глубины проникновения магнитного поля в монокристаллах KxFe2-ySe2;
Низкотемпературные источники зарядов на основе углеродных нанотрубок;
Диссоциация в жидких электролитах;
Фазовые особенности рассеяния рентгеновских лучей при переходе от наноразмеров к микроразмерам кристаллических частиц и влияние формы нанокристаллов на интенсивность дифракционных отражений;
Исследование десорбции кислорода на поверхности О-МоО2/Мо(110);
Подготовка и юстировка камеры высокого давления с алмазными наковальнями;
Образование дефектов при выращивании объёмных монокристаллов SiC;
Жидкокристаллические фотонные кристаллы;
Сравнительные электрохимические характеристики ячеек твердооксидных топливных элементов с Ce0,3Sr0,7MnO3 катодом на 10Sc1YSZ и LSGM электролитах;
Определение теплоты распада гидрида алюминия методом ДСК;
Терагерцовая спектроскопия органо-неорганических нанокомпозитных материалов;
Структурный анализ молекулярного беспорядка в комплексах фуллерена С60;
Оптимизация структуры композитов оксидное волокно-интерметаллидная матрица;
Исследование кинетики перемагничивания гетероструктур Nb-PdFe-Nb;
Исследование резистивных характеристик пленок CuNi в окрестности критической концентрации ферромагнетизма;
Исследование структуры поверхности топологического изолятора Bi2SeTe2 при помощи сканирующей туннельной микроскопии;
Формирование и изучение ориентированных агломератов анизотропных наночастиц;
Приготовление и исследование джозефсоновских туннельных структур с ферромагнитным барьером для реализации джозефсоновских магнитных переключателей;
Зарождение и динамика доменных границ в ультратонких структурах Co/Pt с перпендикулярной анизотропией;
Структура и механические свойства сплава Al–Zn при интенсивной пластической деформации;
Влияние электромагнитного облучения на пластичность композитов из неорганических наночастиц и органических молекул;
Исследование дефектов в кристаллическом кремнии для солнечной энергетики методом тока, наведённого лазерным пучком;
Структура и свойства нанокристаллических материалов, получаемых интенсивной пластической деформацией аморфных сплавов на основе железа;
Влияние деформации на эволюцию структуры аморфных сплавов на основе алюминия;
Влияние состава на формирование и стабильность нанокристаллической структуры в аморфных сплавах на основе алюминия.
В качестве наиболее значимых научных результатов можно отметить результаты, полученные в рамках тем «Энергоэффективность, наноматериалы и бионаносистемы» (ПНР-5) и «Рациональное природопользование и устойчивое развитие регионов России» (ПНР-6).
Создана и отработана методика работы с камерой высокого давления с алмазными наковальнями с возможностью экспресс-анализа давления и визуализации образца. Отработана методика изучения процессов, идущих с образованием газообразной фазы в дифференциальном сканирующем калориметре, а также методика подготовки образцов для таких исследований. С использованием описанной методики проведены калориметрические исследования распада гидридов никеля, хрома и марганца высокого давления.
Доказана нанокластерная природа ферромагнетизма в ультратонких плёнках слабоферромагнитного сплава Pd0,99Fe0,01, выращенного на ниобии. Обнаружен эффект «низкотемпературной памяти» магнитной доменной структуры пермаллоя в гибридных структурах FeNi-Nb.
Методами рентгенографии, дифференциальной сканирующей калориметрии и просвечивающей электронной микроскопии исследовано образование аморфно-нанокристаллической структуры при кристаллизации металлических стёкол системы Al-Ni-Y. Показано, что температура начала кристаллизации зависит от химического состава сплава, а процесс кристаллизации сопровождается изменениями в структуре аморфной фазы: фазовым расслоением и образованием аморфных областей разного состава с разным ближним порядком. Установлено, что зарождение нанокристаллов в аморфной фазе происходит по гетерогенному механизму. Обнаружено, что размер выделяющихся нанокристаллов алюминия зависит от состава сплава.
Обнаружен новый фазовый переход в неизвестную ранее структуру в оксиде Y2O3, вызванный образованием межзёренных границ при прессовании нанопоршков. Показано, что увеличение размера исходных кристаллитов Y2O3 выше определённого уровня приводит к подавлению этого фазового перехода. В основе интерпретации природы обнаруженного фазового перехода, индуцированного межзёренными границами, лежит предположение о повышении химического потенциала системы за счёт энергии межзёренных границ до уровня, соответствующего новому структурному состоянию Y2O3. Сделано предположение, что вблизи температуры плавления Y2O3 также испытывает фазовый переход в аналогичную фазу и в моно-, и в микрокристаллическом состоянии.
Исследованы монокристаллы железосодержащих сверхпроводников Ba(FeAs)2, легированных фосфором. Вихревая структура изучалась с помощью метода декорирования. Впервые для железосодержащих сверхпроводников на допированных фосфором монокристаллах наблюдались крупные домены треугольной вихревой решетки.
Измерены спектры пропускания и вращения плоскости поляризации света на совершённых образцах холестерических фотонных кристаллов. Обнаружены особенности в спектрах вращения плоскости поляризации, связанные с маятниковыми осцилляциями, предсказанные теоретически, но до настоящего времени не наблюдавшиеся. Экспериментальные данные проанализированы на основе решения уравнений Максвелла и подхода, основанного на соотношениях Крамерса-Кронига.
Изучена динамика доменной границы (ДГ) в образце Pt(100Å)/Co(6Å)/Pt(30Å), помещенном в градиентное магнитное поле. Исследованы колебания ДГ в двух режимах движения: при крипе и при вязком режиме. Измерены амплитудо-частотные характеристики доменной границы при разных амплитудах поля. Обнаружено, что в спектре колебаний ДГ отсутствуют резонансы, и он носит релаксационный характер.
В результате исследования, посвященного влиянию материала подложки на характер упорядочения молекул в тонких плёнках индиго, было установлено, что природный краситель индиго проявляет свойства амбиполярного полупроводника, показывая хорошие проходные и выходные электрические характеристики в полевых транзисторах, изготовленных на его основе. Кроме того, индиго проявляет полупроводниковые свойства, только будучи нанесённым на алифатические углеводородные диэлектрики. В данной работе были изготовлены и исследованы плёнки индиго, нанесённые на различные диэлектрические подложки. Выявлена корреляция между кристаллической структурой плёнок и свойствами материалов, использованных для изготовления диэлектрической подложки.
В ходе выполнения работы по формированию и исследованию композитов на основе керамических и углеродных наноматериалов было определено минимальное количество наноуглеродных добавок для получения композитов с теплопроводящими и электропроводящими свойствами, изучено влияние строения и количества наноуглеродных добавок на прочностные свойства композитов. Выявлены оптимальные способы формирования углерод-керамических материалов. Определены оптимальные методики получения углерод-керамических композитов с заданными свойствами и предложены наиболее перспективные области использования разработанных композитов.
В процессе выполнения работы по исследованию кислотно-основных и фотохимических свойств нафтол-стирилхинолиновой диады были изучены спектрально-люминесцентные свойства диады SQ-M-Np в зависимости от рН среды, исследована кинетика фотолиза под действием света с разной длиной волны, измерены квантовые выходы реакции фотоизомеризации SQ-M-Np в нейтральной и протонированной формах в сравнении с фотолизом модельного метоксистирилхинолина. На основании полученных данных оценена возможность использования диады в качестве модели фотоуправляемых молекулярных переключателей и логических вентилей со считыванием выходного сигнала по оптической плотности и люминесценции.
В работе по фазовым превращениям нитрида кремния в условиях высокого динамического давления было произведено ударно-волновое нагружение нитрида кремния с усиленным нагревом при сжатии в ударной волне и резкой закалкой новой фазы при разгрузке за счёт добавления в образец щёлочно-галоидной соли (метод высокотемпературного ударного сжатия, ВТУС). Ритвелдский рентгенофазный анализ сохранённого продукта показал, что применение метода ВТУС приводит к появлению новой кубической фазы в образце с относительно большим её выходом – 15%.
Учебная работа
В 2012 г. состоялся второй выпуск факультета. Дипломы специалиста получили 16 человек, в т.ч. 4 – диплом с отличием.
Проведён первый приём в аспирантуру. Приняты 4 человека, из которых 2 – выпускники факультета.
Совместно с журналом «Популярная механика» и фирмой «Dyson» факультет провёл Фестиваль научно-технических и инженерных проектов среди студентов и школьников (нояб.).
С участием студентов в отечественных и зарубежных научных журналах опубликовано 37 статей и тезисов докладов. Сделано 27 докладов на конференциях, симпозиумах и съездах.
Конференции
Факультет принял участие в IV всероссийской школе-конференции для молодых учёных «Макромолекулярные нанообъекты и полимерные нанокомпозиты».