Найактуальнішим завданням матеріалознавців останнім часом є активний пошук та створення матеріалів з якісно новими та контрольованими властивостями, які могли б задовольнити сучасні потреби людства в таких галузях як, наприклад, машинобудування, будівництво, передача та захист інформації тощо. Одним із пріоритетних напрямків досліджень у сучасній науці є вивчення властивостей нанорозмірних матеріалів, таких як графен, нанотрубки, фулерени, графітові нанопластинки. Не стоїть осторонь сучасних тенденцій і наш університет. Уже багато років на фізичному факультеті в складі кафедри загальної фізики працює група дослідників за напрямком «Нанорозмірні вуглецеві матеріали». Керівник групи – д.ф.м.н. Людмила Юріївна Мацуй. Основними напрямками наукових досліджень групи є дослідження структури та електрофізичних властивостей структурно різних форм нановуглецю та інтеркальованих сполук на їхній основі; дослідження  спін-залежних транспортних, магнітних властивостей низькорозмірних вуглецевих наноструктур, модифікованих (або інтеркальованих) перехідними металами та розробка і дослідження новітніх композитних матеріалів, включаючи полімерні нанокомпозити на основі структурно різних форм нановуглецю. У складі групи працюють як висококваліфіковані спеціалісти, так і аспіранти та студенти: Л.Вовченко, І.Овсієнко, О.Лазаренко, Т.Лень, О.Журавков, Ю.Перец, О.Яковенко, І.Сагалянов. Тематика досліджень охоплює як фундаментальні, так і прикладні наукові аспекти. Фундаментальні результати досліджень властивостей нановуглецевих матеріалів, отримані в рамках проектів держбюджетних тем, стали основою для продовження прикладних досліджень з метою впровадження цих результатів у виробництво. Дослідження проводяться в тісній міжкафедральній та міжфакультетській кооперації (хімічний та факультет радіофізики, електроніки та комп’ютерних систем, Інститут біології).

Актуальність досліджень нановуглецевих матеріалів підтверджується зацікавленістю зарубіжних колег. Так, багаторічна наукова  кооперація в галузі створення та дослідження фізико-хімічних властивостей наноструктурних вуглецевих матеріалів та композитів на їхній основі існує між науковими колективами лабораторії «Фізичне матеріалознавство твердого тіла»  КНУ та фізичним факультетом Технічного  університету Ільменау (науковий керівник проф. П. Шарф), Інститутом фізико-хімічного матеріалознавства Страсбурзького університету (науковий керівник доктор Ф. Ле Норманд). У рамках такої наукової кооперації співробітники лабораторії беруть участь у міжнародних програмах та проектах.

У рамках цих спільних досліджень не лише співробітники лабораторії , а й студенти-магістри, аспіранти проходять стажування в лабораторіях-партнерах, наприклад, у Технічному Університеті Ільменау під керівництвом ректора цього університету професора Пітера Шарфа, Страсбурзькому університеті під керівництвом професора Франсуа Ле Нормана. Результати отриманих досліджень регулярно представляють на міжнародних конференціях, таких як EMRS CARBON, ISIC тощо. На окрему увагу заслуговують кількість і якість публікацій. Більшість із них опубліковано в міжнародних фахових журналах, що реферуються базами Scopus та Web of Science. Систематично організовуються та проводяться міжнародні конференції, де здійснюється обмін досвідом із закордонними колегами. Так, наприклад, у співпраці з французькими та німецькими колегами за спільними проектами успішно проведено вже 4 школи-семінари, присвячені сучасним проблемам фізики та хімії вуглецевих наноматеріалів.

Співробітники лабораторії розробили та запатентували низку нових матеріалів, придатних для використання в функції каталізаторів доокиснення чадного газу та синтезу аміаку, електродів літієвих батарей та під час створення різних типів ущільнень.

Останнім часом увагу дослідників привернула проблема електромагнітного забруднення навколишнього середовища. На сьогодні в науковому світі визнано, що потенційна загроза впливу ЕМІ на більшу частину людства перевищує загрозу радіаційного забруднення. Паралельно існує завдання захисту конфіденційної інформації від несанкціонованого доступу й крадіжки, наприклад, шляхом несанкціонованого доступу до інформаційних мереж. Таким чином, розробка нових високоефективних матеріалів для захисту від електромагнітного випромінювання із заданими електрофізичними властивостями є надзвичайно важливим і своєчасним завданням. Наразі ведуться роботи з розробки ефективних поглинальних матеріалів за міжнародним проектом ”Новітні нанокомпозитні матеріали на основі низькорозмірних вуглецевих систем для електромагнітних екранів” у співпраці з науковцями нашого університету, Університету Ільменау (Німеччина), Інституту Матеріалознавства (Франція), Університету Бен-Гурон (Ізраїль) у рамках міжнародної програми НАТО „Наука за мир” (SCIENCE FOR PEACE). Реалізація цього проекту передбачає не лише створення дослідних зразків матеріалів, а і впровадження їх у промислове виробництво.

Розпочато новий напрямок досліджень, присвячений створенню та дослідженню метаматеріалів, тобто штучно сформованих і особливим чином структурованих середовищ, які мають електромагнітні властивості, що виходять за межі властивостей компонентів, з яких вони складаються. Метаматеріали синтезують шляхом введення в природний матеріал різних періодичних структур з найрізноманітнішими геометричними формами, які модифікують діелектричну і магнітну сприйнятливість матеріалу. Перші кроки в цьому напрямку здійснюються шляхом введення в полімерну матрицю наночастинок, які потім за допомогою електричних та магнітних полів структуруються в певному напрямку, утворюючи тривимірну або двовимірну електропровідну сітку в об’ємі полімеру. Перші результати вже представлені на міжнародних конференціях, таких як EMRS у м. Ліль, Франція та на симпозіумі “Carbon Materials in Science and Technology” у м.Торунь, Польща. Завзятість та наполегливість, професійний досвід учасників цієї групи та участь молодих учених у дослідженнях та проектах дають надію на дальший успіх та видатні наукові досягнення в галузі розробки новітніх наноматеріалів з розширеними функціональними властивостями, а також теоретичних та фундаментальних основ для прогнозування їхніх властивостей.

 

OLYMPUS DIGITAL CAMERAНа фото:

молодший науковий співробітник лабораторії Олександра Лазаренко під час стажування в технічному університеті Ільменау (Німеччина) виконує роботу з функціоналізації вуглецевих нанотрубок