Новини

 

До Міжнародної конференції з фізики рідин. Революційний прорив у фізиці наноматеріалів.

17.05.2010
В ХХІ ст. за оцінкою видатніших наукових експертів найважливіше місце в різноманітних галузях науки, техніки, промисловості займатиме створення та застосування наноматеріалів. Значний внесок в розвиток фундаментальних підвалин розвитку науки про наноматеріали зроблено українськими вченими, особливо дослідниками із відомих Київської та Харківської наукових шкіл, здобутки яких знайшли всесвітнє визнання.
В Комітет з Державних премій України в галузі науки та техніки представлено цикл наукових праць «Квантові ефекти і структурна самоорганізація нових багатофункціональних наноматеріалах». Складовою частиною цього циклу є дослідження рідинних систем з фулеренами та нанотрубками, виконані вченими Київської наукової школи під керівництвом академіка НАН України Л.А.Булавіна. Дослідження проводили на кафедрі молекулярної фізики Київського національного університету імені Тараса Шевченка, в інституті ядерних досліджень НАНУ, в об’єднаному інституті ядерних досліджень (м. Дубна, Росія), інституті фізики твердого тіла та оптики Угорської академії наук (м. Будапешт, Угорщина). Широко результати таких досліджень будуть представлені на Міжнародній конференції «Фізика рідкого стану: сучасні проблеми», яка відбудеться з 21 по 24 травня 2010 року в Києві.
Як відомо, фулерени являють собою речовини, молекули яких складаються з великого (більшого за 20) числа атомів вуглецю (С). Найбільшу стабільність має молекула С¬¬¬60. В системах «рідина – фулерен» молекули можуть самоорганізовуватись і утворювати кластери.
Інтерес до систем «рідина - фулерен» пов'язаний, в першу чергу, з їх застосуванням у медицині. При цьому молекули фулерену відіграють роль засобу транспортування атомних груп, що мають лікувальні властивості. З такої точи зору набуває важливого значення проблема утворення кластерів молекул фулерена, оскільки швидкість згаданого транспортування суттєво залежить саме від розміру кластеру.
Досліджувались різні типи рідинних наносистем: «С60–вода», «С60–толуол», «С60– бензол», «С60-N-метил–2-пірролідон(NMP), «С60-NMP-вода», «нанотрубки-вода». Загальна мета досліджень полягала у тому, аби виявити особливості структури системи, зокрема особливості кластероутворення, які спричинено типом рідини. Цій меті був підпорядкований вибір об’єктів: як рідинні середовища систем, поряд з водою, було використано полярні (NMP) та неполярні речовини (толуол, бензол).
Для визначення розмірів фулеронових кластерів було використано метод малокутового розсіяння нейтронів. Було знайдено функцію розподілу кластерів за розмірами для системи «С60-вода». Виявилось, що у цій системі 70% кластерів має розмір менший за 30 нм. Як відомо, однією з переваг згаданого метода є можливість визначити внутрішню структуру агрегату. Саме ця обставина дозволила встановити, що всередині кластера вода практично відсутня. Молекули фулерена в кластері щільно упаковані: густина упаковки 0,74. Кластер оточує гідратна оболонка товщиною порядку декількох нм. Ця оболонка забезпечує стабільність кластерів. Для системи «С60- NMP» метод мало кутового розсіяння нейтронів зафіксував наявність великих кластерів із розміром порядку 100 нм. Додавання води до згаданої системи призводить до руйнування таких кластерів і появи малих кластерів, що складаються з декількох молекул. Показано, що даний ефект має порогів характер: руйнування кластерів починається, коли об’єм води досягає 40%.
При додаванні води спостерігалась зміна оптичного спектру поглинання – поява піка,характерного для водної системи фулерена, що свідчить про гідратацію наноутворених кластерів.
Для системи «С60-толуол» на основі аналізу електронних спектрів було встановлено, що кластерна структура має фрактальний характер і її розмірність дорівнює 2,1. Структурною одиницею є сферичний кластер, що складається з 13 молекул.
Структура цієї системи досліджувалась за допомогою математичного моделювання із використанням метода молекулярної динаміки. Було встановлено, що введення молекул фулерену призводить до порушення орієнтаційного порядку в толуолі.
Цей же метод було застосовано для вивчення системи «нанотрубки-вода». Також спостерігалось порушення орієнтаційного порядку, спричинене появою домішок (в даному випадку - нанотрубок).
Досліджувався вплив домішок (0,18–0,78 г/л) фулерена С60 на термодинамічні характеристики толуола. Експериментально отримано PVT(тиск,об’єм, температура) – діаграми. На основі цих діаграм встановлено, що при введені домішок фулерена суттєво зростає енергія міжмолекулярної взаємодії, збільшується ізотермічний модуль (в 1,5 рази), зменшується коефіцієнт теплового розширення.
Аналогічні дослідження було проведено для системи «С60-вода» в інтервалі концентрації фулерена 0,05-0,28 г/л. Встановлено, що введення домішок практично не призводить до зміни термодинамічних характеристик.
За допомогою метода квазіупружного розсіяння нейтронів була досліджена динаміка руху кластерів в рідинній системі «води-фулерен», вивчався вплив малих домішок фулерена на коефіцієнт самодифузії толуола та бензола.
Під керівництвом академіка Булавіна Л.А. були синтезовані та вивченні нанокомпозитні системи, компонентами яких є аморфні напівпровідникові полімер та фулерени С60, які можуть бути використані для створення елементів сонячної енергетики на основі органічних матеріалів та оптичного запис інформації. Вказані роботи академіка Булавіна Л.А. є унікальними у встановлені природи квантових ефектів і структурної самоорганізації в нових наноматеріалах та служать фундаментальною базою революційного прориву в фізиці наносистем і нанотехнологій.

Лауреат Державної премії України в галузі науки і техніки, член-кор. НАН України М.П.Куліш


Прес-центр
Інформаційно-обчислювальний центр університету

© Всі права захищені 1995-2024