 |
Еженедельник Объединенного института ядерных исследований (Электронная версия с 1997 года) |
№ 28 (4018) от 9 июля 2010:
- Сообщения в номер
- На сессии ПКК по физике конденсированных сред:
- Комплекс "Бета": забита первая свая
- В новом парке у набережной
- ИБРу - полвека, или Возвращение в молодость
- Грид-технологии для науки, образования, бизнеса
- В.В.Фильченкову - 70 лет
- Павел Зарубин: "Опять синергетика!"
- Навстречу Дню города
- НОВОСТИ
На сессии ПКК по физике конденсированных сред
Создать наноматериалы с заданными свойствами помогут физики
Дважды на трибуну для доклада на сессии ПКК выходил Денис Козленко, начальник научно-экспериментального отдела нейтронных исследований конденсированных сред Лаборатории нейтронной физики имени И.М.Франка, лауреат премии Европейского сообщества по исследованиям при воздействии высоких давлений, победитель конкурса на соискание грантов Президента России 2010 года для молодых ученых - докторов наук в области физики и астрономии. Первое его выступление посвящалось состоянию работ по созданию одной из новых установок для исследований на реакторе ИБР-2М - дифрактометра ДН-6. Второй доклад был посвящен совместным исследованиям ЛНФ и институтов стран-участниц в области физики наносистем и наноматериалов.
 |
| Доктор Денис Козленко (ЛНФ) - обладатель гранта Президента России и лауреат премии ЕС. |
- Наноматериалы - это некая особая форма организации вещества, которая позволяет получать новые свойства, недоступные в обычных формах. Соответственно, новые свойства открывают возможность новых применений в различных областях промышленности, технологиях и т.д. Это и определяет интерес к наноматериалам, который наблюдается во всем мире и у нас в стране, особенно в последние годы. В Объединенном институте ядерных исследований эта тема также очень востребована, она имеет мультидисциплинарный и межлабораторный характер.
В частности, в ЛНФ завершается модернизация импульсного реактора ИБР-2М, что откроет новые возможности для таких исследований. Но и сейчас, несмотря на то, что реактор находится на остановке, мы все равно ведем исследования, основываясь на кооперации с научными центрами России, других стран-участниц нашего Института, и, соответственно, решаем проблемы, связанные с исследованием наноматериалов.
Круг задач широкий, их можно разделить на несколько групп. Это наноструктурированные материалы с интересными для применения свойствами: они могут быть в виде слоистых структур (скажем, пленок), наноструктурированных материалов, где присутствуют наноразмерные агрегаты, биологические материалы, и т.п. Любой биологический объект, по сути дела, - нанообъект, причем многие из таких объектов: белки, липидные мембраны, - играют очень важную роль.
Оказывается, что ядерно-физические методы рассеяния нейтронов позволяют эффективно решать задачи по исследованию наноматериалов благодаря уникальным особенностям взаимодействия нейтронов с веществом. По сути, наша основная задача - определение микроскопических основ формирования свойств материалов. Известно, что атомы связаны между собой, и от типов атомов и их взаимодействия будут зависеть свойства того или иного материала. Чтобы понять, почему материал имеет именно такие свойства, необходимо понимать, как материал устроен. Эту задачу мы и решаем. На основе сопоставления структурных параметров, наблюдаемых физических свойств можно прогнозировать свойства материала.
В структуре наноматериалов присутствует характерный размер порядка нескольких нанометров, поэтому это, как правило, уже не атомный, а надатомный уровень организации вещества. Могу привести простой пример: интересный оптический наноматериал - силиконовое стекло, допированное оксидами церия и титана. Даже при небольшом добавлении в стекло этих веществ происходит сильное изменение его цвета. Фактически меняется граница цветового поглощения, и можно варьировать оттенки, скажем, от желтого до оранжевого. Чтобы получить такое изменение цвета, оказывается, в стекло нужно добавить лишь несколько процентов этих оксидов. Это связано с тем, что добавленные атомы образуют нанокластеры размером примерно 30-40 нанометров, которые и вызывают изменение оптических свойств.
Если говорить о биологических наноматериалах, то исследование липидных мембран, например, важно для моделирования процессов доставки лекарств в организм человека. Другая интересная тема, которая у нас исследуется, - магнитные жидкости. Это коллоидные системы магнитных наночастиц в жидкой среде, которые планируется применять, например, в перспективном методе магнитной гипертермии для лечения опухолевых заболеваний. Если ввести такую жидкость в клетки опухоли, то температуру магнитных наночастиц можно увеличивать за счет приложения импульсного магнитного поля. Оказывается, что клетки опухоли погибают при меньших температурах, чем здоровые клетки. А значит, можно выбрать такую температуру, что здоровые клетки останутся живыми, а клетки опухоли погибнут.
У нас в лаборатории проведены работы по стабилизации магнитных наночастиц в разных органических растворителях. И показано, что выбор растворителя фактически меняет размер наночастиц в магнитной жидкости, причем меняет довольно сильно - в полтора раза. Естественно, чем меньше размеры, тем лучше проникаемость в клетки, выше эффективность.
Можно еще сказать об исследовании биогенных феррогидратных частиц, то есть магнитных наночастиц, которые получены как продукт жизнедеятельности бактерий. Оказалось, что в этом случае частицы имеют более цилиндрическую форму, что также влияет на свойства и проникающую способность в клетки. Это только некоторые примеры.
Вы стали победителем конкурса 2010 года по государственной поддержке молодых российских ученых - докторов наук с проектом "Структурная и магнитная нейтронография сложных оксидов переходных металлов в широком диапазоне термодинамических параметров". Это фундаментальная или прикладная работа?
Это работа на стыке фундаментальных и прикладных исследований. Соединения, которые планируется изучать, - сложные оксиды переходных металлов. Они содержат марганец, кобальт, железо и другие элементы, например, редкоземельные, и, конечно, кислород. Эти материалы, с одной стороны, демонстрируют ряд интересных, уникальных физических явлений, например, колоссальное магнитное сопротивление, что предполагается использовать для создания материалов для хранения и обработки информации, считывания информации с устройств и т.д. Кроме того, кобальтиты, например, используются как электроды в твердотельных топливных элементах. Это прикладной аспект.
С другой стороны, интересны фундаментальные явления, которые демонстрируют эти материалы, например, переходы диэлектрик - металл, различные типы магнитного упорядочения, особенности электронной конфигурации, изменение которых сильно влияет на физические свойства.
В ходе работ по гранту будет исследоваться кристаллическая и магнитная структура, то есть, фактически, расположение атомов в кристаллической структуре и расположение магнитных моментов, поскольку это магнитные соединения. И на основе этих исследований можно будет понять механизмы явлений, которые в этих соединениях происходят на структурном уровне, с одной стороны. А с другой стороны, данные, которые мы получим, будут важны именно для отработки научных основ синтеза веществ с заданными свойствами либо прогнозирования этих свойств.
Вера ФЕДОРОВА, фото Елены ПУЗЫНИНОЙ.
