Материал со световыми «антеннами» разработали ученые ДВФУ и ДВО РАН

Ученые Института химии Дальневосточного отделения Российской академии наук при участии специалистов из ДВФУ разрабатывают новые материалы на основе ионов европия (Eu III) со световыми «антеннами». Некоторые из них можно применять для увеличения КПД солнечных панелей, другие — использовать в виде добавок к функциональным покрытиям, чтобы визуально наблюдать места наибольшего механического напряжения материала при нагрузках, — например, определять с высокой точностью наличие микротрещин на крыльях самолетов или в других деталях.

Перспективные результаты получены благодаря работе лаборатории светотрансформирующих материалов ИХ ДВО РАН под руководством доктора хим. наук А.Г. Мирочника, которая проводила синтез соединений и получение функциональных оптических материалов, при участии лаборатории электронного строения и квантово-химического моделирования ШЕН ДВФУ под руководством доктора хим. наук В.И. Вовны, где осуществлялись теоретическое моделирование соединений и получение экспериментальных фотоэлектронных спектров. В лаборатории светотрансформирующих материалов разработаны новые соединения лантанидов, обладающие механолюминесцентными свойствами. Такие соединения перспективны для обнаружения микротрещин в «критических объектах» (самолеты, автомобили, строительные объекты и т.д.). Ионы Eu (III) — самые «яркие». Исследователи в шутку называют европий «чемпионом люминесценции». При этом существуют другие элементы — лантаноиды (редкоземельные металлы) со свойствами, отличными от европия, способные расширить диапазон использования материалов. В дальнейшем ученые планируют добавить к соединениям редкоземельных элементов переходные металлы (например, цинк) для получения гетерометаллических комплексов. Это позволит достигнуть большей фотостабильности и расширить функциональные свойства материалов.

Благодаря плодотворному сотрудничеству коллективов Института химии ДВО РАН и ДВФУ удается прогнозировать свойства новых материалов. Исследователи лаборатории электронного строения и квантово-химического моделирования ШЕН ДВФУ создают теоретическую модель и оптимизируют молекулярный дизайн соединений, чтобы изменить или улучшить свойства материалов. Если они замечают в полученном «эскизе» что-то интересное, то химики-материаловеды Института химии проводят синтез и экспериментально подтверждают теоретическую модель.

«Мы идем от теории к практике, изучая электронную структуру химического соединения и детально разбираясь в механизме люминесценции комплексных соединений редкоземельных элементов (лантаноидов). Таких исследований мало, в силу сложности анализа. К слову, выходной файл расчета одного соединения занимает 20 МБ, на одно вещество таких файлов приходится около 5», — говорит один из авторов исследования, кандидат физ.-мат. наук, сотрудник Центра фундаментального материаловедения ДВФУ и ДВО РАН Антон Шурыгин.  

Опираясь на разрабатываемый подход, возможно точно и полно описать свойства и возможные области применения новых соединений и после этого провести их направленный синтез. Преимущество — в экономии времени, денег и сырья.

Разработка материалов с новыми свойствами для разных областей применения — одно из приоритетных направлений Стратегии научно-технологического развития Российской Федерации по ряду направлений —реализуется в сотрудничестве Российской академии наук и ДВФУ. Появление синхротрона на острове Русский сильно упростит задачу изучения электронной структуры комплексов редкоземельных металлов. Наличие собственной установки поможет обойти ограничения в виде больших очередей на работы, высоких ставок за время использования, к которым дополнительно прибавляются затраты на командировочные по причине удаленности других установок.

Пресс-служба ДВФУ,
press@dvfu.ru