23 апреля 2021 - Новости ДВФУ
Материал со световыми «антеннами» разработали ученые ДВФУ и ДВО РАН

Ученые из Дальневосточного федерального университета (ДВФУ) и Института химии Дальневосточного отделения Российской академии наук (ДВО РАН) разработали новый материал на основе ионов европия (Eu III) со световыми «антеннами». Он усиленно поглощает и испускает свет, и может стать основой других соединений. Некоторые из них можно применять для увеличения КПД солнечных панелей, другие — использовать в виде добавок к твердым материалам, чтобы визуально наблюдать места наибольшего напряжения материала при нагрузках, — например, определять с высокой точностью наличие микротрещин на крыльях самолетов или в других деталях.

Результаты получены благодаря развиваемому в ДВФУ и ДВО РАН методу молекулярного дизайна. Исследователи создают теоретическую модель и вносят изменения в молекулу, чтобы поменять или улучшить ее свойства. Если они замечают в полученном «эскизе» что-то интересное, то проводят синтез и экспериментально подтверждают теоретическую модель.

«Мы идем от теории к практике, изучая электронную структуру химического соединения и детально разбираясь в механизме/причинах 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. Один из интересных результатов, который наша команда получила при молекулярном моделировании лантаноидов — обнаружение механолюминесцентных свойств полученных соединений. Имея вид кристаллического порошка, они «реагируют» на попытку «раскрошить» кристаллы, испуская видимый свет или генерируя электрический ток. Например, тонкое покрытие на крыле самолета позволит фиксировать образование микротрещин. Если добавить такой порошок в бетон, можно будет визуально фиксировать деформацию строительных сооружений», — говорит один из авторов исследования, кандидат физ.-мат. наук, сотрудник Центра фундаментального материаловедения ДВФУ и ДВО РАН Антон Шурыгин. 

Опираясь на разрабатываемый в ДВФУ и ДВО РАН 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.

Ионы Eu (III) — самые «яркие». Исследователи в шутку называют европий чемпионом люминесценции. При этом существуют еще 14 элементов-лантаноидов (редкоземельных металлов) со свойствами, недоступными для европия и наоборот. На следующем этапе ученые планируют добавить к соединениям редкоземельных элементов переходные металлы (например, цинка), для получения гетерометаллических комплексов. Это позволит достигнуть большей фотостабильности и расширить физико-химические свойства получаемой структуры.

Разработка материалов с новыми свойствами для разных областей применения — одно из приоритетных направлений Стратегии научно-технологического развития РФ и основных исследовательских направлений в ДВФУ, которое университет реализует в сотрудничестве с Российской академией наук. Появление синхротрона на Русском острове 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 необходимо еще прибавить затраты на командировку ввиду удаленности других установок.

Пресс-служба ДВФУ,
press@dvfu.ru