Нанотехнологическое сообщество Нанометр, все о нанотехнологиях
на первую страницу Новости Публикации Библиотека Галерея Сообщество Объявления Олимпиада ABC О проекте
 
  регистрация
помощь
 

Факультет наук о материалах на XI Фестивале науки

Ключевые слова:  Фестиваль науки, ФНМ МГУ

Опубликовал(а):  Семенова Анна Александровна

17 ноября 2016

С 7 по 9 октября 2016 года в городе Москве проходил XI Фестиваль науки - центральное событие Всероссийского Фестиваля науки, который проводится в течение всего года в 80 регионах страны на 300 площадках. Организатором этого традиционного мероприятия выступает Министерство образования и науки Российской Федерации при поддержке МГУ имени М.В. Ломоносова и Правительства Москвы.

Ежегодно, с 4 по 9 октября, в мире празднуется Неделя Космоса, чтобы отметить вклад, который вносит космическая наука и техника в жизнь человека, и в этом году тема Фестиваля приурочена к 55-летнему юбилею космического полета Юрия Гагарина. Неизменным остался девиз Фестиваля – «Сделай свое открытие!».

В день открытия Фестиваля, 7 октября, в Фундаментальной библиотеке МГУ с приветственным словом выступили министр образования и науки Российской Федерации О.Ю. Васильева и ректор МГУ В.А. Садовничий. По оценке организаторов, площадки города посетили более 800 тыс. человек, а всего по стране научно-популярные мероприятия посетили более 2 миллионов человек. ВУЗы, академические институты, государственные научные центры, государственные корпорации и префектуры, научные музеи, другие исследовательские и инновационные центры Москвы - всего в рамках Фестиваля было задействовано 90 площадок в Москве, организовано и проведено более 2 тысяч различных мероприятий.

На центральной площадке Фестиваля - в Фундаментальной библиотеке МГУ - был представлен интерактивный стенд Факультета Наук о Материалах (ФНМ).

На нем были представлены различные интерактивные экспонаты, посвящённые различным исследуемым и разрабатываемым на факультете материалам, а так же микрофотографии материалов, полученные студентами, аспирантами и сотрудниками факультета с использованием оптических, атомно-силовых и электронных микроскопов. Важной особенностью ФНМ является обязательная научная работа, которую все студенты выполняют уже начиная с первого курса обучения. Именно поэтому студенты ФНМ представляли на стенде факультета экспонаты, с которыми непосредственно связана их научная работа.

Студенты 1 года магистратуры ФНМ Снежана Курбатова и Андрей Тихонов демонстрировали 3D-печать различных объектов и рассказали нам о своей работе – 3D печати искусственных костей.

- Добрый день, коллеги! Расскажите нам, пожалуйста, каким требованиям должен удовлетворять современный заменитель костной ткани.

- Создание искусственных заменителей костной ткани (костных имплантов), несмотря на долгую историю, является серьезным вызовом для химико-технологической практики. В современной медицине принят регенеративный подход к лечению, т.е. внедряющийся имплант способствует росту нативной костной ткани и в результате полностью заменяется ей. В связи с этим костный имплант должен соответствовать следующим характеристикам: биорезорбируемость, остеоиндуктивность, остеокондуктивность и достаточная прочность.

- А что означают эти непривычно звучащие для непосвященных слова?

- Биорезорбируемость - это постепенное растворение искусственного протеза в среде организма. Остеоиндуктивность - поддержание дифференцировки клеток-предшественников на поверхности материала в остеообразующие клетки. Остеокондуктивность - это необходимость задания определенной структуры материала для прорастания кровеносных сосудов и нервных окончаний, а также содействие свободному прохождению потоков веществ, способствующих росту костной ткани. Достаточная прочность необходима для манипуляций с материалом при хирургическом вмешательстве. Первые две характеристики связаны с рациональным выбором химического состава импланта и его модифицированием: так фосфаты кальция остаются перспективными материалами для создания костных имплантов. Для придания остеокондуктивных свойств необходимо наличие сквозных пор размерами более 100 мкм и общей пористости материала от 50 до 90%. Создание таких высокопористых материалов возможно технологией положительной реплики из высокопроницаемого ячеистого полиуретана.

- И для этого нужна трехмерная печать?

- В её основе лежит принцип создания трехмерных объектов путем послойного воссоздания трехмерной компьютерной модели. Так, путем модификации метода стереолитографии (послойной полимеризации светоотверждаемого мономера - SLA процесс), при котором в светоотверждаемую смесь вводится порошок фосфата кальция (к примеру, трехкальциевого фосфата), формируется модель с заданной структурой. После температурной обработки такого материала удаляется органическая часть, а фосфат кальция спекается, в результате чего получается высокопористый проницаемый керамический материал. При задании определенной структуры (например, структуры Кельвина) конечный материал обладает достаточной прочностью для проведения хирургических операций по имплантации. Также возможно использование метода термоэкструзионной трехмерной печати (FFF - Fused Filament Fabrication). С помощью этого метода печатается пластиковая форма с заданной структурой. Затем в такую форму заливается суспензия, содержащая порошок фосфата кальция. В ходе дальнейшей термической обработки происходит обратная репликация формы, и получается керамический материал заданной архитектуры. Эти методы позволяют получать индивидуальные для каждого пациента импланты.

На втором стенде в качестве примера реального использования новых материалов, уже нашедших применение, демонстрировалась модель железной дороги на магнитной подушке ("железная дорога будущего"), использующая эффект левитации сверхпроводников во внешнем магнитном поле. В представленной модели модель поезда ездит над поверхность ю железной дороги, не касаясь её. Модель создана с использованием сверхпроводящей ленты промышленного производства, над созданием которой трудились сотрудники, студенты, аспиранты и выпускники Факультета наук о материалах МГУ и кафедры неорганической химии Химического факультета МГУ. Студенты 2 года магистратуры ФНМ Рой Нигаард и Алексей Солдатенко рассказывают: «С момента своего открытия Карлом Александром Мюллером и Йоханнесом Георгом Беднорцем купратные высокотемпературные сверхпроводники (ВТСП) всегда были объектами для актуальных исследований. По ряду причин наибольшее внимание исследователей привлекал класс купратов с общей формулой RBa2Cu3O7 (где R – атом редкоземельного элемента). Сложная электронная структура открывает широкий простор для теоретиков, применяющих различные модели для описания и предсказания их свойств, а высокие критические температуры (<85 К) наряду с наличием сверхпроводимости второго рода делают их привлекательными для применения во многих отраслях промышленности.

Особый интерес, как с научной, так и с прикладной точки зрения, представляют собой тонкие пленки таких купратов. В силу выраженной анизотропии их свойств, требуется наличие высокоупорядоченной кристаллической структуры, которая сравнительно легко может быть реализована при эпитаксиальном росте сверхпроводящей фазы на подходящей подложке. За прошедшие тридцать лет в данной области удалось достичь больших успехов, однако новые потенциальные области применения постоянно требуют повышения качественных показателей тонких пленок купратных сверхпроводников.

Одним из таких показателей является устойчивость сверхпроводящего состояния во внешнем магнитном поле. Наиболее эффективным решением данной задачи оказалось введение нанодобавок в сверхпроводящую матрицу. Граница между чужеродным включением и фазой сверхпроводника служит центром напряжения, к которому прикрепляются вихри Абрикосова, и таким образом благодаря явлению пиннинга удается эффективно повысить значение напряженности второго критического поля. В качестве нановключений использовались различные перовскиты: BaZrO3, BaSnO3, Ba2YNb0.5Ta0.5O6 и многие другие, однако был предложен и другой путь – разбавление одних атомов РЗЭ металла, находящихся в сверхпроводящей матрице, атомами РЗЭ металла другого элемента. Такое сочетание не должно существенно снизить критическую температуру и критическую плотность тока, как в случае введения перовскитов (а возможно и повысить), в то время, как создаваемые напряжения также будут служить центрами пиннинга для квантовых вихрей, повышая технологические показатели получаемой пленки. Изучению влияния подобных модификаций на критическую температуру, критическую плотность тока и ее анизотропию во внешнем магнитном поле и посвящена наша работа».

Аспирант ФНМ Всеволод Чепиков также увлеченно рассказывает многочисленным посетителям своего стенда: «Мы занимаемся исследованиями, направленными на улучшение свойств высокотемпературных сверхпроводников (ВТСП) второго поколения. На всякий случай уточню, что для сверхпроводников “высокотемпературность” подразумевает сохранение сверхпроводимости (способности передавать ток без потерь энергии на сопротивление) при температуре кипения азота (-196 °С) в противоположность обычным или низкотепературным сверхпроводникам, приобретающим сверхпроводимость только при температурах около температуры кипения жидкого гелия (-269 °С). Все известные вещества, обладающие высокотемпературной сверхпроводимостью, являются керамикой, что затрудняет изготовление из них проводов и других конструкций. Материалы, называемые ВТСП-лентами второго поколения, представляют собой тонкую и гибкую металлическую ленту, взятую в качестве механической основы и слой сверхпроводника, нанесенный на нее, а также расположенные между ними слои, называемые буферными, и защитные слои серебра и меди поверх сверхпроводника. Наиболее важным показателем провода из ВТСП является его критический ток – максимальный ток, который можно пропустить без возникновения сопротивления. Важно сказать, что в повышении критического тока участвуют только повернутые определенным образом (так, чтобы кристаллографическая плоскость, в которой наблюдается сверхпроводимость, была параллельна поверхности ленты) зерна сверхпроводника. Соответствующая упорядоченность зерен, называемая текстурой, наследуется сверхпроводником от буферных слоев, но постепенно ослабляется с ростом толщины пленки. В связи с этим одно из направлений нашей работы – обеспечение сохранения текстуры для толстых пленок, к чему существуют различные подходы: подбор оптимальных условий роста ВТСП и введение добавок, препятствующих формированию неправильно ориентированных кристаллических зерен. Говоря о критическом токе ВТСП, нельзя не упомянуть, что он снижается при помещении образца в магнитное поле, это связано с формированием и движением в образце вихрей Абрикосова. А из того, что большинство применений ВТСП (электромагниты, электродвигатели и генераторы) связаны с работой сверхпроводника в магнитном поле, вытекает второе основное направление нашей работы: введение в сверхпроводник структур для закрепления (или пиннинга) вихрей Абрикосова. В качестве таких структур широко применяются разные перовскиты (BaSnO3, BaZrO3, BaCeO3), способные формировать несверхпроводящие наноколонны в матрице из ВТСП, эффективно закрепляющие на себе вихри Абрикосова».

Наконец, третьей точкой притяжения посетителей стенда ФНМ на Фестивале науки была установка, на которой аспирантом ФНМ Михаилом Берекчияном и к.х.н. Дмитрием Петуховым всем известный газированный напиток фильтровался через мембрану и тем самым освобождался от красителя. Все желающие могли сравнить вкус до и после фильтрации. Рассказывает аспирант ФНМ Михаил Берекчиян: «Проблема разделения смесей возникла невероятно давно и охватила совершенно разные сферы человеческой деятельности: от просеивания муки в повседневной деревенской жизни до фильтрации воздуха противогазами на войне. На основе многовекового опыта люди пришли к выводу, что наиболее удачно с этой задачей справляются мембраны. Поэтому оказывается неудивительным такое разнообразие их типов, какое мы имеем на сегодняшний день: полимерные, стеклянные, керамические, металлические… Не стоит забывать, что и в живой природе отыскать мембрану не составит труда: они являются неотъемлемой частью клеток. К настоящему времени разработано большое количество методов мембранного разделения как жидких, так и газовых смесей. Однако некоторые серьёзные проблемы всё ещё остаются нерешёнными, а ряд других требует усовершенствования. Среди таковых опреснение и очистка воды, фильтрация растворов белков и неорганических солей, очистка попутного нефтяного газа и получение индивидуальных газов. Покончить с этими проблемами представляется возможным с помощью относительно нового типа мембран – мембран из анодного оксида алюминия, которые обладают уникальной структурой с контролируемыми параметрами. Этим и занимается одна из научных групп ФНМ в лаборатории неорганического материаловедения».

Также на стенде ФНМ были представлены образовательные стенды, посвящённые электрохимической и солнечной энергетике.

Магистрант ФНМ Андрей Петров рассказывает об активно развиваемой на ФНМ перовскитной фотовольтаике: «Солнечные батареи на основе гибридных органо-неоргнанических перовскитов в настоящий момент являются одними из наиболее интенсивно развивающихся направлений альтернативной энергетики. В таких фотоэлементах в качестве поглотителя света выступают соединения состава ABX3, где, как правило, А=CH3NH3+, (NH2)2CH+; B=Pb2+, Sn2+; C=Cl-, Br-, I- со структурой перовскита. Особенностями таких соединений являются высокое поглощение в видимой области спектра и эффективный транспорт носителей заряда, что позволило повысить эффективность перовскитных солнечных батарей с 3.7% в 2009 до 22% в 2016 г., что уже превышает аналогичные показателя для поликристаллических кремниевых солнечных ячеек, при этом потенциальная стоимость производства таких фотоэлементов гораздо ниже, чем у их аналогов по эффективности. Работы по данной тематик проводятся на факультете при поддержке Субсидии МинОбрНауки РФ № 14.613.21.0053.

На отдельном стенде ответственный секретарь приёмной комиссии ФНМ к.х.н. Олег Брылёв и руководитель стенда ФНМ на фестивале науки к.х.н. Тарасов Алексей рассказывали абитуриентам и их родителям о истории создания факультета, особенности инновационного междисциплинарного учебного процесса «Системе ФНМ», а также о практике российских и зарубежных стажировок студентов Факультета Наук о Материалах МГУ.

К Фестивалю науки 2018 ФНМ готовит еще больший интерактивный стенд с практическими занятиями по травлению оксидных мембран, сборке литиевых батареек, созданию светоизлучающих диодов и многими другими современными материалами и с нетерпением ждет гостей!

Научно-популярный стенд, посвященный материалам для перовскитной фотовольтаики, был размещен в рамках выполнения и при поддержке проекта МинОбрНауки РФ № 14.613.21.0053.

Автор фотографий: Николай Белич, ФНМ МГУ.




Комментарии
Палии Наталия Алексеевна, 22 ноября 2016 14:16 
Прекрасный фоторепортаж

Для того чтобы оставить комментарий или оценить данную публикацию Вам необходимо войти на сайт под своим логином и паролем. Зарегистрироваться можно здесь

 

Неземная красота цветных метаморфоз ферромагнитных жидкостей
Неземная красота цветных метаморфоз ферромагнитных жидкостей

Пресс - служба МГУ: В МГУ разработали новую стратегию получения перовскитных солнечных ячеек
Сотрудники лаборатории новых материалов для солнечной энергетики факультета наук о материалах при участии коллег с химического факультета МГУ разработали новый метод, позволяющий получать высококристалличные пленки органо-неорганических перовскитов для солнечных ячеек. Результаты работы опубликованы в журнале Materials Horizons.

NT-MDT Spectrum Instruments на выставке ISPM Kyoto 2017
NT-MDT Spectrum Instruments продолжает принимать участие в Международной конференции по Сканирующей Зондовой Микроскопии (International Scanning Probe Microscopy conference). В этом году 19-я по счету конференция проходит в Киото, Япония с 15 по 19 Мая.

Магистратура на кафедре Фотоники диэлектриков и полупроводников
В Санкт - Петербурге, на физико-техническом факультете Университета ИТМО открылась новая кафедра, которая проводит первый набор в магистратуру. Это – базовая кафедра «Фотоники диэлектриков и полупроводников» при Физико-техническом институте им.А.Ф.Иоффе.

Научно-исследовательская работа студентов в 7 семестре. Тезисы докладов на студенческой научной конференции.
Сафронова Т.В.
Научные конференции студентов на факультете наук о материалах Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова (ФНМ МГУ) – являются многолетней традицией. Зимняя конференция в 7 семестре - как контрольная точка для студентов, неотрывно от учебного процесса выполняющих квалификационную работу бакалавра.

XIX Весенняя научная школа МГУ

Разыскиваются юные технари, химики и математики!
Во время весенних каникул с 27 марта по 2 апреля в Подмосковье пройдет Весенняя школа МГУ "ЛАНАТ". В программе школы практикумы по математике, химии, биологии, программированию, электронике.

Измерение неоднородности оптических свойств наночастиц PbSe в растворе при помощи двумерной фемтосекундной спектроскопии
Баранов Дмитрий Александрович
Заметка о статье в которой удалось измерить неоднородность оптических свойств квантовых точек селенида свинца в растворе методом двумерной оптической спектроскопии и увязать эту неоднородность с распределением квантовых точек по размерам.

Система практик ФНМ МГУ
А.Б.Тарасов, А.В.Кнотько, Е.А.Гудилин

Проектная работа

Сегодня становится все более популярной так называемая проектная работа школьников, однако на этот счет есть очень разные мнения. Мы были бы признательны, если бы Вы высказали кратко свое мнение по этому поводу путем голосования. Заранее благодарны!

Закон о реформировании РАН

В Совместном заявлении Совета по науке и членов Общественного совета Минобрнауки предлагается отозвать нынешний проект закона о "реформировании" РАН из Государственной думы и вернуться к его рассмотрению с соблюдением процедуры утвержденной постановлением Правительства РФ №851 от 25.08.2012, и указом Президента РФ №601 от 07.05.2012, которая была грубо нарушена. Мы предлагаем Вам высказать (анонимно) свое мнение в данном опросе, чтобы его статистические результаты были видны всем участникам опроса и общественности.

Проектная деятельность с точки зрения учителя

Это специальный опрос для учителей и представителей школ, которых мы просим оценить значимость предлагаемых материалов, мероприятий и перспективы их дальнейшего совершенствования на пути эффективного взаимодействия школ и ВУЗов. В опросе могут также участвовать школьники, студенты и аспиранты, особенно со своими критическими замечаниями в комментариях.



 
Сайт создан в 2006 году совместными усилиями группы сотрудников и выпускников ФНМ МГУ.
Сайт модернизирован для ресурсной поддержки проектной деятельности учащихся в рамках ГК 16.647.12.2059 (МОН РФ)
Частичное или полное копирование материалов сайта возможно. Но прежде чем это делать ознакомьтесь с инструкцией.