В парке «Науки и искусства» Образовательного Центра «Сириус», в рамках форума «Наноград. Сириус. 2017» прошла апробация девяти образовательных модулей, разработанных в составе модельной программы дополнительного образования детей в каникулярный период, ориентированной на изучение естественных наук и основ нанотехнологий.
Программа создана на базе Центра «Сириус» по заказу Фонда инфраструктурных и образовательных программ (группа РОСНАНО).
Апробация модулей прошла в мастерских Нанограда, в лабораториях нанотехнологий и биохакинга ОЦ «Сириус», которые оснащены современным высокотехнологичным оборудованием. В качестве «практикующих мастеров» выступили сами разработчики – ученые и технологи, аспиранты и кандидаты наук – сотрудники ведущих университетов, научных центров и научно-производственных объединений из Москвы, Санкт-Петербурга, Орла.
В мастерской «Графен и Ко» стажёры под руководством аспиранта химического факультета МГУ Марии Володиной познакомились с 1D-, 2D- и 3D-наносистемами углерода и оксида кремния. Ребята самостоятельно получали графен, пройдя по стопам нобелевских лауреатов Новоселова и Гейма, и познакомились с химическими способами получения графена.
"Как известно, окисленный оксид графена обладает рекордными сорбирующими свойствами. Ребята смогли убедиться в этом, экспериментально сравнивая эффективность полученных образцов с силикагелями и активированным углем. «Мы смотрим разные вещества и проверяем, какое количество красителя они могут поглотить, - рассказывает мастер. - Активированные уголь, например, впитывает в себя вредные вещества, которые отравляют организм, но это не единственный возможный вариант: есть энтеросгель, полисорб, наноматериалы на основе углерода и, конечно, оксид графена".
В рамках мастерской «Вслед за красной таблеткой!», посвященной апробации модуля «Наномедицина и фармакология», стажёры знакомились с тенденциями развития современной медицинской диагностики, в том числе самостоятельно создавали липосомальные контейнеры для нанолекарств и обладающие уникальными свойствами магнитные жидкости.
Магнитные жидкости - это стабилизированные коллоидные растворы магнитных материалов, которые уникальны тем, что высокая текучесть сочетается в них с высокой намагниченностью частиц размерами 50-500 нанометров. Они перспективны не только для медицины, но для важных технологических процессов. "К примеру, магнитно-жидкостные муфты сцепления практически не изнашиваются и позволяют создать автомобиль с высокой износостойкостью и очень низким расходом топлива," - поясняет руководитель мастерской Тамуна Бахия, научный сотрудник АО НПП «Радий». Участники мастерской самостоятельно получали магнитные жидкости в лабораторных условиях.
«Мне очень нравится эта мастерская, медицинская сфера. Я знаю нашего мастера Тамуну Романовну Бахия как очень хорошего специалиста. Она очень доступно рассказывает теорию, и у нас есть возможность самостоятельно проверить все на практике. Буквально на днях мы делали магнитную жидкость, проверяли на гидрофобность вещества. После занятий в мастерской я даже думаю поступить на факультет наук о материалах в МГУ», - делится впечатлениями Ярослава Тимирбаева, г.Пенза.
На мастерской Ефима Колесникова «Светящиеся чернила, люминофор и тайна защитных знаков» апробировался модуль «Оптика и электроника». Здесь ребята создавали секретные люминесцентные чернила, которые видно только под ультрафиолетовой лампой. Светящимися чернилами они нанесли защитный знак надпись «Наноград» на денежную валюту летней школы – «нанокотик». Помимо люминесценции школьники познакомились и с другими оптическими явлениями, например, строением светодиода, который они разбирали и изучали под микроскопом. Также модуль познакомил стажёров с явлениями интерференции в тонкой пленке, принципами цветообразования, явлением поврехностного плазмонного резонанса.
«Светящиеся чернила всегда можно применить в нашей обычной жизни: защитные знаки есть на деньгах, на документах. Мне захотелось сделать свои светящиеся чернила. Мы сначала пробовали рисовать сами, но из нас получились не очень хорошие художники, поэтому теперь мы рисуем по трафарету. Свой рисунок я увезу домой, но пока не знаю, когда смогу его снова увидеть, ведь ультрафиолетовой лампы у меня дома пока нет,» - говорит Елизавета Сигова, г. Москва
Глубже познакомиться с возможностями работы сканирующего зондового микроскопа, узнать, как рождаются наноматериалы, самостоятельно и впервые получить наноматериал самостоятельно ребята смогли в мастерской «Вниз! Где очень много места…» под руководством к.ф.-м.н. Юрия Хрипунова из Орловского государственного университета. В этой мастерской ребята пытаются понять соотношение размеров разных элементов наномира. Они учатся работать с зондовым микроскопом и исследовать наноматериалы. Участники мастерской моделируют всевозможные наноструктуры и исследуют их с помощью современного исследовательского оборудования. Мастер, к.ф.м.наук Юрий Хрипунов, поясняет: «Это нужно для того, чтобы школьники понимали основные закономерности нанотехнологических материалов». Куратор мастерской надеется, что кто-то из его учеников, познакомившись с нанотехнологическими процессами и освоив нанотехнологическое оборудование, свяжет свою жизнь с созданием новых материалов и разработкой современных приборов и лекарств».
«Наверное, эта мастерская ближе всего к нанотехнологиям. Здесь можно прикоснуться к тому, что скрыто от оптических систем и глаз. Наноструктуры, которые мы исследуем, нельзя увидеть ни в обычный микроскоп, ни каким-либо другим способом. Размеры наноструктур можно получить, только физически рассчитав ее форму, размер, геометрию. Мы изучаем различные методы, методики, подходы, как это сделать. Одна из главных задач: создать гладкую поверхность, на которую можно будет нанести образец для исследований и поместить его в зондовый микроскоп. Я как химик смотрю на это не только с точки зрения обывателя, но и пытаюсь сопоставить с тем, что понимаю и знаю. На снимках, полученных зондовым микроскопом я, например, видел интересные вариации атомных орбиталей. То, что я сам изучал очень долго, теперь могу увидеть в мастерской непосредственно в жизни!» - делится Роман Бурлуцкий, г. Ижевск.
В мастерской «Бионика и тайны наноповерхностей» проходила апробация модуля «Нанопокрытия и наноповерхности». Под руководством Елены Юшковой, к.т.н, проектного менеджера Школьной лиги РОСНАНО наноградцы занимались одновременно биологией и технологиями. Юные исследователи наблюдают за живой природой и стремятся понять ее процессы и механизмы. Их главная задача – научиться воспроизводить эти процессы и создать изобретения и материалы, которые могут пригодиться людям. Таким образом, участники мастерской выступают и в роли исследователей, и в роли технологов, инженеров.
«Я выбрал это направление, потому что мне нравится биология. Мастерская очень хорошая. Мне интересно заниматься исследованием «эффекта лотоса», и я доволен тем, что здесь, в «Сириусе», в Нанограде, и что мы можем заниматься реальной наукой,» - говорит Дмитрий Жаглин, г. Воронеж, стажёр мастерской.
Мастерская «Нанокалейдоскоп» посвящена популяризации современных достижений нанотехнологий и была особенно интересна тем ученикам, которые интересуются научно-популярной журналистикой. Именно этот модуль позволяет расширить кругозор и разобраться в примерах успешного внедрения нанотехнологий в нашу жизнь. К примеру, на одном из занятий ребята занимались созданием молекулярных машин из подручных материалов. Участники мастерской воспроизводили наномашины, которые были созданы нобелевскими лауреатами по химии 2016 года.
«Молекулярные машины, – рассказывает мастер Екатерина Козлякова, аспирант факультета наук о материалах МГУ, – основа жизни, они управляют многими процессами в нашем организме. Например, белки-кинезины перевозят грузы по специальным микротрубочкам клеток, шагая по ним. Искусственные молекулярные машины могут стать основой для каких-то сложных механизмов в будущем подобно нанороботам.»
«Мне интересна тема, которой посвящена мастерская. Здесь мы занимаемся разными опытами, например, мы создавали мороженное с добавлением жидкого азота. Этим же способом можно получать наночастицы. Сейчас мы исследуем разные наноматериалы и делаем наномашину. Мне нравится делать что-то руками, изучать химию, которая стала понятной, потому что наш мастер очень хорошо все объясняет. «Я давно хотела узнать наномир, увидеть его своим глазами и в этой мастерской, можно сказать, я осуществляю свою мечту», - комментирует Виолетта Тен, участница мастерской.
Мастерская к.х.н, старшего преподавателя факультета о материалах МГУ Елены Климашиной «NANOСУПЕРМЕН» являлась апробацией учебно-исследовательского модуля «Нанотехнологии в спорте, в спортивной медицине». В этой мастерской ребята работали над созданием идеальной амуниции для занятий спортом. Палатка, рюкзак, кроссовки могут быть максимально качественными, если для их пошива использовать нанотехнологии и конструкционные материалы. Как «работает» стелька с памятью формы? Как сделать ткань водонепроницаемой, да еще и пуленепробиваемой? Чем пропитаны «серебряные» носочки? какой пастой и почему лучше всего чистить зубы?
«У нас есть идея создать идеальный кроссовок: непромокаемый, красивый, удобный и легкий. На ткань мы нанесли специальный водоотталкивающий спрей с наночастицами, чтобы поверхность стала гидрофобной. Затем мы нарисовали кроссовок и покрыли его люминесцентными красками для бега в темное время суток. А еще наш кроссовок будет содержать серебро для антибактериального эффекта, он будет легким – в качестве подошвы мы использовали пеноматериал – и пористым. Несмотря на большое количество химических воздействий, обувь будет оставаться дышащей, то есть обладать мембранными свойствами,» - готовится к фестивалю ученик 10 класса Богдан Семенов, г. Белгород.
Участники мастерской «НАНОсердце, бьющееся в электронной груди» увлеченно работали над созданием портативных химических источников тока, изучали и разбирали литий-ионные аккумуляторы, выясняя, как они устроены и как можно повысить их энергоемкость. «Эти аккумуляторы находятся либо в сердце, либо в желудке каждого современного гаджета: они питают его и заставляют жить», - объясняет название своей мастерской Александр Поляков, инженер факультета наук о материалах МГУ, автор учебного модуля «Энергоэффективность». Ребята внимательно исследуют конструкционные особенности аккумуляторов, какие химические процессы лежат в основе функционирования этого устройства. Один из химических источников тока, который удалось создать ребятам, был собран с помощью фруктов и овощей. На мастерской юные изобретатели предложили свою конструкцию источника тока – это два стержня с отходящими от него пластинами, которые перекрываются друг другом, и между ними протекает химическая реакция.
В мастерской «Нанотехнологии в сфере искусства» стажёрами исследовались технологии покрытия стекла серебряной протравой, способы окрашивания стекол с использованием наночастиц золота и серебра. На одном из занятий ребята сами создали серебряную протраву, нанесли ее кистями на поверхность стекла и подвергли термообработке. В результате на поверхности стекла возник желтый слой. «Перед нами стояла задача сделать бесцветное стекло цветным, не вводя краситель в саму поверхность, - поясняет мастер, преподаватель Центра педагогического матерства Максим Андреев. – Это называется протравное окрашивание». Именно такая технология окрашивания встречается на предметах художественного стекла. Кстати, в мастерской представлена коллекция, предметы которой были окрашены таким же способом – блюда из фаянса и стекла императорского фарфорового завода второй половины XIX века.
___
Главная особенность учебно-методических и образовательных материалов, созданных в рамках модельной программы дополнительного образования детей в каникулярный период, ориентированной на изучение естественных наук и основ нанотехнологий, – это организация и запуск самостоятельной исследовательской и проектной деятельности учащихся во время каникулярных школ.
Местом первой апробации программы стал Центр «Сириус». После завершения проекта осенью 2018 года эта учебная программа может реализовываться как в образовательном центре «Сириус», так и в других центрах дополнительного образования.
