Наука в Сибири
N 15 (2600)
12 апреля 2007 г.

УГЛЕРОДНЫЕ НАНОТРУБКИ:
ОТ МИЛЛИГРАММОВ —
К КИЛОГРАММАМ

Минуло чуть больше года, как в Институте неорганической химии СО РАН создана лаборатория физико-химии наноматериалов, призванная решать актуальные задачи этой бурно развивающейся отрасли. Заведующий лабораторией физико-химии наноматериалов доктор химических наук Александр ОКОТРУБ и ведущий научный сотрудник доктор химических наук Любовь БУЛУШЕВА прежде, чем перейти к делам своей молодой лаборатории, рассказали об истории зарождения столь популярной сегодня темы, о возникающих в связи с этим проблемах, поисках их решения в научном мире и достигнутых успехах.

Л. Юдина, «НВС»

А.О.: Где-то в начале 1990-х научный мир был очарован фуллеренами. Красивейшая молекула, состоящая из 60 атомов углерода, собранных в симметричный каркас, просто не могла не обладать удивительными свойствами, сулящими захватывающие перспективы. Открыли и идентифицировали ее, используя метод масс-спектрометрии, а спустя пять лет был найден способ производства фуллеренов в граммовых количествах. Естественно, для ученых — благодатное поле деятельности. Всем захотелось внести свой вклад в эту новую область науки и получить интересный результат.

Л.Б.: В лаборатории физико-химических методов, возглавляемой Л. Мазаловым, в которой мы начинали свою деятельность, в те годы был разработан оригинальный рентгеновский спектрометр, позволяющий исследовать электронную структуру различных веществ. К нам обращались коллеги со всей страны и даже из-за рубежа.

А.О.: Мы изучали электронное строение материалов, молекул. В содружестве с коллегами из Института кристаллографии РАН удалось создать кристаллы, с помощью которых получали очень хорошее разрешение спектров углерода. Кстати, других таких кристаллов до сих пор нет. В общем, лаборатория владела уникальным по тем временам методом и была заинтересована в расширении объектов исследования. Я в те годы занимался органическими молекулами, фторидами графита, ультрадисперсными алмазами. Естественно, что возник интерес и к исследованию фуллерена, представляющего собой новый класс углеродных соединений.

Л.Б.: В лаборатории работали экспериментаторы и теоретики, которые удачно друг друга дополняли. Я, как теоретик, вела расчеты спектров, что позволяло более детально разобраться с результатами эксперимента.

А.О.: Углеродные наноструктуры стали присутствовать в тематике постоянно. Начались поездки на конференции. Оказалось, огромное сообщество ученых интересуется наноуглеродом. Появились международные проекты — ИНТАС и другие. Более того, была попытка в 6-й Рамочной программе ЕС создать проект, объединив специалистов со всей Европы, занимающихся нанотрубками. Но — увы… Европейские эксперты не поверили, что можно наладить менеджмент сложной системы.

— Александр Владимирович, примерно в это же время или чуть раньше научные умы будоражила идея создания сверхпроводников. Как сосуществовали рядом два столь громких направления?

А.О.: Синтез сверхпроводящих систем — бум величайший! Углеродным структурам в этом плане повезло меньше, по-крайней мере, в нашей стране. Хотя появилась программа Миннауки «Фуллерены и атомные кластеры». И интерес к ней был достаточно высок, разве что средств выделялось не столь ощутимо. Мы в программе участвовали. Идей было много, одна из них — получение сверхпроводника на основе углеродных систем. Научные исследования в этом направлении до сих пор продолжаются. Потом было обнаружено, что углеродные структуры имеют интересные магнитные свойства. На основе фуллеренов создавались новые структуры — полимеризованный фуллерен, сверхтвердый, магнитный!

— А как на достижения коллег реагировали в Институте неорганической химии?

А.О.: По сути, мы находились в положении повторяющих, догоняющих, ибо в тяжелейшие для нашей науки дни упустили драгоценное время. Но то, что делали — делали неплохо. Научились синтезировать фуллерены, тут же их исследовали, характеризовали. Появились наши публикации за рубежом. В общем, мировое сообщество нас как бы признало. Но нам-то хотелось большего! У нас химический институт, а на первом этапе развития науки о наноуглероде этой проблемой занимались в основном физики. Поэтому некоторые наши работы о химической модификации углеродных наноструктур оказались вполне востребованными.

Л.Б.: Наш вклад в развитие данного направления был не очень весом, как впрочем, и всей российской науки. Но это был необходимый этап, иначе мы бы не смогли подняться на следующую ступень. Параллельно именно в те годы начались работы с углеродными нанотрубками — системами, получаемыми в тех же методах, что и фуллерены: химические подходы здесь весьма схожи.

А.О.: Замечу: нанотрубки — объект весьма загадочный. Синтезированные разными способами, в том числе каталитическими или высокотемпературным дуговым, нанотрубки очень сильно разнятся с точки зрения дефектности структуры. Сегодня все это понятно, но ведь надо было путем экспериментов и расчетов прийти к данным выводам: в результате нарушения «однородности» структуры появляются оборванные связи, локализованные электроны, дополнительная электронная плотность, что может значительно повлиять на свойства материала.

Итак, мы сосредоточили внимание на углеродных нанотрубках, которые сулили еще более интересные перспективы в исследовании, чем фуллерены. Причем, использовали многие из воззрений, опробованных на фуллеренах, которые являются их ближайшими родственниками.

— Александр Владимирович, еще несколько слов о фуллеренах. Столько говорилось о красивой молекуле, а надежды, можно считать, не оправдались?

А.О.: Дороги они чрезвычайно! На одной из конференций как-то подчеркивалось, что пока не будет найдено дешевых методов синтеза, о практическом их применении в больших масштабах не может быть и речи. Метод, используемый в настоящее время, является невероятно энергоемким, кроме того, выделение фуллеренов из продуктов синтеза также требует больших усилий.

— В принципе, где предполагается использовать фуллерены?

Л.Б.: В настоящее время основное применение фуллеренов находится в области, для которой цена не имеет существенного значения, — в медицине. Например, самое простое — соединения фуллеренов или нанотрубок могли бы являться своеобразным контейнером.

А.О.: Считается, что фуллерены могут оказывать противовирусное действие. Эндоэдральные соединения фуллерена, внутри которых находится металл, реагируют на воздействие магнитного поля. Таким образом, возникает возможность управлять этой системой, в частности, направляя ее в заданные области человеческого организма. В России уже есть компания, которая производит фуллерены в целях медицины. Правда, в некоторых случаях, например, когда говорят о «фуллереновых пирамидах», — это шаманство.

— Главное назначение углеродных нанотрубок?

А.О.: Одно из наиболее реалистичных применений — использование углеродных нанотрубок в наноэлектронике. Тоненькая углеродная проволочка может пропускать очень большие токи. Ведь графит, как известно, в отличие от многих других соединений, держит температуру до трех тысяч градусов, не разрушаясь. От разогрева графит становится только прочнее, многие свойства его улучшаются. Уже изобретена лампочка с использованием нанотрубки, которая может гореть чуть ли не вечно. В последние годы появился новый углеродный материал — графен, слой графита атомной толщины. Изменение формы и границы графена приводит к удивительному изменению его свойств. В электронике этот материал может заменить кремний.

Другое применение материалов на основе углеродных нанотрубок — тоже медицина. Привлекает то, что углеродные структуры являются биосовместимыми.

Л.Б.: В познании свойств углеродных нанотрубок мы вместе с мировым сообществом прошли несколько этапов. Исследовали многослойные трубки, в которых цилиндрические графитовые слои вложены друг в друга наподобие русской матрешки. Казалось, что только многослойные структуры и могут быть получены в синтезе.

А.О.: Однако, через два года после начала исследований в области углеродных нанотрубок научились синтезировать однослойные структуры. И это представлялось совершенной фантастикой — не должны они образовываться, и все тут! Тем не менее, оказалось, что все возможно. Надо только добавить катализатор. Стали заниматься выделением трубок, научились методам очистки и тому, как укладывать их на золотые электроды, измерять проводимость. В ряде случаев получились связки из углеродных нанотрубок, представляющие собой кристалл. Оказалось, процесс самосборки осуществляется уже в ходе синтеза.

Л.Б.: Но тут же обнаружились и проблемы: углеродные нанотрубки, составляющие кристалл, частично полупроводниковые, частично — металлические. Для применений в электронике следовало убрать металлические структуры. Нашли способы — выжигание, химическая модификация, разделение.

А.О.: А еще предстояло неупорядоченную структуру из углеродных нанотрубок превратить в ориентированную. И это научились делать. А текстурированный образец из ориентированных углеродных нанотрубок уже является элементом новых электронных устройств. Два года как существует методика синтеза массивов ориентированных однослойных нанотрубок.

— А как продвинулась в этом направлении ваша молодая лаборатория?

А.О.: Образно говоря, мы осваиваем отдельные стадии сложного процесса, но пока нет реальной возможности осуществить весь, свести воедино элементы технологии. Главное для нас сейчас — создать базу исследований. Пока ее не будет, не выйти на передовые позиции. При этом понятно, что невозможно в рамках одной лаборатории делать все. Поэтому в Сибирском отделении у нас имеется хорошая кооперация с Институтом катализа, Институтом автоматики и электрометрии, Институтом физики, Институтом физики полупроводников и другими. Исследования идут довольно широким фронтом, и мы надеемся на удачу.

— Цель видится вполне конкретная?

А.О.: Профессиональное решение научных задач. Лаборатория наша комплексная, реализуем сразу несколько методик. Мы уже говорили, что можем синтезировать нанотрубки с низкой концентрацией дефектов, получать фуллерены. Есть в лаборатории две установки для роста углеродных нанотрубок из газовой фазы с использованием катализаторов. Сейчас важно разработать полупромышленную установку, которая бы позволяла нам синтезировать в неделю килограммы! В настоящий момент за синтез мы имеем где-то миллиграммов двадцать, килограмм еле-еле нарабатываем за месяц. А заявки есть. Недавно был представитель японской фирмы, который хотел бы купить один килограмм углеродных нанотрубок. То есть очень важно для нас перейти на полупромышленное производство. После того, как мы синтезируем трубки, во многих случаях их требуется очистить от побочных продуктов. Это довольно сложная задача.

Продолжаем развивать методы характеризации — рентгеновскую спектроскопию, компьютерное моделирование. Моделирование, как известно, необходимо не только для того, чтобы объяснить эксперименты, но и чтобы предсказывать свойства. А за этим стоит полевая эмиссия, создание определенных устройств: плоские лампы, дисплеи, миниатюрные рентгеновские трубки, которые можно использовать для нужд томографической медицины.

Л.Б.: Но для того, чтобы создать такую рентгеновскую трубку, нужно прежде собрать определенную конструкцию. Для этого необходима кооперация не только со специалистами нужного профиля, но и с производственными предприятиями.

А.О.: Идей — множество. И огромное желание работать. Коллектив наш в основном молодежный. В этом году у нас должны пройти через разные виды защиты дипломов девять человек. Все мы варимся в котле общего интереса к наноструктурам и верим в будущее.

стр. 4

Наука в Сибири
N 6 (2591)
8 февраля 2007 г.

СИБИРЯКИ — ОБЛАДАТЕЛИ
ГРАНТОВ 2007 ГОДА
ФОНДА СОДЕЙСТВИЯ
ОТЕЧЕСТВЕННОЙ НАУКЕ

Попечительский совет Фонда содействия отечественной науке обнародовал в конце января 2007 г. имена лауреатов Фонда 2007 года в номинации «Выдающиеся ученые». Определены и победители конкурсов на гранты Фонда «Кандидаты и доктора наук РАН» и «Лучшие аспиранты РАН».

Гранты Фонда предназначены для поддержки плодотворной научной работы большой группы молодых ученых РАН. Размер одного гранта (до вычета подоходного налога) для аспиранта составляет 2000 долларов в год, для кандидата наук — 3000 долларов, для доктора наук — 5000 долларов. Гранты будут выплачиваться несколькими траншами в течение года в рублях по курсу Центробанка с мая 2007 года по март 2008 года.

В конкурсе принимали участие граждане РФ — учащиеся очной аспирантуры научных учреждений Российской академии наук, кандидаты наук, постоянно работающие в научных учреждениях РАН, возраст которых не превышал 35 лет, и доктора наук, работающие в научных учреждениях РАН, возраст которых не превышал 45 лет на момент подачи заявки.

Благотворительный общественный Фонд содействия отечественной науке создан в октябре 2000 года Президиумом Российской академии наук совместно с компаниями «Сибнефть» и «Русский алюминий».

Основными целями и задачами Фонда являются: материальная и моральная поддержка выдающихся российских ученых и талантливой научной молодежи; поднятие престижа науки в глазах российской и мировой общественности; попытка остановить отъезд талантливой научной молодежи в США и страны Западной Европы; налаживание плодотворного сотрудничества между научным сообществом и патриотически настроенными представителями крупного бизнеса страны; развитие благородных традиций российского меценатства.

Возглавляет Фонд президент РАН академик Ю. Осипов; вице-президенты Фонда: губернатор Чукотского Автономного Округа  Р. Абрамович, генеральный директор ОАО «Русский Алюминий» О. Дерипаска; председатель Попечительского совета Фонда: вице-президент РАН академик Н. Лаверов. Учредителями Фонда являются крупные представители российского бизнеса: Р. Абрамович, О. Дерипаска и А. Мамут.

Выдающиеся ученые

Попечительский совет Фонда содействия отечественной науке назвал имена 11 победителей 2007 года в номинации «Выдающиеся ученые» и имена трех лауреатов в этой номинации, гранты которым были продлены на второй год.

Среди лауреатов — ученые Сибирского отделения РАН:

• Боровков Александр Алексеевич, академик (г. Новосибирск);
• Накоряков Владимир Елиферьевич, академик (г. Новосибирск);
• Сакович Геннадий Викторович, академик (г. Бийск).

Кандидаты и доктора наук РАН

Попечительский совет и Экспертная комиссия Фонда объявили имена новых лауреатов конкурса 2007 г. в номинации «Кандидаты и доктора наук РАН». На конкурс было представлено более 1000 заявок. Определены имена 73 победителей конкурса: 43 кандидатов наук и 30 докторов наук. Кроме того, на основании анализа годовых научных отчетов Попечительский совет принял решение о продлении грантов Фонда на второй год 357 кандидатам наук и 70 докторам наук.

Приводим список лауреатов конкурса 2007 г. — сотрудников Сибирского отделения РАН.

Доктора наук

• Анненков Вадим Владимирович, Лимнологический институт СО РАН;
• Бабин Сергей Алексеевич, Институт автоматики и электрометрии СО РАН;
• Байкова Елена Валентиновна, Центральный сибирский ботанический сад СО РАН;
• Булушева Любовь Геннадьевна, Институт неорганической химии им. А. В. Николаева СО РАН;
• Волков Никита Валентинович, Институт физики им. Л. В. Киренского СО РАН;
• Глупов Виктор Вячеславович, Институт систематики и экологии животных СО РАН;
• Имомназаров Холматжон Худайназарович, Институт вычислительной математики и математической геофизики СО РАН;
• Коптюг Игорь Валентинович, Международный томографический центр СО РАН;
• Коренев Сергей Васильевич, Институт неорганической химии им. А. В. Николаева СО РАН;
• Коршунов Дмитрий Алексеевич, Институт математики им. С. Л. Соболева СО РАН;
• Лапко Василий Александрович, Институт вычислительного моделирования СО РАН;
• Матвеев Андрей Иннокентьевич, Институт горного дела Севера им. Н. В. Черского СО РАН;
• Орешкин Владимир Иванович, Институт сильноточной электроники СО РАН;
• Панин Сергей Викторович, Институт физики прочности и материаловедения СО РАН;
• Сокол Александр Григорьевич, Институт геологии и минералогии СО РАН;
• Старовойтов Виктор Николаевич, Институт гидродинамики им. М. А. Лаврентьева СО РАН;
• Суровцев Николай Владимирович, Институт автоматики и электрометрии СО РАН;
• Тюрина Элина Александровна, Институт систем энергетики им. Л. А. Мелентьева СО РАН
• Шарыпов Олег Владимирович, Институт теплофизики им. С. С. Кутателадзе СО РАН;
• Шмидт Елена Юрьевна, Иркутский институт химии им. А. Е. Фаворского СО РАН;
• Якимов Андрей Иннокентьевич, Институт физики полупроводников СО РАН.

Кандидаты наук

• Андреева Ирина Владимировна, Институт водных и экологических проблем СО РАН;
• Аржанникова Анастасия Валентиновна, Институт земной коры СО РАН;
• Бадмаева Саяна Васильевна, Байкальский институт природопользования СО РАН;
• Байжанова Надежда Романовна, Институт филологии Объединенного института истории, филологии и философии СО РАН;
• Балаев Дмитрий Александрович, Институт физики им. Л. В. Киренского СО РАН;
• Баранникова Светлана Александровна, Институт физики прочности и материаловедения СО РАН;
• Батяев Евгений Александрович, Институт гидродинамики им. М. А. Лаврентьева СО РАН;
• Бедарев Игорь Александрович, Институт теоретической и прикладной механики им. С. А. Христиановича СО РАН;
• Белозерцева Ирина Александровна, Институт географии им. В. Б. Сочавы СО РАН;
• Борисова Татьяна Степановна, Институт общей и экспериментальной биологии СО РАН;
• Бояндин Анатолий Николаевич, Институт биофизики СО РАН;
• Бурмистров Александр Васильевич, Институт вычислительной математики и математической геофизики СО РАН;
• Бушенкова Наталья Анатольевна, Институт геологии Объединенного института геологии, геофизики и минералогии им. А. А. Трофимука СО РАН;
• Быковская Елена Федоровна, Институт теплофизики им. С. С. Кутателадзе СО РАН;
• Васильев Андрей Викторович, Институт математики им. С. Л. Соболева СО РАН;
• Верховцева Наталья Валерьевна, Институт геологии и минералогии СО РАН;
• Головнева Елена Игоревна, Институт теоретической и прикладной механики им. С. А. Христиановича СО РАН;
• Грабельных Ольга Ивановна, Сибирский институт физиологии и биохимии растений СО РАН;
• Гришин Артем Евгеньевич, Институт археологии и этнографии СО РАН;
• Груздева Татьяна Владимировна, Институт динамики систем и теории управления СО РАН;
• Губанов Александр Иридиевич, Институт неорганической химии им. А. В. Николаева СО РАН;
• Дамдинов Булат Батуевич, Геологический институт СО РАН;
• Деев Евгений Викторович, Институт геологии нефти и газа Объединенного института геологии, геофизики и минералогии им. А. А. Трофимука СО РАН;
• Донская Татьяна Владимировна, Институт земной коры СО РАН;
• Доржиева Сэсэгма Гэлэгжамсуевна, Байкальский институт природопользования СО РАН;
• Дорошкевич Анна Геннадьевна, Геологический институт СО РАН;
• Дудко Дина Николаевна, Институт теоретической и прикладной механики им. С. А. Христиановича СО РАН, Тюменский филиал
• Еременко Виталий Андреевич, Институт горного дела СО РАН;
• Жимулев Егор Игоревич, Институт геологии и минералогии СО РАН;
• Зедгенизов Дмитрий Александрович, Институт минералогии и петрографии Объединенного института геологии, геофизики и минералогии им. А. А. Трофимука СО РАН;
• Зотина Татьяна Анатольевна, Институт биофизики СО РАН;
• Иванов Константин Львович, Международный томографический центр СО РАН;
• Каблуков Сергей Иванович, Институт автоматики и электрометрии СО РАН;
• Колесников Алексей Викторович, Институт физики полупроводников СО РАН;
• Коробков Михаил Вячеславович, Институт математики им. С. Л. Соболева СО РАН;
• Корсаков Андрей Викторович, Институт минералогии и петрографии Объединенного института геологии, геофизики и минералогии им. А. А. Трофимука СО РАН;
• Кузнецова Ирина Львовна, Институт химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН;
• Кузьмин Андрей Олегович, Институт катализа им. Г. К. Борескова СО РАН;
• Кулик Леонид Викторович, Институт химической кинетики и горения СО РАН;
• Латышева Анастасия Викторовна, Институт географии им. В. Б. Сочавы СО РАН;
• Линке Юлиана Юрьевна, Институт математики им. С. Л. Соболева СО РАН;
• Логашенко Иван Борисович, Институт ядерной физики им. Г. И. Будкера СО РАН;
• Лопаткин Дмитрий Александрович, Институт географии им. В. Б. Сочавы СО РАН;
• Лунина Оксана Викторовна, Институт земной коры СО РАН;
• Лысова Анна Александровна, Международный томографический центр СО РАН
• Магер Павел Николаевич, Институт солнечно-земной физики СО РАН;
• Макаров Александр Юрьевич, Новосибирский институт органической химии им. Н. Н. Ворожцова СО РАН;
• Маркова Евгения Владимировна, Институт систем энергетики им. Л. А. Мелентьева СО РАН;
• Мартьянов Олег Николаевич, Институт катализа им. Г. К. Борескова СО РАН;
• Матвеев Андрей Викторович, Институт катализа им. Г. К. Борескова СО РАН;
• Миронов Андрей Евгеньевич, Институт математики им. С. Л. Соболева СО РАН;
• Монгуш Андрей Александрович, Тувинский институт комплексного освоения природных ресурсов СО РАН;
• Мысовский Андрей Сергеевич, Институт геохимии им. А. П. Виноградова СО РАН;
• Наговицин Константин Евгеньевич, Институт геологии нефти и газа Объединенного института геологии, геофизики и минералогии им. А. А. Трофимука СО РАН;
• Никуличева Надежда Юльевна, Институт философии и права Объединенного института истории, филологии и философии СО РАН;
• Новопашин Алексей Петрович, Институт динамики систем и теории управления СО РАН;
• Обут Ольга Тимофеевна, Институт геологии нефти и газа Объединенного института геологии, геофизики и минералогии им. А. А. Трофимука СО РАН;
• Папин Андрей Владимирович, Институт угля и углехимии СО РАН;
• Петрова Павлина Николаевна, Институт неметаллических материалов ЯНЦ СО РАН;
• Поросев Вячеслав Викторович, Институт ядерной физики им. Г. И. Будкера СО РАН;
• Потанина Юлия Михайловна, Институт систем энергетики им. Л. А. Мелентьева СО РАН;
• Рева Владимир Борисович, Институт ядерной физики им. Г. И. Будкера СО РАН;
• Реутский Вадим Николаевич, Объединенный институт геологии, геофизики и минералогии им. А. А. Трофимука СО РАН;
• Рудой Евгений Михайлович, Институт гидродинамики им. М. А. Лаврентьева СО РАН;
• Рупышев Юрий Алексеевич, Институт общей и экспериментальной биологии СО РАН;
• Русин Евгений Владимирович, Институт вычислительной математики и математической геофизики СО РАН;
• Садовская Оксана Викторовна, Институт вычислительного моделирования СО РАН;
• Селезнева Ирина Александровна, Объединенный институт истории, филологии и философии СО РАН, Омский филиал;
• Семенова Ирина Александровна, Отдел физических проблем при Президиуме БНЦ СО РАН;
• Солодянкина Светлана Викторовна, Институт географии им. В. Б. Сочавы СО РАН;
• Сорокина Наталья Владимировна, Институт криосферы Земли СО РАН;
• Софронова Светлана Николаевна, Институт физики им. Л. В. Киренского СО РАН;
• Спектор Валентин Владимирович, Институт мерзлотоведения им. П. И. Мельникова СО РАН;
• Столяр Сергей Викторович, Институт физики им. Л. В. Киренского СО РАН;
• Тендитник Михаил Владимирович, Институт цитологии и генетики СО РАН;
• Терехов Владимир Викторович, Институт теплофизики им. С. С. Кутателадзе СО РАН;
• Терещенко Олег Евгеньевич, Институт физики полупроводников СО РАН;
• Токарев Вячеслав Вадимович, Институт систем энергетики им. Л. А. Мелентьева СО РАН;
• Убугунов Василий Леонидович, Байкальский институт природопользования СО РАН;
• Хе Александр Канчерович, Институт гидродинамики им. М. А. Лаврентьева СО РАН;
• Хобракова Валентина Бимбаевна, Институт общей и экспериментальной биологии СО РАН;
• Цыбикова Бэлэгма Амоголоновна, Байкальский институт природопользования СО РАН;
• Цыренов Бабасан Доржиевич, Институт монголоведения, буддологии и тибетологии СО РАН;
• Черняк Михаил Юрьевич, Институт химии и химической технологии СО РАН;
• Шабанова Елена Владимировна, Институт геохимии им. А. П. Виноградова СО РАН;
• Шайхутдинов Кирилл Александрович, Институт физики им. Л. В. Киренского СО РАН;
• Шалаев Алексей Александрович, Институт геохимии им. А. П. Виноградова СО РАН;
• Шипилов Сергей Эдуардович, Институт сильноточной электроники СО РАН;
• Шмаков Андрей Геннадьевич, Институт химической кинетики и горения СО РАН;
• Юсенко Кирилл Валерьевич, Институт неорганической химии им. А. В. Николаева СО РАН;
• Ян Петр Александрович, Институт геологии нефти и газа Объединенного института геологии, геофизики и минералогии им. А. А. Трофимука СО РАН.

Аспиранты РАН

Попечительский совет и Экспертная комиссия фонда назвали имена победителей конкурса 2007 г. «Лучшие аспиранты РАН» на соискание грантов в области естественных и гуманитарных наук для аспирантов научных учреждений Российской академии наук. На конкурс было представлено более 590 заявок по 7 научным направлениям: математические науки, физика и астрономия, биология, химия и науки о материалах, науки о Земле, инженерные и технические науки, общественные и гуманитарные науки. На основании результатов работы экспертной комиссии были определены имена 145 победителей конкурса. Кроме того, на основании анализа годовых научных отчетов Попечительский совет принял решение о продлении грантов Фонда на второй год 55 аспирантам научных учреждений РАН.

Приводим список сибиряков — лауреатов конкурса:

• Аммосова Ольга Александровна, Институт проблем нефти и газа Объединенного института физико-технических проблем Севера СО РАН;
• Аюржанаева Дулмажап Цыденешиевна, Геологический институт СО РАН;
• Бабурин Алексей Евгеньевич, Институт математики им. С. Л. Соболева СО РАН;
• Бессонов Александр Александрович, Институт неорганической химии им. А. В. Николаева СО РАН;
• Брызгунова Ольга Евгеньевна, Институт химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН;
• Власов Александр Анатольевич, Институт автоматики и электрометрии СО РАН;
• Гибшер Анастасия Анатольевна, Институт геологии и минералогии СО РАН;
• Гирсова Светлана Леонидовна, Институт физики прочности и материаловедения СО РАН;
• Гущин Артем Леонидович, Институт неорганической химии им. А. В. Николаева СО РАН;
• Ерченко Марина Александровна, Институт филологии Объединенного института истории, филологии и философии СО РАН;
• Ефремова Ольга Александровна, Институт неорганической химии им. А. В. Николаева СО РАН;
• Жимулев Федор Игоревич, Институт геологии нефти и газа Объединенного института геологии, геофизики и минералогии им. А. А. Трофимука СО РАН;
• Кильдюшева Алина Анатольевна, Институт археологии и этнографии СО РАН, Омский филиал;
• Козлов Михаил Геннадьевич, Институт ядерной физики им. Г. И. Будкера СО РАН;
• Колесникова Екатерина Сергеевна, Новосибирский государственный университет;
• Кормилец (Махутова) Олеся Николаевна, Институт биофизики СО РАН;
• Коротченко Мария Андреевна, Институт вычислительной математики и математической геофизики СО РАН;
• Кох Константин Александрович, Институт геологии и минералогии СО РАН;
• Крыжевич Дмитрий Сергеевич, Институт физики прочности и материаловедения СО РАН;
• Кузнецов Никита Александрович, Новосибирский государственный университет
• Лось Антон Васильевич, Институт математики им. С. Л. Соболева СО РАН;
• Лысенко Оксана Владимировна, Институт физики прочности и материаловедения СО РАН;
• Мальцев Роман Владимирович, Институт теплофизики им. С. С. Кутателадзе СО РАН;
• Пестунов Андрей Игоревич, Институт вычислительных технологий СО РАН;
• Подбережный Максим Юрьевич, Институт нефтегазовой геологии и геофизики им. А. А. Трофимука СО РАН;
• Портнягин Альберт Серафимович, Институт проблем нефти и газа Объединенного института физико-технических проблем Севера СО РАН;
• Почекунина Марина Валерьевна, Институт земной коры СО РАН;
• Пузынина Светлана Александровна, Институт математики им. С. Л. Соболева СО РАН;
• Романенко Светлана Анатольевна, Институт цитологии и генетики СО РАН;
• Савитский Вадим Александрович, Институт земной коры СО РАН;
• Селятицкий Александр Юрьевич, Институт минералогии и петрографии Объединенного института геологии, геофизики и минералогии им. А. А. Трофимука СО РАН;
• Семенов Матвей Егорович, Институт проблем нефти и газа Объединенного института физико-технических проблем Севера СО РАН;
• Степанюк Галина Анатольевна, Институт биофизики СО РАН;
• Сухачев Александр Леонидович, Институт физики им. Л. В. Киренского СО РАН;
• Тимина Татьяна Юрьевна, Институт геологии и минералогии СО РАН;
• Тимонин Владимир Владимирович, Институт горного дела СО РАН;
• Цыбенов Юрий Бадмажапович, Институт общей и экспериментальной биологии СО РАН;
• Чернышев Кирилл Андреевич, Иркутский институт химии им. А. Е. Фаворского СО РАН;
• Шеин Александр Николаевич, Институт геофизики Объединенного института геологии, геофизики и минералогии им. А. А. Трофимука СО РАН;
• Юркин Максим Александрович, Институт химической кинетики и горения СО РАН;

Подготовлено по материалам
сайта Фонда поддержки
отечественной науки
http://www.science-support.ru/
стр. 8-9

Наука в Сибири
N 1-2 (2586-2587)
11 января 2007 г.

ОТ СУПРАМОЛЕКУЛЯРНОЙ ХИМИИ
К НАНОМАТЕРИАЛАМ

Термин «супрамолекулярная химия» введен выдающимся французским химиком, лауреатом Нобелевской премии 1987 г. Ж.-М. Леном и определен им как «…химия за пределами молекулы, описывающая сложные образования, которые являются результатом ассоциации двух (или более) химических частиц, связанных вместе межмолекулярными силами». Бурное развитие этой молодой науки в большой мере обусловлено ее междисциплинарным характером. Супрамолекулярная химия охватывает разнообразные явления из многих научных областей — органической и координационной химии, физической химии, биологии, физики, материаловедения и т. д. Эта наука обладает широким спектром уникальных возможностей для направленного создания наноматериалов и поэтому привлекает все больше ученых из разных стран.

Профессор В. Федин, директор Института
неорганической химии им. А. В. Николаева СО РАН

Объекты классической химии — молекулы, объекты супрамолекулярной химии — супермолекулы и их ансамбли. Супрамолекулярные ансамбли представляют собой сложные конструкции определенной архитектуры. Они строятся самопроизвольно из комплементарных, т. е. обладающих геометрическим и химическим соответствиям, фрагментов, подобно спонтанной сборке сложнейших пространственных структур в живой клетке. Подбор условий для такой сборки за счет перегруппировок молекул в бесконечно разнообразные комбинации и структуры приводит к материалам с новыми интересными свойствами.

Цель исследований, проводимых в Институте неорганической химии им. А. В. Николаева СО РАН — создание новых наноматериалов с использованием методов супрамолекулярной химии. Объектами нашего интереса, в частности, являются два класса соединений — пористые металл-органические полимеры и молекулярные контейнеры.

Металл-органические координационные полимеры, как видно уже из названия, построены из чередующихся в пространстве атомов металла и координированных к ним органических фрагментов. Используя различные металлы и различные органические фрагменты, химики научились получать пористые полимеры, в которых размеры пор могут изменяться от долей нанометра до нескольких нанометров. Структура таких соединений напоминает ажурные строительные леса или пчелиные соты. Пчелиные соты могут быть заполнены медом, а в пористых соединениях имеется достаточно места для размещения молекул так называемых «гостей», которые могут по команде химиков входить в эти поры и покидать их. Очень интересный пример таких гостей — молекулы водорода. Хорошо известно, что в недалеком будущем основным видом топлива будет водород. Предполагают, что к 2025 г. 20 %, а к 2050 г. — все 100 % автомобилей в Европе будут использовать водород в качестве топлива. Водород — идеальное топливо, источники водорода не ограничены (в отличие от невозобновляемых запасов нефти, газа и угля), при сгорании водорода выделяется много энергии и образуется вода, которая, в отличие от углекислого газа, не является парниковым газом. Но у водорода существует и большой недостаток — это взрывоопасный газ, который занимает слишком много места. Задача химиков — создание таких материалов, которые будут способны аккумулировать как можно большее количество водорода. Исследования, выполняемые в различных лабораториях, в том числе в ИНХ СО РАН, показывают, что пористые металл-органические полимеры — чрезвычайно перспективные материалы для решения глобальной задачи хранения водорода.

Тенденции развития мировой химической, фармацевтической, парфюмерной промышленности свидетельствуют о растущей потребности в получении так называемых оптически чистых хиральных органических соединений (хиральность — свойство объекта быть несовместимым со своим изображением в зеркале). Так, большинство лидирующих по продажам современных медпрепаратов — оптически чистые хиральные соединения. К примеру, объём мировых продаж лишь одного препарата (S)-омепразола, применяющегося для лечения язвенной болезни, в 2003 году превышал 3,8 млрд долларов. Как правило, биологической активностью обладает только один оптический изомер, в то время как второй может оказаться ядом, канцерогеном или мутагеном. Требования к оптической чистоте препаратов постоянно растут: в США уже сейчас медпрепараты могут быть допущены к продаже только в виде оптически чистых соединений, поэтому производителям приходится разрабатывать новые эффективные методы разделения сложных органических молекул. В нашем институте совместно с Институтом катализа СО РАН разработаны методы синтеза пористых координационных полимеров на основе оптически чистых органических соединений, например, легко доступной молочной кислоты. Получаемые при этом координационные полимеры сами являются хиральными и могут быть использованы для получения оптически чистых хиральных органических соединений. Пористые координационные полимеры могут быть и нанореакторами, в которых протекают уникальные каталитические превращения.

Представителем молекулярных контейнеров, изучаемых в ИНХ СО РАН, являются кукурбитурилы. Кукурбитурилы — тривиальное название органических соединений, данное им в связи с внешним сходством формы молекул с тыквой (семейство Cucurbitaceae). Действительно, строение этих интересных молекул напоминает тыкву или бочку. Первое такое соединение было получено еще в 1905 г. немецким химиком Р. Берендом. Однако методы того времени не позволили правильно определить состав и структуру кукурбитурила, и лишь сравнительно недавно химикам это удалось сделать. Кукурбитурилы легкодоступны, устойчивы и способны к координации различных частиц, что делает их удобными для синтеза разнообразных супрамолекулярных соединений. Так, кукурбитурил чрезвычайно легко связывает кальций — один из наиболее важных и многофункциональных элементов в живых организмах. По верхнему и нижнему ободу «бочки» расположены атомы кислорода, которые координируют катионы кальция, а те в свою очередь связывают с каждой стороны получившейся супермолекулы еще по «бочке». В результате молекулы кукурбитурила выстраиваются друг над другом и, чередуясь с катионами кальция, образуют бесконечные полимерные цепи — молекулярные «трубы». Такие высокоупорядоченные органические-неорганические гибридные материалы с большими каналами с контролируемыми размером и формой, представляют несомненный интерес для тонкой очистки, разделения и выделения веществ, супрамолекулярного катализа и оптоэлектроники.

Кукурбитурилы являются молекулярными контейнерами и имеют внутренние полости, размеры которых позволяют включать «гостей» — органические молекулы или ионы, с образованием более сложных систем типа «гость-хозяин». Известно, что подобные системы играют исключительно важную роль в самых разнообразных процессах: дыхании и регенерации кислорода растениями, ферментативном катализе, анестезии, формировании колоссальных залежей природного газа на дне Мирового океана (газовые гидраты). Наличие у кукурбитурила одной или двух «крышек» должно создавать благоприятные условия для внедрения и удержания «гостя» в полости супермолекулы. Закрывая «бочку» «крышками», мы вполне надежно размещаем в ней «гостей». Ясно, что «гости» способны покинуть «бочку» только при открытых «крышках». Можно ли подобрать экспериментальные условия, которые позволили бы открывать и закрывать «крышки», впускать и выпускать «гостя» из полости? Да, и, как оказалось, очень легко.

Изучение обратимого включения «гостей» в полость молекулы «хозяина» представляет интерес не только с научной точки зрения. Оно вносит существенный вклад и в развитие исследований по проблеме транспорта веществ, в том числе лекарств, и позволяет осуществлять направленное конструирование молекулярных «контейнеров». За счет взаимодействия «гость-хозяин», например, можно включать в полости молекулярных контейнеров сильнодействующие лекарственные препараты, избирательно доставлять их в необходимое место в организме человека и в нужный момент открывать «крышки», чтобы лекарство в нужном месте и в нужное время могло оказать терапевтический эффект.

Таким образом, супрамолекулярная химия — мощный инструмент направленного получения новых наноматериалов, имеющих перспективы широкого применения.

стр. 9

Наука в Сибири
N 44 (2579)
9 ноября 2006 г.

ЕДИНСТВЕННО ВЕРНЫЙ ПУТЬ

Среди потенциальных резидентов технопарка — Институт неорганической химии СО РАН. Предполагается на площади 3000 кв. м развернуть производство сцинтилляционных элементов на основе кристаллов германата висмута и других кристаллов.

Л. Юдина, «НВС»

О том, что направление имеет хорошо очерченные перспективы развития, говорит факт его создания, планомерного расширения и наращивания потенциала — даже в самые сложные для страны годы. Сегодня участок по производству сцинтилляционных элементов ВGО, начинавшийся с двух комнат, занимает в институте площадь в тысячу квадратных метров. По существу, это мини-завод в научно-исследовательском институте. Участок включает стадии выращивания кристаллов, оптико-механическую обработку и тестирование сцинтилляционных элементов, а также переработку отходов производства германата висмута. Продукция идет, буквально, «с колес» — кристаллы ИНХа нужны для выполнения крупных международных научно-технических проектов в области физики высоких энергий и космической астрофизики, для зарубежной медицинской техники.

Руководитель научно-производственной группы по выращиванию кристаллов к.х.н. Ян ВАСИЛЬЕВ, много лет выступая на мероприятиях разного характера, доказывал, что направление по выращиванию кристаллов имеет большой нереализованный потенциал развития.

— Ян Владимирович, создание технопарка в Академгородке позволит вам развернуться в полную силу?

— Очень хочется на это надеяться! Иного пути развития я сейчас не вижу. Когда-то мы передавали свои технологии на промышленные предприятия. Сегодня в России нет предприятий, которые были бы способны воспринять разработки. Решение развивать производство в институте — вынужденное решение, и только благодаря этому ростовая тематика сохранилась. Только что в Москве проходила ХII Национальная конференция по росту кристаллов. Так среди «немосковских» институтов ИНХ оказался на втором месте по представительству, уступив лишь харьковскому Институту монокристаллов.

— Вы как бы сами себя переросли?

— И об этом давно ведем речь. Объясню, в чем сегодня проблема. Достигнутые результаты вместе с благоприятной рыночной конъюнктурой обеспечили предпосылки для создания полномасштабного производства. Более того, динамично возрастающий спрос имеет и свою оборотную сторону — угрозу потери рынка (несмотря на превосходство в качестве) из-за отставания темпов роста производства от темпов роста потребления. Соответственно, основной целью проекта, представленного в технопарк, является увеличение объемов производства кристаллов BGO и изделий из них в разы. Параллельно в институте планируются НИОКР по дальнейшему совершенствованию технологии выращивания кристаллов BGO и повышению производительности ростового оборудования.

Возможности дальнейшего развития в рамках опытного производства ИНХ практически исчерпаны. Более того, сегодня экспансия производства в институте идет уже в ущерб научно-исследовательским работам. Актуальное на сегодня многократное увеличение масштабов производства, переход к выпуску серийных изделий, сопровождающийся как увеличением общей численности занятых, так и увеличением доли занятых рабочими профессиями, не соответствуют статусу и задачам академического института. В связи с этим на базе действующего опытного производства планируется организация промышленного предприятия по выращиванию сцинтилляционных кристаллов и производству изделий из них, включая разработку проекта и строительство специализированного корпуса с площадью рабочих помещений не менее 3000 кв. м (или переоборудование одного из имеющихся лабораторных зданий), а также приобретение и разработку оборудования для роста и обработки кристаллов, подготовку и обучение персонала.

— Имеете в виду — специфическую подготовку?

— Я полагаю, что базовая подготовка должна быть одинаковой, но потом молодые специалисты должны иметь свободу выбора в зависимости от мотивации. Сейчас у них только один путь — академический институт, в котором по последней реформе штатное расписание определено на годы вперед. А ведь современная промышленность не может развиваться без грамотных инженеров-исследователей высшей квалификации. Убежден: брать надо качеством, а не количеством. И сегодня не следует проводить квалификационного барьера между теми, кто занят исследованиями в лабораториях институтов, и теми, кто работает в наукоемком производстве. К сожалению, у нас даже официально (возьмите сетку ЕТС) ученый считается выше инженера — это наша беда, имеющая давнюю и устойчивую традицию.

— Технопарк — один из вариантов объединения интересов на пользу обществу?

— Сейчас, кажется, уже всеми признается необходимость перехода на инновационный путь развития, развития высокотехнологичного производства. С созданием технопарка мы опаздываем. Вспомните «пояс внедрения» Лаврентьева и другие идеи в этом направлении. Но реализовано бесконечно мало. Снова обращусь к нашему примеру. Наши зарубежные заказчики понять не могут, что нам мешает, имея в руках технологии, прибыль, спрос на продукцию, увеличить объемы производства, если они готовы даже нас инвестировать. Сегодня мы импортируем сырье, а экспортируем изделия. Это ли не интерес государства?

— Теперь все основные проблемы, можно считать, будут решены?

— Будем надеяться. Но много вопросов предстоит еще прорабатывать. Пока наш проект, если хотите, рассматривает чисто технократический и экономический аспекты вопроса, оставляя в стороне вопросы статуса производства, вопросы собственности и т.п. Как будет осуществляться взаимодействие академических институтов с фирмами и предприятиями Технопарка? В каких отношениях будут состоять резиденты Технопарка с Сибирским отделением? Обратимся к нашему случаю. Участок по производству кристаллов — часть института. Каков будет его статус, если он разместится на территории технопарка? По-прежнему частью института? Но дело не только в площадях, сегодня предпринимательская деятельность в институтах РАН законодательно ограничена. Мнений на этот счет много, они противоречивы, как, впрочем, и законодательство. Подводных камней здесь много.

— Приходится решать блок экологических проблем — как вы к этому относитесь?

— Конечно, их решать нужно, но только я не верю, что если чего-то не делать и не строить, то от этого природа сохранится. Вопрос, как делать и как себя вести? В западноевропейских странах при их то плотности населения и предприятий экологическую обстановку не сравнить с нашей. Знаете, сейчас на велосипеде стало невозможно по лесу проехать. Лес не то что замусорен, свалки кругом. В некоторых местах впору надевать защитный комбинезон и противогаз.

— Ян Владимирович, а не может такое случиться, что в технопарке вы будете производить много-много продукции, а спрос на нее упадет? Что тогда?

— Конечно, на обозримое будущее у нас эти вопросы проработаны. Но никто не застрахован от того, что некто выведет на рынок лучший или совсем другой продукт. Давно ли сервисные центры цветной фотографии сделали ненужной домашнюю фотокухню? И вот, на наших глазах пленочная фотография уходит со всеми своими достижениями, ее вытеснила цифровая. Это — неотъемлемое свойство научно-технического прогресса, я бы даже сказал — жестокое свойство. Выход в том, чтобы не стоять на месте, быть в курсе современного развития научных и технических тенденций, динамично перестраиваться. И в этом деле первейшая роль принадлежит как раз научным исследованиям.

Фото В. Новикова
стр. 12