КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ
Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Номер проекта 25-73-10250
НазваниеИсследования поверхностных эффектов для улучшения фильтрующих и сенсорных характеристик новых низкоразмерных наноматериалов
Руководитель Квашнин Дмитрий Геннадьевич, Доктор физико-математических наук
Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт биохимической физики им. Н.М. Эмануэля Российской академии наук , г Москва
Конкурс №111 - Конкурс 2025 года «Проведение исследований научными группами под руководством молодых ученых» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными, приоритетного направления деятельности Российского научного фонда «Поддержка молодых ученых»
Область знания, основной код классификатора 03 - Химия и науки о материалах; 03-601 - Химия новых неорганических функциональных и наноразмерных материалов
Ключевые слова нанопористые наноструктуры, стрейнтроника, поверхностные эффекты, квантовая химия, эмпирические потенциалы, машинное обучение, самоорганизация, флексоэлектрический дипольный моменты
Код ГРНТИ31.15.00
ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ
Аннотация
Загрязнение воздуха, как в жилых помещениях, так и в атмосфере, представляет серьезную угрозу для здоровья человека. По данным ВОЗ, совокупное воздействие этих факторов ежегодно приводит к 6,7 миллионам преждевременных смертей, включая инсульты, сердечно-сосудистые заболевания и онкологические процессы. Основными источниками загрязнения являются использование неэффективных видов топлива, выбросы промышленности, автотранспорта и пожары. Особенно тревожная ситуация наблюдается в крупных городах, таких как Москва, где повышенное содержание бензпирена, диоксида азота, фенола и формальдегида оказывает негативное влияние на центральную нервную систему, зрение и другие органы.
Для решения этой проблемы необходимо внедрение современных технологий мониторинга качества воздуха. Особую роль здесь играют газовые датчики, способные обнаруживать опасные вещества, такие как углекислый газ, угарный газ, летучие органические соединения и оксиды азота. Современные газовые датчики должны обладать высокой чувствительностью, хорошей избирательностью, быстрым временем отклика и длительным сроком службы.
Научные исследования предлагают перспективное направление в создании новых материалов для детектирования и очистки воздуха - использование низкоразмерных наноматериалов. В рамках проекта предполагается разработка нанопористых структур на основе двухслойного графена и органических молекул. Такие материалы могут быть получены методами облучения различными наноструктурами или путем самоорганизации органических молекул с образованием ковалентных связей.
Ключевым моментом в исследовании является изучение фундаментальных эффектов, влияющих на свойства нанопористых материалов. Это включает анализ флексоэлектрических эффектов, вызванных кривизной наноструктур, локального распределения молекул, типов химического связывания и механических деформаций. Особое внимание уделяется адсорбционным свойствам материалов и их эволюции под действием внешних факторов, что определяет эффективность применения в качестве фильтров и датчиков.
Создание таких инновационных материалов соответствует глобальным экологическим инициативам. В 2022 году ООН объявила чистый воздух правом человека, что требует активных мер по сокращению загрязнения окружающей среды. Исследования показывают, что ежегодно более 3 миллионов человек умирают от домашнего загрязнения воздуха, что делает задачу создания эффективных средств детектирования и очистки воздуха одной из приоритетных.
Таким образом, всестороннее фундаментальное изучение новых наноструктур на основе графена и органических молекул открывает новые возможности для решения проблемы очистки воздуха. Исследование взаимодействия этих материалов с различными загрязняющими веществами позволит создать эффективные системы мониторинга и очистки воздуха, способствуя улучшению качества жизни населения и достижению целей экологического благополучия.
Ожидаемые результаты
Проект направлен на решение проблемы создания элементов для очистки воздуха и детектировани загрязнений от угарного и углекислого газов, летучих органических соединений, оксидов азота и др. - всего того, что может оказать непосредственный вред здоровью человека. Ситуация с загрязнением воздуха в больших мегаполисах привела к созданию глобальных экологических инициатив, требующих активных мер по сокращению загрязнений окружающей среды и очистки домашнего пространства.
Таким образом, эффективная регистрация и фильтрация загрязняющих компонент с использованием новых материалов, таких как двумерные и нанопористые материалы, является актуальной задачей с научной, технологической и социальной точек зрения.
В процессе выполнения проекта будут предложены и описаны возможные методы создания нанопористых наноструктур, как на основе двухслойного графена, так и на основе органических молекул. Определены необходимые параметры для образования таких наноструктур, даны рекомендации для экспериментаторов. Изучены фундаментальные эффекты, такие как флексоэлектрический дипольный момент на краях графеновых нанопор, описано его влияние на избирательность к молекулам газов различного состава. Построены соответствующие закономерности. Будет проведено исследование пошагового образования мономолекулярных слоев на подложках различного состава, определены условия и критерии образования таких слоев в зависимости от примесных атомов и механических деформаций подложки. Наработанный материал ляжет в основу первоначальной выборки для создания нейросетевых потенциалов межатомных взаимодействия с целью получения многомасштабной модели, описывающей эффективность фильтрации и избирательность предлагаемых наноструктур к молекулам газов. Будут изучены зависимости от температуры, давления и концентрации газов в смесях.