Международная лаборатория ЮУрГУ: «Наши проекты позволят создавать материалы будущего»

Лаборатория многомасштабного моделирования полифункциональных соединений ЮУрГУ была создана в 2016 гору в рамках Проекта 5-100. Ее возглавляет Ph.D., профессор Университета Центральной Флориды (США) Артём Масунов. Исследования лаборатории ведутся на стыке химии, материаловедения и информатики и направлены на изучение свойств химических связей и межмолекулярных взаимодействий. О важности данного направления, а также о реализованных проектах рассказала руководитель лаборатории со стороны ЮУрГУ, доктор химических наук, профессор Екатерина Барташевич.

– В каких направлениях ведутся исследования в рамках лаборатории?

– Направления нашей лаборатории целиком лежат в русле фундаментальных исследований в теоретической химии. Центральной проблемой для химиков всегда была химическая связь, потому что образование и разрыв химических связей приводит к образованию новых соединений, а новые соединения с требуемыми физико-химическими свойствами открывают возможность получать востребованные материалы. Сейчас у нас есть понимание, в каком направлении нужно развиваться: это должен быть не интуитивный поиск нового свойства, а целенаправленный рациональный дизайн структуры многокомпонентных соединений. С помощью эволюционных алгоритмов генерируется структура атомно-молекулярных систем, созданные модели позволяют получить представления о влиянии структуры на свойства вещества и осуществить прогнозы полезных свойств. Таким образом, компоненты, структура и химическая связь определяют свойства перспективного материала.

– Какие научные проекты реализуются сейчас сотрудниками Лаборатории многомасштабного моделирования полифункциональных соединений?

– Мы видим свою миссию в том, чтобы обеспечить важные глобальные направления материаловедения и экологии в ЮУрГУ данными, информацией и знаниями в области строения и свойств химических соединений. Совместно с Университетом Дели мы подали заявку на грант в РФФИ. Наши коллеги из Индии добились успехов в синтезе нанокомпозитных материалов на основе галлуазита с органическими молекулами — каликс[4]аренами. Эти наноматериалы могут распознавать органические загрязнители, например, пестициды при их очень низкой концентрации. Сейчас перед нами стоит задача построить достоверные структурные модели, которые могли бы помочь улучшить свойства этого материала.

– Каковы результаты научно-исследовательской деятельности лаборатории на сегодняшний день?

– Как известно, 2019 год объявлен Международным годом периодической системы химических элементов. Систематизация химических связей по принципу, заложенному в таблице Д. И. Менделеева, а именно, категоризация галогенных, халькогенных, пниктогенных и тетрельных связей — это новейшие проекты IUPAC — Международного Союза по чистой и прикладной химии. Наша исследовательская группа в этом году завершает свой фундаментальный исследовательский проект, поддержанный РФФИ, в котором мы разработали и применили электронный критерий, позволяющий достоверно производить классификацию таких химических связей. Ранее в центре нашего внимания были галогенные связи йода в кристаллах органических соединений. По силе, устойчивости и влиянию на свойства вещества их можно сравнивать с водородными связями, влияние которых на свойства жизненно важных соединений (например, белков и нуклеиновых кислот) хорошо известно даже из школьной программы. Галогенные связи йода могут обеспечивать проявление нелинейно-оптических свойств органических монокристаллов, влиять на их пластичность. Систематизация уже не элементов, а химических связей, позволит давать осознанные прогнозы свойств многокомпонентных соединений.

– Как в будущем будет развиваться Лаборатория многомасштабного моделирования полифункциональных соединений?

– Актуальными сегодня являются задачи разработки многокомпонентных систем, к которым относятся нанокомпозитные материалы. Мы надеемся быть полезными при решении задач, которыми занимается исследовательская группа Сергея Сапожникова и Олега Кудрявцева, изучающая композитные материалы на основе углеродного волокна и органических полимеров.

Кроме того, междисциплинарность наших исследований требует определенных умений, сочетающих в себе навыки компьютерного моделирования и мышление химика. Поэтому важнейшей своей задачей мы видим участие в подготовке новой образовательной программы. Например, таким направлением могла бы стать «Хемоинформатика», которая будет способствовать подготовке специалистов, способных конструировать свойства материалов будущего.

–1 июня Международному научному совету были представлены результаты работы международных научных лабораторий. Какие рекомендации по дальнейшему развитию от членов МНС получила ваша лаборатория?

– Мы признательны членам Международного научного совета, которые внимательно выслушали наш отчет о результатах работы лаборатории и сделали ценные замечания. В частности, была упомянута проблема интенсивного исследования соединений, связанных с углеродом (оксиды углерода, углеродные материалы). Эта та перспектива, на которую стоит обратить внимание, и мы понимаем, что нам необходимо сосредоточить усилия в этом направлении.

– Какое практическое применение в будущем могут найти результаты исследований Лаборатории многомасштабного моделирования полифункциональных соединений?

– Безусловно, они найдут применение в создании материалов будущего. Говоря о том, что будет через 50 или 100 лет, мы можем только фантазировать. Например, очень хотелось бы пользоваться гибкой электроникой. Я думаю, это будет создание более точных, быстрых и безопасных гаджетов. В любом случае, это новые материалы — то, что сделает жизнь человека более комфортной. Кроме того, будущее за теми технологиями, которые помогут нам обеспечивать и поддерживать наше здоровье. Поэтому необходимо быстрое и четкое понимание того, какие соединения приносят человеку вред, а какие пользу.

Виктория Матвейчук; фото автора
Вы нашли ошибку в тексте:
Просто нажмите кнопку «Сообщить об ошибке» — этого достаточно. Также вы можете добавить комментарий.