Коллектив учёных Саратовского университета имени Н.Г. Чернышевского разрабатывает и анализирует тонкоплёночные материалы на основе производных порфирина. Проект относится к перспективному направлению по управлению свойствами молекулярных каркасов. Работа саратовских исследователей может использоваться для создания перспективных наноустройств. Материалы о ходе исследования опубликованы в ТАСС и на сайте Минобрнауки России.
Изучение закономерностей формирования слоёв толщиной в одну молекулу – одна из актуальных задач физики, химии и нового технологического направления – наноархитектоники, которая с помощью наносинтеза и перегруппировки структурных единиц (атомов, молекул или нанообъектов) позволяет проектировать и получать новые материалы.
Перспективными «кирпичиками» для наноархитектоники являются производные порфиринов – сложные вещества, широко распространённые в живой природе. Типичные примеры – гемоглобин и хлорофилл.
Одной из задач проекта является исследование закономерностей формирования на поверхности воды и твёрдых подложек единичных слоёв четырёх производных порфиринов с симметричным и асимметричным замещением, впервые синтезированных учеными Ивановского государственного университета. На эти процессы влияет очень много факторов: химическое окружение, температура, особенности упаковки молекул в нанослое.
Экспериментально было подтверждено, что повышение температуры ведёт к разрыхлению плавающих слоёв порфирина, что напрямую влияет на их стабильность. «При температурах около 20°C плёнки имеют максимальную сплошность и минимальную шероховатость», – уточняет инженер лаборатории плёночных наноструктурированных материалов Т.Я. Каратышова.
Как показали эксперименты, оптические свойства слоёв и плёнок порфиринов сильно зависят и от температуры субфазы или подложки, на которую перенесён слой. Комбинация порфиринов и квантовых точек может стать основой для солнечных батарей с улучшенными характеристиками и способствовать развитию альтернативных источников энергии.
Исследованные саратовскими учёными закономерности в изменении свойств синтезированных веществ в зависимости от внешних факторов не только открывают новые горизонты для создания высокоэффективных фотовольтаических устройств на основе тонкоплёночных структур. Они позволяют по-новому взглянуть на роль и особенности поведения производных порфиринов, таких как гемоглобин или хлорофилл, в живой природе.
«Знания свойств и поведения порфириновых молекул в конкретных физических и химических условиях необходимы, чтобы управлять молекулами – выстроить их в нужном для устройства порядке. Заставить их лежать или повернуться. Всё это можно контролировать комбинированием определённых условий, – заявляет руководитель проекта, заведующий лабораторией пленочных наноструктурированных материалов, доцент кафедры материаловедения, технологии и управления качеством Е.Г. Глуховской. – После упорядочения слой молекул порфирина может использоваться как готовая подложка для молекулярной микросхемы, а если быть точным – наносхемы».
Исследование поддержано грантом Российского научного фонда (№ 21-73-20057) и согласуется со стратегическими проектами СГУ в рамках федеральной программы «Приоритет-2030» национального проекта «Наука и университеты».
Более подробно узнать об исследовании саратовских ученых можно из материала, размещенного на сайте Минобранауки РФ.