Участвуя в конкурсе «Интеллектуальный прорыв», проводимом в ЮУрГУ в рамках Проекта 5-100, команда сотрудников факультетов материаловедения и металлургических технологий и химического представила инновационный проект «Пористые углеродные материалы, допированные азотом».
В результате термолиза смеси таких недорогих материалов, как пек и меламин, в лаборатории получен углеродный материал с высоким содержанием азота, благодаря чему он приобрел особые химические и физические свойства. Материал можно использовать в качестве сенсора в газоанализаторах, так как он является более чувствительным к кислотным газам, например HCl, SO2, SO3, благодаря способности азота образовывать с такими газами устойчивые соединения. Присоединение молекул газа к поверхности материала изменяет его электросопротивление. Это позволяет создать сенсор, информирующий о концентрации таких газов в атмосфере.
Сочетая новинку с иными материалами, чувствительными к различным типам молекул, можно создать недорогие устройства, подробно анализирующие состав воздуха, – так называемые «электронные носы». Сегодня наблюдается тенденция к уменьшению размеров таких приборов – со временем они станут не больше флэш-карты.
Проект «Пористые углеродные материалы, допированные азотом» достаточно сложен, он носит комплексный, междисциплинарный характер, для его осуществления нужны объединенные усилия специалистов в различных областях. Инициатор исследования – старший научный сотрудник кафедры материаловедения и физикохимии материалов, инженер НОЦ «Нанотехнологии», кандидат химических наук Дмитрий Жеребцов. Также в команду проекта входят: специалист по химической технологии углеродных материалов, доцент кафедры экологии и химической технологии, кандидат химических наук Ксения Смолякова; специалист по физическим методам исследования, доцент кафедры компьютерного моделирования и нанотехнологий, кандидат физико-математических наук Сергей Морозов; специалист по адсорбционным исследованиям, аспирант кафедры экологии и химической технологии Роман Морозов, молодые исследователи – магистранты кафедры материаловедения и физикохимии материалов Руслана Янцен (П-143), кафедры экологии и химической технологии Раиль Нургалин (ЕТ-243) и студенты бакалавриата кафедры экологии и химической технологии Никита Девятков (ЕТ-333), Полина Бабина (ЕТ-453), Виктория Рублёва (ЕТ-453).
Помимо сотрудников ЮУрГУ, в работе принимают участие специалисты по магнитным и спектральным свойствам материалов, выпускники ЮУрГГПУ Дмитрий и Владимир Живулины. Более детальные магнитные измерения на полученных образцах в сотрудничестве с лабораторией ЮУрГУ проводят профессор Hua Shu Shu из Тайваньского университета Pingtung и Post Doctoral Researcher Иван Захарчук из Технологического университета Лаппеенранты (Финляндия). Их изыскания в перспективе выйдут за рамки темы «электронного носа»: разработки по результатам исследований могут быть использованы в электронике и солнечной энергетике.
Тема углерод-азотных материалов сегодня чрезвычайно актуальна во всем мире. Важный вклад в ее развитие вносят и научные коллективы НИУ ЮУрГУ. В ближайшем будущем к команде проекта «Пористые углеродные материалы, допированные азотом» присоединятся и другие высококвалифицированные специалисты университета.
Ученые ЮУрГУ, благодаря исследованиям пористых углеродных материалов, допированных азотом, вносят существенный вклад в совершенствование устройств типа «электронный нос», нацеленных на контроль выбросов в атмосферу, а это, в свою очередь, дает возможность в перспективе перейти к их существенному уменьшению и улучшению экологического состояния планеты.