Старший научный сотрудник МНИЦТМ, заведующий лабораторией синтеза новых кристаллических материалов Самарского Политеха, к.х.н. Евгений Александров выиграл грант Российского научного фонда по мероприятию «Проведение исследований научными группами под руководством молодых ученых».Стали известны результаты конкурса проектов 2018 года, которые получают грантовую поддержку Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными. Гранты по этой программе выделяются на три года в размере 3-5 млн. рублей в год с возможным продлением срока выполнения проекта на один или два года. Заявка Евгения под номером 18-73-10116 вошла в число победителей в направлении «Переход к передовым цифровым, интеллектуальным производственным технологиям, роботизированным системам, новым материалам и способам конструирования, создание систем обработки больших объемов данных, машинного обучения и искусственного интеллекта».
Проект МНИЦТМ «Методы топологического дизайна координационных полимеров» посвящен развитию методов эвристического автоматизированного анализа данных о строении кристаллических веществ, разработке баз знаний о свойствах материалов, прогнозированию структуры и свойств новых координационных полимеров и их синтезу.
Евгений рассказал, какие методы будут разрабатываться в проекте, и каких результатов учёные достигнут в дизайне полимеров с их помощью. В первую очередь, это методы анализа и предсказания состава, структуры и свойств материалов на основе использования баз знаний, позволяющие производить быстрый поиск оптимальных решений для практических приложений среди имеющихся материалов, свойства которых еще не изучены, и новых материалов, существование которых может быть открыто в рамках обнаруженных корреляций. Во-вторых, методы на основе теории функционала плотности, позволяющие за приемлемое время с приемлемой точностью осуществлять прогноз свойств для ограниченных выборок материалов. «Разрабатываемые методы и система обработки больших объемов кристаллоструктурных данных, основанные на элементах искусственного интеллекта (базы знаний и экспертная система для кристаллических веществ), – комментирует Евгений Александров, – позволят осуществить переход в химии координационных полимеров к передовым интеллектуальным технологиям получения новых функциональных материалов с заданными свойствами».
В выполнении работ по проекту задействованы три кандидата наук, один старший преподаватель, два аспиранта и два студента. Евгений Александров будет осуществлять общее руководство проектом, а также займётся созданием ряда баз данных: базы данных координационных полимеров, диспергируемых в наночастицы, наностержни, нанотрубки и наночешуйки, и базы данных координационных полимеров, склонных к структурным превращениям в одном монокристалле. Им же будет осуществляться разработка химико-топологической модели декомпозиции полимерных мотивов, и установление топологических взаимосвязей и возможных путей структурных трансформаций между изотипными, изомерными и полиморфными формами координационных полимеров. Андрей Голов займётся созданием многоуровневой топологической модели самосборки полимерных мотивов и предсказанием возможности получения новых координационных полимеров. Альбина Гурская будет рассчитывать и анализировать электронные структуры координационных полимеров, а также формировать базу данных проводников первого рода среди координационных полимеров и составлять списки веществ, предположительно обладающих электронной проводимостью. Виктор Парфенов будет осуществлять синтез и устанавливать структуры образцов впервые синтезированных кристаллов координационных полимеров, которые потенциально обладают практически значимыми свойствами. Другие участники коллектива будут пополнять базы знаний корреляциями между электронными характеристиками, структурными дескрипторами и электропроводящими свойствами координационных полимеров и создадут базу данных проводников второго рода (протонные и катионные) среди координационных полимеров, составят списки веществ, предположительно обладающих ионной проводимостью, рассчитают стабильности возможных новых координационных полимеров и нанообъектов.
План работ также предполагает развитие широкого сотрудничества с рядом известных в мире ученых. Так, работа по поиску практических приложений топологической теории атомов в молекулах (Бейдера) начата в сотрудничестве с д.х.н. Корлюковым А. А. в ИНЭОС РАН и будет продолжена на новых примерах в рамках данного проекта. Экспериментальная проверка спрогнозированной диспергируемости систем 3-periodic(bulk)➝2D(nano),1D(nano),0D(nano) станет продолжением работы, начатой в сотрудничестве с профессором L. Carlucci и профессором Давиде Прозерпио в Миланском университете на системах 2-periodic(bulk)➝2D(nano). Совместно с доктором Huadong Guo из Педагогического университета г. Чанчунь (Китай) будут продолжены совместные исследования структурообразования координационных полимеров с поликарбоксилатными и имидазолатными лигандами.
«По результатам выполнения работ мы надеемся получить новые материалы для самарской индустрии, – добавляет Евгений Александров. – Полученные образцы кристаллов будут обладать хорошей химической и механической стабильностью, а также отличаться высокой доступностью и простотой синтеза. Предсказанные свойства будут позволять использовать полученные материалы для электрических, фотоэлектрических и оптоэлектронных приложений. В частности, фотоэлектрический эффект используется в солнечных элементах для независимого питания электрической энергией объектов инфраструктуры и создания автономных аппаратов, таких как спутники, роботы, транспортные средства. Оптоэлектроника используется в отображении, хранении, передаче и обработке информации. Применение оптических сигналов позволяет увеличить скорость и безопасность передачи и обработки информации. Электропроводные координационные полимеры также важны для создания и совершенствования электронных устройств, сенсоров и детекторов, топливных элементов, батарей и катализаторов».
Интерес к результатам уже проявил ряд индустриальных и научных партнеров, такие как ООО НТФ БАКС и Институт инновационного развития СамГМУ.