Валентина Донченко
Цей матеріал відкриває низку публікацій про науку до тематичної конференції Brain&Ukraine. Пропонуємо вам 8 найцікавіших тез з розповіді пана Юрія.
Над чим працюють науковці в сфері наноматеріалів
— Ми створюємо нові матеріали — ті, що дозволяють вам користуватися телефонами, смартфонами, планшетами. Саме це матеріали дозволяють загнати розрахункову можливість в маленький формат, оснастити пристрій сучасною камерою тощо. Практично кожна частина пристрою — покриття на склі, електроніка, літій-іонні акумулятори — використовують наноматеріали.
Більшість того, що ми робимо, пов’язано з вуглецем. Ми досліджуємо індивідуальні клітини у вуглецевих нанотрубках. Також вирощуємо мільярди наноалмазів товщиною 5 нм — це в 10 тис разів менше людського волосся. Створюємо пористо-вуглецеві структури, за допомогою яких можна очищувати кров від токсинів, сорбувати протеїни, а також опріснювати воду. Проте основна область застосування — енергетика:
- конденсатори,
- літій-іонні акумулятори,
- системи зберігання.
Як організовано наукову роботу
— Наша команда складається з 12 пост-докторантів, 12 студентів та 17 аспірантів. Серед нас є представники 11 країн, в тому числі — один науковий співробітник і з України, зі Львова. Саме команда робить усю роботу, самотужки це було би нереально. Я виступаю, розповсюджую ідеї, — але нічого би не було зроблено, якби вони щоденно не працювали в лабораторії. Ми щодня спілкуємося, переписуємось, в якій точці світу я б не знаходився.
Ми завжди намагаємося пройти весь шлях: від ідеї, початку фундаментальних досліджень, і до найголовнішого — впровадження практичного застосування. Формуємо ідею, шукаємо фінансування, проводимо дослідження, за підсумками пишемо статтю і публікуємо її в одному з наукових журналів — Science, Nature, Nature Materials, Nature Nano та в низці інших.
Як я завжди кажу своїм студентам, опублікувати статтю у провідному науковому журналі — це як піднятися на Еверест. Навіть якщо ти там вже був, зробити це ще раз буде так само складно.
Варто пам’ятати, що публікація статті — ще не кінцевий результат. Наступний крок — посприяти впровадженню винайденої технології. Наші ліцензії купують великі міжнародні компанії. Іноді від теоретичної ідеї до практичного її впровадження минає менше року.
Лекція Юрія відбулась в рамках лекторію «Вчені XXI століття» від науково-популярної конференції Brain&Ukraine
Як вчені знаходять фінансування
— На дослідження ми витрачаємо в середньому $1,5 млн на рік. Наука в США — недешева і потребує коштів. Бюджет Дрексельського Університету складає приблизно $700 млн. Університет отримує гроші від студентів, які сплачують за навчання, проте все фінансування науки в США йде із зовнішніх джерел — державних та приватних фондів, промислових та фінансових установ.
Найголовніше для отримання інвестицій — вміти описати свою ідею, донести її сенс, цінність та практичну значимість. Посилати заявки в усі можливі фонди та установи — це щоденна задача професорів, якою треба займатися безперервно. Адже якщо не буде фінансування, то не буде і роботи. Організація досліджень — щось на кшталт малого бізнесу.
Що таке максени та в чому їхня цінність
— 6 років тому ми винайшли матеріал, який назвали максенами (MXenes). Це — двовимірні пластинки, що складаються з карбідів та нітридів перехідних металів та мають товщину 3-7 атомів. Максени є металами, а тому з них можна зробити дуже тонкі провідники (наприклад, надтонке провідникове покриття для нового покоління смартфонів, яке до того ж буде стійким до падінь та ударів).
Шарова будова максенів
Зараз ми працюємо саме над задачами накопичення енергії. Наша мета — розробити акумулятор, який буде заряджатись не більше 5-10 хв, проте його здатність тримати заряд не поступиться сучасним літій-іонним акумуляторам. Це дозволить, наприклад, заряджати ноутбуки, телефони за кілька хвилин проти звичних зараз кількох годин. Максени здатні впоратись із цією задачею. Інше використання максенів — екранування пристроїв від електромагнітних перешкод. Максени дозволяють зменшити товщину захисних матеріалів з 15 мікронів до одного. Це важливо для подальшого зменшення розмірів телефонів та інших розумних пристроїв.
Як виробництво в Києві розвиває технології з США
— Зазвичай є проблема, що наноматеріали вдається здобути лише в нанокількості. Максенам «пощастило» більше: в Центрі матеріаловедення в Києві, яким керує мій брат Олексій, було побудовано спеціальний реактор, який дозволив отримувати до 100 г максенів за 1 синтез. В свою чергу, це дозволило збільшувати виробництво до кілограмових масштабів.
Максени, синтозовані в Центрі матеріаловедення в Києві
Наразі ця технологія вже отримувала ліцензування — її купила велика міжнародна компанія.
Чи очікувати на появу розумного одягу
— Вже набувають поширення розумні пристрої для носіння: наприклад, фітнес-браслети, — проте для того, щоби вживлювати технологічні елементи безпосередньо в одяг, треба перетворити тканину на електронний пристрій. Для цього потрібні волокна, що проводитимуть електроенергію, матеріали, що працюватимуть із сенсорами. Такий одяг зможе поміряти вашу та навколишню температуру і відповідно нагріватись або охолоджуватись, вимірювати тиск та пульс, за складом поту визначити, чи ви не починаєте хворіти. А ще може накопичувати статичну електроенергію, що виробляє тіло, та давати можливість її використовувати — наприклад, підживлювати нею MP3-плеєр. Чимало з того, що раніше здавалося фантастикою, тепер стає реальністю — і ми над цим працюємо. Зараз ми співпрацюємо зі спеціалістами по текстилю, проводимо спільніі дослідження. Одна з моїх аспіранток працює із в’язальною машиною, яку можна запрограмувати на виготування певної моделі розумного одягу. Цей апарат здатен за 15-20 хв зв’язати вам светр, у який буде вбудовано різноманітні нитки-провідники, мікросхеми, датчики.
Що стосується наших максенів, з них можна виготовити суперконденсатори у вигляді гнучкої пластинки з розмірами 1 x 2 см та товщиною менше міліметра. Такі суперконденсатори вбудовуються в одяг і дозволяють зберігати енергію, заряджати пристрої.
Як популяризувати науку за допомогою мистецтва
— Якщо доносити наукові ідеї до якомога ширшого кола людей, то стає легше переконувати у важливості наших досліджень і потенційних інвесторів.
Один із шляхів популяризації — поєднати науку із мистецтвом.
Ми кожного дня спостерігаємо наночастинки у мікроскопах й іноді натикаємось на цікаві форми. Так з’явилась ідея конкурсу NanoArtography — показати, що наука може бути красивою [сміється]. На сторінці проекту ми зібрали більше сотні картинок від учасників зі всього світу. Роботи переможці надрукували у календарі.
Цьогоріч проводимо конкурс вдруге, роботи можна подати до 30 вересня 2017 року. За кращі фото передбачені грошові призи:
- $700 — за перше місце,
- $300 — за друге,
- $100 — за третє.
Ліворуч: частинка максену після витравлення та трохи «фотошопу». Праворуч: шарові структури матеріалу нагадують скелі Арізони
Цього року ми також отримали грант $10 тис на проведення відеоконкурсу. Учасником може стати будь-хто, треба лише зняти 2-хвилинний ролік про матеріаловедення. Приз переможцю складатиме $1 тис.
Чому сучасна наука — виключно міжнародна
— Я працюю 15-16 годин на добу, 6-7 днів на тиждень. Вважаю свою роботу найцікавішою у світі — ми працюємо на рубежі світових інновацій, робимо відкриття, розв’язуємо загадки — та не проміняв би її на жодну іншу. Але ця робота потребує повної віддачі, адже успіх не приходить без інвестицій часу та зусиль. Ми співрацюємо з порядка 40 міжнародних партнерів з усього світу. Серед них — приватні компанії (такі як Toyota, Honda, BASF, Superior Graphite тощо), наукові організації, університети.
Наука об’єднує людей.
Серед наших партнерів є, наприклад, громадяни Ізраїлю та Саудівської Аравії — ці держави мають не найкращі політичні взаємини, проте наукові команди працюють разом. І без цього співтовариства багато речей були би неможливими. Сучасна наука не робиться окремими людьми — це командна робота; адже ті задачі, які може розв’язати окрема людина, як правило, уже розв’язані.
Важливий аспект сучасної науки — її міжнародність і те, що вона не знає кордонів. Якщо Україна хоче стати технологічною державою, то їй треба налагоджувати регулярну міжнародну співпрацю. Це допоможе витягнути українську науку на передові рубежі.
У публікації використані фото Brain&Ukraine та слайди з презентації Юрія Гогоці