В научном журнале Additive Manufacturing опубликована статья ученых Казанского федерального университета «Высокопроизводительный, недорогой и "зеленый" метод производства высокостабильных композитов полипропилен/перовскит, применимый в 3D-печати».

Перовскиты вызывают огромный интерес научного сообщества из-за их высокого квантового выхода фотолюминесценции (более 90 процентов), узкой полосы излучения (менее 50 нм) и перестраиваемых спектров излучения во всем видимом спектре.

Быстро развивающаяся область технологий аддитивного производства находится в постоянном поиске новых функциональных материалов. Использование перспективных наноматериалов перовскитов в таких технологиях затруднено их нестабильностью в условиях окружающей среды.

«С одной стороны, наше исследование фундаментальное, с другой – имеет прикладное значение. Перовскиты – класс соединений, очень модный в современном научном мире, так как они обладают уникальными фотолюминесцентными свойствами, однако у них есть один недостаток – они не устойчивы в обычных условиях. Влажность воздуха их нещадно разрушает, что приводит к потере люминесцентных свойств. Чтобы это предотвратить, ведутся различные работы по их стабилизации. Один из предложенных способов – инкапсуляция перовскитов в защитный материал – стекло, полимер – изоляция от внешних условий. Однако существенных успехов на этом пути пока не достигнуто», – ввел в курс дела научный руководитель проекта Айрат Димиев, который является ведущим научным сотрудником НИЛ «Перспективные углеродные наноматериалы» Химического института имени А.М.Бутлерова.

Ноу-хау ученых КФУ заключается в новом методе изготовления композита полипропилен/квантовые точки перовскита в одну стадию путем совместной коэкструзии реагентов для синтеза перовскита с полипропиленом. Квантовые точки перовскита формируются на месте и равномерно распределяются в полимерной матрице. Готовый материал демонстрирует высокий квантовый выход и беспрецедентную стабильность в условиях окружающей среды.

«Синтез перовскитов происходит непосредственно в экструдере, куда загружается полимер для вытягивания нити. Ранее процесс получения подобных композитов включал целый ряд трудоемких стадий: начиная с достаточно сложного синтеза самих перовскитов с их выделением и очисткой и заканчивая последующим многоступенчатым и трудозатратным внедрением перовскитов в полимер. Последняя стадия включала растворение полимера в органическом растворителе и его последующую отгонку. В нашем методе композит синтезируется в одну стадию и "в одном стакане" в полном соответствии с принципами "зеленой" химии и устойчивого развития. Полученный композит обладает высокой термо- и влагостойкостью, может быть напрямую использован для 3D-печати методом FDM при температуре 200-220 градусов в условиях окружающей среды. Разработанный метод прост, практически не имеет отходов и неограниченно масштабируется», – подчеркнул научный руководитель проекта.

Разработка будет интересна в производстве светодиодов и широкоформатных люминесцентных экранов.

«Используемые сегодня в светодиодах люминофоры содержат дорогие редкоземельные металлы, такие как иттрий и церий, мы же предлагаем другой материал, более дешевый и эффективный. Перовскиты актуальны и для фотовольтаики; в лабораторных образцах наибольший коэффициент фотоэлектрического преобразования сегодня достигнут с использованием именно перовскитов», – добавил он.

Научным руководителем проекта и корреспондирующим автором выступает ведущий научный сотрудник НИЛ «Перспективные углеродные наноматериалы» Химического института имени А.М.Бутлерова, а также руководитель недавно открытого в КФУ проекта «Материалы для "зеленой" энергетики и жизнеобеспечения» Айрат Димиев.

Основную роль в проекте Айрат Димиев отводит инженеру НИЛ «Перспективные углеродные наноматериалы», а ныне инженеру-проектировщику лаборатории физико-химических исследований Александру Солодову.

«Александр сделал практически всю основную работу, начиная от идеи и заканчивая получением конечного изделия. Моя роль заключалась лишь в том, чтобы направить молодого исследователя на правильную стезю и поставить перед ним амбициозные задачи, в координации работ, кооперации с коллегами из Института физики и подготовке статьи к публикации», – говорит Айрат Димиев.

В работе над проектом также приняли участие: заведующий кафедрой неорганической химии Рустэм Амиров, главный инженер проекта НИЛ «Синтетические полимерные материалы и композиты» Динар Балькаев, доцент кафедры квантовой электроники и радиоспектроскопии Алексей Низамутдинов, инженеры Химического института имени А.М.Бутлерова Константин Зимин и Юлия Шайымова, доцент кафедры общей физики Института физики Айрат Киямов.

Исследование выполнено на средства, выделенные Казанским федеральным университетом на развитие проекта «Материалы для "зеленой" энергетики и жизнеобеспечения». Синтез перовскитов в органических растворителях и их характеристика с помощью рентгеновской дифракции были выполнены при поддержке Российского научного фонда, номер гранта – 21-73-20024.

Журнал Additive Manufacturing имеет IF=11.63, входит в узкий круг журналов «высшей лиги». Он находится на первом месте в таких областях, как engineering и manufacturing. Публикация в этом журнале свидетельствует как о высочайшем интересе к разработке ученых, так и о профессиональном уровне выполненной работы.