Нанотехнологии открыли новую эру материаловедения, предоставив возможности для разработки многофункциональных нанокомпозитных материалов. Ученые Института физики Казанского федерального университета смоделировали и изучили новый материал – нанокомпозит. Он состоит из проводящего полимера полианилина (ПАНИ) и наночастиц оксида иттрия (Y₂O₃).

Такие нанокомпозитные материалы привлекают внимание из-за своих уникальных свойств – благодаря сочетанию преимуществ каждого из компонентов, сообщила старший научный сотрудник НИЛ «Компьютерный дизайн новых материалов и машинное обучение» Института физики КФУ Регина Бурганова.

«Полианилин известен своей химической устойчивостью, способностью изменять проводящие свойства в зависимости от степени окисления и простотой синтеза, что делает его удобным для создания функциональных материалов. Оксид иттрия, в свою очередь, обладает высокой термической стабильностью, устойчивостью к агрессивным средам и хорошими электрическими свойствами, что позволяет ему эффективно выполнять роль акцептора заряда в нанокомпозитах. Вместе эти компоненты образуют материал с улучшенными характеристиками, которые не достижимы для каждого из них по отдельности», – поделилась физик.

Группа ученых КФУ рассматривала то, как эти материалы могут взаимодействовать. Помимо этого, в круг задач вошло выявление и изучение новых свойств у полученного нанокомпозита, отметила ведущий научный сотрудник НИЛ «Компьютерный дизайн новых материалов и машинное обучение» Ирина Гумарова. Для исследования был применен теоретический подход с использованием метода функционала плотности.

«Этот метод позволяет детально проанализировать, как атомы взаимодействуют друг с другом, какие связи образуются и как изменяются свойства материала, – поясняет Р. Бурганова. – Исследование включало расчет геометрии, электронных свойств, энергетических характеристик и поведения материала под воздействием света».

По итогам исследования физики Казанского университета установили следующее: во-первых, полимер и наночастица образуют прочные связи за счет их связывания через ковалентные связи и электростатическое взаимодействие – это условие придает материалу стабильность. Во-вторых, в результате объединения с кластерами оксида иттрия ПАНИ становится более химически активным, а его способность проводить электрический ток повышается. Немаловажно, например для оптоэлектронных приложений, и другое наблюдение ученых. Был замечен сдвиг в спектре поглощения света, благодаря чему материал начинает поглощать свет в видимой области.

Более того, перспективным полученный в КФУ нанокомпозит делает и его способность к эффективному переносу заряда.

«В составе нанокомпозита кластеры оксида иттрия действуют как "приемник" электронов, а полианилин – как "донор", что способствует улучшению проводимости и реактивности», – отметила старший научный сотрудник.

В будущем такой нанокомпозит, говорит Бурганова, может применяться в создании сенсоров, оптоэлектронных приборов, энергоэффективных устройств и каталитических систем. Исследование закладывает основу для дальнейшей разработки материалов с уникальными функциональными свойствами.

Учеными-физиками исследование осуществлялось в рамках программы стратегического академического лидерства «Приоритет – 2030».