Mokslas ir IT
06.11. Lietuvos mokslininkų laimėjimai kuriant išmaniuosius nanodarinius
Kuriant ateities technologijas, planuojant energetikos, medicinos ir kitų sričių pažangą, neišvengiamai tenka susidurti su išmaniaisiais nanodariniais. Fizinių ir technologijos mokslų centro (FTMC) Nanostruktūrų laboratorijos vadovas, vyriausiasis mokslo darbo darbuotojas dr. Arūnas Jagminas, glaudžiai bendradarbiaudamas su šiuo metu Ulmo universitete Vokietijoje dirbančiu habil. dr. Zenonu Jusiu, daug nuveikė kuriant ir tiriant tokias itin mažų dydžių struktūras.
Jau daugelį metų šie mokslininkai atlieka elektronusodinimo, hidroterminės ir terminės sintezės tyrimus. Tvarioms struktūroms formuoti sukūrė anodinių oksidų matricas aliuminio, titano ir geležies paviršiuje, kurios vėliau pripildomos metalų ir puslaidininkių nanodarinių. Mokslininkų sukurtos struktūros galėtų būti taikomos praktikoje vandeniui skaldyti, kuro ir saulės celėse, nanomedicinoje.
Anot dr. A. Jagmino,vis augančius energijos poreikius ateityje galėtų patenkinti kuro elementai – tai efektyvūs, aplinką tausojantys, atsinaujinantys energijos šaltiniai. Kuro elementuose, jungiantis vandeniliui ir deguoniui, atsiranda vanduo ir elektra. Plėtojant kuro elementų gamybą vienas svarbiausių uždavinių – užtikrinti pramoninę švaraus vandenilio gavybą, o tai itin sudėtingas procesas.
Anksčiau būta įvairių bandymų naudojant katalizatorius išgauti vandenilį iš benzino, dyzelino ar gamtinių dujų, tačiau jie nepasiteisino. Dr. A. Jagmino ir habil. dr. Z. Jusio teigimu, švarų vandenilį galima gaminti elektrolizės būdu – naudojant elektrą, gautą iš atsinaujinančių energijos šaltinių: saulės, vandens ar vėjo. Tačiau tai brangu, nes sudėtinguose procesuose tenka naudoti ir tauriųjų metalų, tokių kaip rutenis ar iridis, oksidus. Pavyzdžiui, vandenilį galima gaminti iš vandens, tačiau vandens molekules įmanoma suskaldyti tik katalizatoriaus paviršiuje. Geriausias šios reakcijos katalizatorius yra platina, bet jos resursai maži ir ji brangi, todėl mokslininkų dėmesys vis labiau krypsta į molibdeno sulfidų nanodariniais dengtus paviršius, šioje srityje sparčiai žengiama į priekį. Taigi, siekdami užtikrinti vandenilio gamybą, mokslininkai tęsia tyrimus, išbando alternatyvias medžiagas. Radus būdų, kaip pigiau pagaminti švaraus vandenilio pramoniniu būdu, tikėtina, atpigtų, taptų prieinamesni ir kuro elementai.
Vykdydami kuro elementų elektrokatalizės tyrimus, dr. A. Jagminas ir habil. dr. Z. Jusys išplėtojo ir pritaikė inovatyvias metodikas tarpusavyje derinant elektrocheminius matavimus su vienalaikiais masių spektrometrijos bei infraraudonosios spektroskopijos metodais, formuojant nanostruktūrizuotus dvimačius funkcinius katalizatorius. Juose buvo tikslingai keičiamas aktyvių centrų dydis ir tarpusavio atstumas, kartu atitinkamai keičiant tikimybę susidariusiam tarpiniam produktui dalyvauti tolesnėje reakcijoje.
Sudėtinguose elektrokatalizės procesuose, tokiuose kaip organinių molekulių (alkoholių) elektrocheminė oksidacija, reakcijų produktai gali būti ir dujiniai (lakūs), ir nelakūs, todėl jiems nustatyti ir ištirti mokslininkai taikė daug ir itin skirtingų metodų. Tai leido visapusiškai išnagrinėti kuro elementuose vykstančias elektrokatalizės reakcijas, paaiškinti skirtingų parametrų įtaką juose vykstantiems procesams, pastebėti ir užfiksuoti tam tikrus dėsningumus.
2012 m. FTMC Nanostruktūrų laboratorijoje pradėti magnetinių nanodalelių sintezės, charakterizavimo ir savybių tyrimai tikintis rasti antimikrobinėmis savybėmis pasižyminčius feritus ir išplėsti jų taikymą detektuojant vėžinius auglius. Mokslininkai pirmą kartą parodė išskirtinį itin mažų kobalto feritų (CoFe2O4) nanodalelių aktyvumą žudant daugeliui vaistų atsparius mikroorganizmus, galimybę naudoti vėžinių auglių vizualizacijai. Siekiant prie magnetinės nanodalelės prikabinti fluorescuojančius žymenis, antikūnius ar vaistų molekules, būtina sukurti tvirtą jų sąsają su nanodalele. Labiausiai tam tinka aukso-sieros tilteliai. Feritų paviršių padengti aukso luobele sudėtinga, tačiau 2015 m. mokslininkams pavyko rasti originalų ir patikimą metodą, kaip tai padaryti.
Dr. A. Jagminas ir habil. dr. Z. Jusys išmaniųjų nanodarinių tyrimus atliko FTMC, taip pat Gyvybės centro, Nacionalinio vėžio instituto, Ulmo (Vokietija), Kadizo (Ispanija) universitetų ir Romos Nanostruktūrų tyrimo instituto laboratorijose.
Atgal
