Физики Томского госуниверситета Рашид Валиев и Глеб Барышников впервые разработали модель, по которой можно вычислить эффективность переноса энергии и заряда в наноматериалах из первых принципов. Она позволяет рассчитать, как будет осуществляться этот перенос, до синтеза материалов — это позволит сэкономить на экспериментах и быстрее разработать эффективное наноустройство. Статья опубликована в высокорейтинговом журнале Chemical Engineering Journal (Q1) уровня Nature Communication.

Модель также применили к одним из самых сложных объектов в квантовой химии — к большим молекулам, содержащих лантаниды. Исследователи рассчитали модель без каких-либо экспериментальных измерений и синтеза.

— Даже сегодня моделирование электронных свойств одиночных ионов лантанидов — это настоящий челлендж для теоретической квантовой химии. Мало кто умеет это делать. Мы же вычислили эффективность или скорость переноса энергии между электронными состояниями различной мультиплетности молекулярных комплексов с лантанидами, что является уникальным моделированием, — объясняет старший научный сотрудник лаборатории квантовой механики молекул и радиационных процессов ТГУ Рашид Валиев.​

​Далее, поясняет Валиев, появился вопрос об апробировании этой модели. И этим занялись исследователи из Харбинского политехнического университета. Китайские коллеги провели ряд экспериментов с использованием этой модели и даже смогли разработать нанопреобразователи — специальные устройства, которые увеличивают эффективность перенос энергии между донором и акцептором в задачах биофотоники.

Так учёным удалось сэкономить на экспериментальной части: вместо того, чтобы закупать вещества и создавать материалы, тратя деньги, сотрудники китайского вуза на базе модели, созданной учеными ТГУ, заранее смогли увидеть, как именно наноматериалы будут работать эффективнее.

— Они провели измерения для нашей модели. То, что мы предсказали, очень хорошо сходится с экспериментом. Наша модель работает. В дальнейшем ее можно применять в области разработки дизайна органических светодиодов — OLED, — добавляет Валиев.

Модель учёные будут применять не только в области биофотоники. Более того, говорит Рашид Валиев, с помощью этого расчета можно предсказывать характеристики любых нанодевайсов, где происходит процесс переноса энергии и заряда. Это могут быть органические солнечные батареи или, например, апконверсные наночастицы, они используются при биовизуализации тканей. Эта модель также будет полезна в задачах химии, где в реакциях требуется определить время переноса заряда в интермедиантах.

Работа проводилась в рамках гранта РНФ (17-73-20012).

Источники

Физики ТГУ разработали модель для предсказания свойств наноматериалов - Naked Science
Naked Science (naked-science.ru), 23/08/2021
Физики ТГУ разработали модель для предсказания свойств наноматериалов - Naked Science
Naked Science (naked-science.ru), 23/08/2021
Физики разработали модель для предсказания свойств наноматериалов
Томский государственный университет (tsu.ru), 25/08/2021
Российские физики разработали модель для предсказания свойств наноматериалов
Поиск (poisknews.ru), 25/08/2021
Физики ТГУ разработали модель для предсказания свойств наноматериалов
ГТРК Томск, 25/08/2021
Физики разработали модель для предсказания свойств наноматериалов
Российский научный фонд (rscf.ru), 25/08/2021
Физики разработали модель для предсказания свойств наноматериалов
Российский научный фонд (рнф.рф), 25/08/2021
Томские ученые создали модель для предсказания свойств наноматериалов
Томский обзор (obzor.city), 25/08/2021
Ученые разработали модель для предсказания свойств наноматериалов
Научная Россия (scientificrussia.ru), 30/08/2021

Похожие новости

  • 18/03/2021

    Учёные расширят перечень пригодных для 3D-печати материалов

    Ученые Томского государственного университета и ИФПМ СО РАН предложили новый способ 3D-принтинга, который позволяет использовать ранее недоступные для этого материалы: металлы, металлокерамику и даже высокоэнергетические материалы.
    893
  • 13/02/2019

    Супергидрофильное покрытие для индивидуальных имплантатов предложили ученые ТПУ

    ​Ученые Томского политехнического университета вместе со своими германскими коллегами из университета Дуйсбург-Эссен предложили использовать сферические наночастицы кальций-фосфата в качестве покрытия для имплантатов из сплава ВТ6.
    1643
  • 26/11/2020

    Ученые ТПУ создадут устойчивые к водородным и радиационным повреждениям композиты

    ​Специалисты Томского политехнического университета разрабатывают научные основы создания композиционных материалов, устойчивых к водородным и радиационным повреждениям. Композиты предполагается создавать на основе наноразмерных металлических многослойных систем цирконий/ниобий (Zr\Nb).
    596
  • 26/07/2021

    «Движущая сила науки – интерес»: физик из США в Томске изучает озон

    ​Профессор университета Центральной Флориды (США) Вячеслав Кокоулин приехал в Томский госуниверситет для работы над проектом «Озон: радиационные свойства на пороге диссоциации, процессы формирования, релаксации и распада; спектроскопическое обеспечение для моделирования спутниковых наблюдений».
    377
  • 29/12/2020

    Наталья Гусева: «2020 год потребовал самоотверженности и готовности к переменам»

    ​Директор Инженерной школы природных ресурсов ТПУ Наталья Гусева поделилась результатами, которых достиг коллектив школы в 2020 году, и рассказала о целях и задачах на будущий год.​   Уходящий год стал точкой отсчета новой реальности для всего мира, и, чтобы в нее «встроиться», нам пришлось многое пересмотреть и изменить в своей деятельности.
    1704
  • 10/12/2020

    Томские ученые модифицируют покрытия для имплантов с помощью ксенона

    ​​​Научная коллаборация Томского политехнического университета (ТПУ), Сибирского государственного медуниверситета (СибГМУ) и Балтийского федерального университета разработала технологию нанесения кальций-фосфатных покрытий на медицинские импланты в газовой среде; исследование показало, что использование ксенона делает покрытия более долговечными, сообщает 9 декабря пресс-служба ТПУ.
    654
  • 14/08/2020

    Студент Миланского политеха работал в ТПУ над созданием покрытия из хрома для оболочки ТВЭЛов

    ​Магистрант Миланского политехнического университета Кристиано Полтрониери в течение семестра проводил исследования в Томском политехническом университете в рамках программы академической мобильности. Его проект посвящен решению масштабной задачи — повысить стойкость к окислению циркониевых оболочек тепловыделяющих элементов (ТВЭЛ) водо-водяных ядерных реакторов в случае аварийной ситуации.
    642
  • 15/09/2020

    Физики впервые создали модель для предсказания свойств любых молекул

    Группа ученых-физиков под руководством доцента ФФ ТГУ Рашида Валиева создала новую модель для расчета фотофизических характеристик молекул, которая применима для молекул любой природы, в том числе редкоземельных лантаноидов.
    849
  • 10/02/2021

    Учёные исследуют высокоэнтропийные сплавы – материалы нового класса

    Учёные и аспиранты кафедры естественнонаучных дисциплин СибГИУ (участник НОЦ «Кузбасс») в содружестве с коллегами из Института сильноточной электроники СО РАН, Самарского национального исследовательского университета имени академика С.
    854
  • 07/12/2020

    ТПУ выиграл два мегагранта Правительства РФ на исследования новых материалов для медицины и «зеленой» химии

    ​​В Минобрнауки России подвели итоги восьмого конкурса на предоставление мегагрантов, выделяемых для поддержки исследований под руководством известных ученых. Среди победителей — два проекта Томского политехнического университета.
    718