Печать
Просмотров: 7088

Страницы истории кафедры

Обновлено

Интенсивное развитие науки в 70-е годы XX века вызвало необходимость подготовки специалистов в области химии твёрдого тела и химического материаловедения, что обусловило создание на базе химического факультета Ленинградского университета в 1978 г. кафедры химии твёрдого тела (ХТТ)

Основателем и первым заведующим кафедрой более 10 лет являлся член-корреспондент РАН, проф., д.х.н. Валентин Борисович Алесковский  (1912-2006гг.), выдающийся российский ученый который изначально задумывал кафедру как объединение ученых, разрабатывающих не только фундаментальные, но и прикладные аспекты химии твёрдого тела.

С 1989 г. кафедру возглавляет заслуженный деятель науки РФ, академик РАЕН, проф., д.х.н. Игорь Васильевич Мурин, и под его руководством коллектив кафедры продолжает заложенную традицию – развивать новые перспективные направления в научно-исследовательской деятельности и образовательном процессе.

Коллектив кафедры имеет значительный опыт работы по синтезу наноструктурированных твердых веществ и материалов, в том числе нанопокрытий на различных подложках (металл, полупроводник, диэлектрик, дисперсные вещества). Проведенные исследования позволили создать научные основы синтеза наноструктур и наноструктурированных материалов на основе разработанных методов направленного синтеза – метода молекулярного наслаивания, известным за рубежом под названием "atomic layer epitaxy" (ML –ALD), метода ионного наслаивания./ В настоящее метод ML –ALD признается зарубежными экспертами (Solid State Technology (USA), 44,70,(2001)) в качестве основного метода для получения нанослоёв в наноэлектронике и др. областях.

С 2006 г. на базе кафедры ХТТ ежегодно проводятся студенческие конференции «Химия материалов», организация и проведение которых стало новой традицией кафедры. Среди участников конференций - студенты не только химического, но и других естественно-научных факультетов.

Ежегодно на кафедре обучается 20-25 студентов по всем видам образовательных программ. Выпускник кафедры химии твёрдого тела – это специалист, владеющий знаниями по химическим и физико-химическим аспектам химии и ионики твёрдого тела, получивший навыки в области основных методов исследования твердых веществ (физико-химический анализ, ЯМР, ЯГР, эллипсометрия, ИК-Фурье спектроскопия, УВИ, ОЖЕ и ЭСХА спектроскопия, оптическая и электронная микроскопия и т.д.), владеющий методами направленного синтеза тонких и нанослоев твердых веществ и материалов с заданными свойствами, в том числе конструкционных (металлических, композиционных), активных (сорбенты, катализаторы, наполнители), магнитных, материалов с суперионной проводимостью, объектов микроэлектроники и спинтроники. В последние годы ряд магистерских диссертационных работ посвящен решению вопросов в области биосовместимых материалов и исследованию материалов для стоматологии (“dental chemistry”).

Большинство выпускников кафедры успешно реализует полученные знания и навыки в ведущих образовательных и научных центрах России, в исследовательских лабораториях и университетах других стран (в т.ч. США, Германии, Вьетнама, Ливии, Китая, Израиля, Монголии), а также принимает участие уже в статусе преподавателя или научного сотрудника в работе кафедры.

Главным направлением научных исследований является разработка физико-химических основ неорганического материаловедения: химический дизайн и исследование кристаллических, аморфных и наноструктурированных материалов различного функционального назначения.

Основные научные достижения коллектива кафедры ХТТ связаны с синтезом и исследованием твердофазных материалов в объемном и наноструктурированном состоянии, обладающих заданными функциональными свойствами, определяемыми в основном взаимосвязью электронной и ионной подсистем.

В последние годы сотрудникам кафедры удалось достичь весомых результатов, которые сравнимы с мировыми достижениями в различных областях химии твёрдого тела и нанотехнологий:

  • Разработаны методы послойного синтеза неорганических композиционных наноматериалов, в частности, выявлены основные закономерности ионного, ионно-коллоидного и коллоидного наслаивания, что нашло применение при создании мембран для разделения газовых смесей, включая водород-содержащие, мембран топливных ячеек на основе гибридных изо- и гетерополиоксометаллатов, антикоррозионных покрытий ряда металлов и т.д.
  • Разработаны научные основы наноструктурирования обьема твёрдого вещества для получения нового поколения наноструктурированных композиционных материалов на основе керамики, металлов, полимеров.
  • Разработан метод синтеза нового углеродного микропористого материала с высокой удельной поверхностью (более 2000 м2/г), являющегося основой эффективных композиционных сорбентов.
  • Синтезированы многослойные периодические наноструктуры с чередованием слоев сульфидов и селенидов цинка и кадмия заданной толщины. Показана чёткая периодичность состава структуры.
  • Созданы и исследованы перспективные суперионные материалы с преимущественной проводимостью по сере.
  • Разработаны новые подходы для исследования ионных процессов в стеклообразных и наноситаллизованных матрицах с ионным и смешанным характером проводимости.
  • Методами молекулярной динамики проводится компьютерное моделирование ионных процессов, в частности, кристаллизации и динамических свойств наноматериалов ионики твёрдого тела в углеродных нанотрубках с использованием высокопроизводительного вычислительного кластера.
  • Синтезированы функционально-градиентные нанопокрытия (TiN, MoS2) для защиты конструкционных материалов.
  • Методом молекулярного наслаивания впервые проведен синтез нанокристаллов диоксида ванадия на поверхности кремния и изучены их электрофизические и магнитные свойства.
  • Проведено исследование и разработаны новые составы нанокомпозитных покрытий для электродов фотоэлектрохимических ячеек выделения водорода на основе оксидов тантала и титана.
  • C применением технологии «слой-за-слоем» созданы новые наноструктурированные кондуктометрические газовые сенсоры на основе SnO2.
  • Созданы и успешно используются в промышленности сенсоры влажности на основе нанодисперсного кремнезема с привитыми инициаторами полимеризации.
  • С помощью современных методов ЯМР и ЯМР релаксометрии проведено исследование динамической и структурной неоднородности во фтор-ионной подсистеме в тисонитоподобных кристаллах при температурах до 1200 К.
  • Созданы оригинальные автоматизированные технологические установки для получения многослойных диэлектрических и полупроводниковых пленок методом молекулярного наслаивания. 

Научные исследования сотрудников кафедры поддерживаются многими грантами Федеральных целевых программ “Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007-2012гг” и "Научные и научно-педагогические кадры инновационной России" на 2009-2013 годы, а также  российских и зарубежных фондов: РФФИ, INTAS, NWO, CRDF, «Научная школа», «Интеграция», «Университеты России». Только в 2009 г. при участии РФФИ выполнено 6 научно-исследовательских работ. Тематика грантов носит как фундаментальный научный, так и прикладной характер. Сотрудниками кафедры разрабатываются основы прецизионных методов синтеза твердых веществ, которые реализуются при создании наноматериалов различного функционального назначения, устройств микроэлектроники и ионики твёрдого тела, объектов спинтроники, новых эффективных сорбентов, сенсоров, катализаторов, защитных покрытий, биоматериалов и др. С помощью современного парка лабораторного оборудования проводятся качественные исследования твердофазных веществ в объемном и наноструктурированном состоянии, направленные на установление взаимосвязи состава, строения, реакционной способности и свойств, а также выяснение возможности практического применения новых синтезированных материалов, обладающих набором необходимых функциональных свойств. Некоторые НИР, выполняемые с помощью информационных и вычислительных ресурсов, направлены на химическое моделирование и прогнозирование свойств перспективных твердофазных материалов. На кафедре выполнен ряд работ, ориентированных на создание и развитие технологических автоматизированных установок, позволяющих синтезировать новые классы наноматериалов с улучшенными функциональными свойствами.

Существенное внимание уделяется инновационной деятельности. Прикладные исследования, проводимые на кафедре, поддерживаются государственными контрактами и программами «Старт» и МНТЦ. Научные достижения подтверждены большим количеством российских и международных патентов, авторскими свидетельствами, медалями ВДНХ. За последние 5 лет по результатам работ сотрудниками кафедры полученоно 6 патентов.

Ежегодное количество публикаций сотрудников кафедры ХТТ в ведущих российских и международных журналах составляет более 20 научных статей, обзоров и докладов на международных конференциях, посвященных самым актуальным проблемам химии и ионики твёрдого тела и материаловедению. Большое внимание на кафедре уделяется выпуску учебной и научной литературы. Среди изданных в последние годы трудов отметим ряд монографий, учебников и учебных пособий:

  • В.Б. Алесковский “Химия надмолекулярных соединений”, СПб: Изд-во СПбГУ, 1996 г.;
  • В.М. Смирнов “Химия наноструктур. Синтез, строение, свойства”, СПб: Изд-во СПбГУ, 1996 г.;
  • В.П. Толстой “Методы УВИ и ИК-спектроскопии нанослоев” СПб: Изд-во СПбГУ, 1998 г.;
  • Ю.М. Артемьев, В.К. Рябчук “Введение в гетерогенный фотокатализ”, Учебное пособие, СПб: Изд-во СПбГУ, 1999 г.;
  • V.P. Tolstoy, I.V. Chernyshova, V.A. Scryshevsky “Handbook of IR spectroscopy of ultra thin films”, USA, NY: Wiley&Sons, 2003, 741 pp;
  • А.К. Иванов-Шиц, И.В. Мурин, “Ионика твёрдого тела”, т.1, СПб: Изд-во СПбГУ, 2000 г., 616 с., т. 2 , 2010 г., 1000 с.
  • Химия твёрдого тела. Химические проблемы создания новых материалов” И.В. Мурин (Ред): Сб. статей к 25-летию кафедры ХТТ химического факультета СПбГУ  Изд-во СПбГУ, 2003г.

Кафедра химии твёрдого тела с момента основания и по сегодняшний день занимает лидирующие позиции в стране в области развития методов синтеза и исследования твердых веществ в объемном и, особенно, наноструктурированном состоянии. Так, впервые в России с 1996 г. на базе кафедры стали регулярно проводиться Международные конференции по химии высокоорганизованных веществ и научным основам нанотехнологии (1996, 1998, 2001, 2004 гг.) и "Круглый стол" по современным проблемам ионики твёрдого тела с участием ведущих мировых специалистов.

Кафедра ХТТ имеет обширные научные контакты и договоры о сотрудничестве как с Российскими институтами и исследовательскими организациями, так и с зарубежными университетами, среди которых Технический университет г. Дармштадта, Киевский государственный университет, Политехнический Университет г. Турина, Национальный институт прикладных наук Лиона, Гамбургский университет, Университет г. Эссен, Гомельский государственный университет, Институт кристаллографии РАН, Санкт-Петербургский государственный медицинский университет, Вятский государственный университет, Физико-технический институт РАН, Институт химии силикатов РАН, Институт химической физики РАН, Институт порошковой металлургии НАНБ, Санкт-Петербургский Технологический институт (Технический университет) и др.

Сегодня на кафедре ХТТ в работах ее сотрудников представлены практически все направления современной фундаментальной и прикладной химии твёрдого тела: компьютерное моделирование и прогнозирование свойств новых перспективных материалов, разработка различных методов синтеза наноструктурированных веществ, современные наукоемкие, авторские и адаптированные методики исследования состава, строения, свойств получаемых соединений и материалов, и, в конечном итоге, применение разрабатываемых технологий для создания современных твердотельных устройств.