Школьники «Сириуса» стали соавторами научного исследования и публикации о нанотехнологиях. Научная статья опубликована в журнале «Поверхность. Рентгеновские, синхронные и нейтронные исследования», включенном в авторитетную базу Scopus.
Публикацию предваряла большая и кропотливая работа целого научного коллектива, в состав которого вошли школьники и педагоги «Сириуса», ученые-исследователи Федерального исследовательского центра химической физики им. Н.Н. Семенова РАН, Зеленоградского МИЭТ, МГУ имени М. В. Ломоносова и Орловского государственного университета имени И. С. Тургенева.
Все началось два года назад с инициативы МИЭТ по привлечению школьников к серьезным научным работам. В данном случае – к созданию новых энергоэффективных и экологически чистых пьезокерамических материалов, которые можно применять в самых различных отраслях – от космической техники и авиастроения до атомных электростанций и подводных лодок. Научная задача в том, что используемый сейчас в пьезокерамике свинец очень токсичен – как для людей, так и для окружающей среды. Но команде ученых все-таки удалось заменить свинец другими металлами и синтезировать новые образцы пьезокерамики, обладающие не меньшей энергоэффективностью.
Зерна на поверхности пьезокерамики в микроскопе «СММ-2000»
Опытной площадкой для исследования наноструктуры получившейся новой пьезокерамики стали научные лаборатории школы Образовательного центра «Сириус», оборудованные ультрасовременными аппаратами сканирующей зондовой микроскопии. А молодое поколение ученых-школьников представили выпускники «Сириуса» – 17-летний сочинец Данир Кашапов и 16-летняя Анастасия Ефремова из Орла.
Сложная научная тематика заинтересовала Анастасию на занятиях в юношеской специализированной научно-исследовательской школе «Основы нанотехнологий» ОГУ имени И.С. Тургенева в родном Орле. В июле 2019 года они вместе с Даниром были участниками проектной программы «Большие вызовы», где под руководством наставников изучали физику поверхности на атомном уровне.
Вот что об этом рассказывает школьница:
«Сканирующая зондовая микроскопия – это один из мощных современных методов исследования морфологии и свойств твердого тела, без которого не обойтись в нанотехнологиях и изучении «умных материалов». Высокое пространственное разрешение в зондовых микроскопах позволяет рассмотреть буквально с точностью до атомов то, что недоступно обычным оптическим микроскопам».
При этом зондовые микроскопы, несмотря на сложное название, в применении не сложнее оптических. С их помощью как раз можно было детально исследовать свойства пьезокерамики – твердого материала, который получают методом синтеза из соединений различных металлов.
На «Больших вызовах» педагоги и научные руководители «Сириуса» передали ребятами главный навык – умение самостоятельно работать на новейшем оборудовании, исследуя на зондовых микроскопах различные объекты. Технологию ребята освоили – и в скором времени школьники получили предложение принять участие в работе группы.
Работа в смешанных командах – современный тренд. В научной среде есть задачи, которые сложно решить силами одного или нескольких ученых. Тогда они решаются в формате megascience, когда для работы над проектом объединяются несколько ученых из разных научных организаций или даже стран. Как показывает практика, такие научные объединения создают самые успешные научные продукты – результативные исследования и самые цитируемые научные публикации.
Суть исследования научной группы проекта объясняет Данир Кашапов:
«Чтобы проще понять, какую задачу решали ученые, необходимо знать принцип пьезоматериалов. Их особенность в том, что они могут при сжатии или изгибе вырабатывать электрический заряд на своей поверхности – прямой пьезоэффект, либо под влиянием внешнего электрического поля менять свою форму и двигаться – обратный пьезоэффект. Цель команды состояла в том, чтобы выяснить: как от структуры новых экологически чистых пьезоматериалов зависит их энергоэффективность».
Старший преподаватель кафедры квантовой физики и наноэлектроники НИУ «МИЭТ» Борис Логинов с радостью отмечает, что его опыт делегирования школьникам немалой часть исследовательских задач – работает. Юные нанотехнологи справились и с освоением ультрасовременных микроскопов завода «Протон», и с получением на них десятков кадров высочайшего разрешения, и с анализом полученных результатов.
Кандидат физико-математических наук, директор Ресурсного модельного центра дополнительного образования детей «ОГУ имени И.С. Тургенева» и методист направления «Нанотехнологии» Всероссийской научно-технологической программы «Большие вызовы» Образовательного центра «Сириус» Юрий Хрипунов поясняет:
«С одной стороны, нас давно интересовала возможность включения школьников в серьезные научные коллаборации, с другой – эта включенность должна быть созвучна передовым научным задачам, к которым нам предстояло подключиться самим. В итоге нашей большой команде удалось соединить научную и образовательную деятельность. И теперь мы готовы делиться этим опытом с образовательными центрами».
По словам эксперта, результаты исследований имеют значительный прикладной интерес и в самом ближайшем будущем полученные на их основе материалы могут найти широкое применение.
