В ходе научно-технологической программы «Большие вызовы» участники направления «Природоподобные и нейротехнологии» работают над созданием нового материала из полимера полилактида, который можно использовать для сбора масляных пятен и водорослей с поверхности воды. Сегодня применение таких биоразлагаемых материалов является перспективным и экологичным методом очистки водоемов. Школьникам вместе с наставниками предстоит получить образцы подобных материалов и исследовать их структурные и сорбционные свойства. Над задачей работают участники проекта «Трехмерные полимерные материалы для очистки водоемов» совместно с исследователями из Курчатовского института.
Важнейшим направлением работы промышленной и транспортной индустрии является предотвращение и своевременная ликвидация возможных аварий и утечек, которые могут привести к загрязнению водоемов. Особое внимание уделяется разливам нефти, которая при чрезвычайных ситуациях растекается по водной поверхности и образует тонкую масляную пленку. Сегодня наряду с существующими методами сбора нефти специалисты ищут новые, более эффективные и экологичные подходы.
Одно из таких решений – использование биоразлагаемых материалов, которые помогают собирать даже самые тонкие слои нефти. В рамках «Больших вызовов» старшеклассники работают с полилактидом – доступным, экологичным и быстроразлагаемым полимером.
Его получают из кукурузы и сахарного тростника – возобновляемых и экологически безопасных ресурсов. Полилактидные нетканые и пористые материалы способны поглощать загрязнения благодаря своей структуре и гидрофобным свойствам. Их использование абсолютно безопасно для окружающей среды.
«Наш полилактид разлагается в течение 20–90 дней на воду и углекислый газ. Это указывает на экологичность материала. Он также обладает таким свойством, как биосовместимость с другой экосистемой водоема, то есть безопасен для его обитателей. Если говорить о промышленной стороне, то это достаточно доступный и недорогой полимер», – рассказывает об особенностях полилактида школьница из Москвы Яна Смирнова.
Для создания полимерных материалов в рамках проекта участники используют сразу несколько методов. Один из них – метод электроформования, когда под воздействием электрического поля получаются тонкие, но очень прочные волокна. Они осаждаются на движущуюся подложку, создавая непрерывное полотно. Специально для этой работы школьники самостоятельно разрабатывают установку, которая позволит получить нетканый материал с заданными свойствами.
«Это перспективный проект, потому что такие эксперименты уже проводились: с помощью нетканых материалов собирали определенные загрязнения с воды. Ребята в этом проекте попробуют себя в качестве новаторов, исследуют новую область. В рамках проекта школьники уже создали установку для электроформования. Участники команды сами, основываясь на знаниях о методе, придумали конструкцию, собрали ее. Уже был тестовый запуск, то есть проверка того, как она работает. Все данные, которые ребята соберут на этом проекте, будут обобщены нашими экспертами», – прокомментировала руководитель проекта, младший научный сотрудник НИЦ «Курчатовский институт» Наталья Шарикова.
«В нашей установке есть шприц, в него мы загружаем полимерный раствор. Он поступает по шприцу в иглу, к которой подключен источник высокого напряжения, и из-за перераспределения зарядов происходит вытягивание полимерного волокна. Потом оно дрейфует в образовавшемся электрическом поле и попадает на электрод, на котором скапливается. Так получается нетканый материал», – делится деталями работы над проектом школьница из Челябинска Ярослава Шабурова.
В рамках работы над проектом участники также познакомятся с работой рентгеновской установки, которая позволяет детализированно увидеть структуру полученного из полилактида материала на атомарном уровне. Но перед этим ребята осваивают теоретические основы рентгеновских методов исследований. Подготовка нового поколения амбициозных ученых – один из приоритетов федеральной программы развития синхротронно-нейтронных исследований.
«Вместе с ребятами мы отправимся в Университет, где они научатся работать с рентгеновской установкой, которая позволяет исследовать материалы на уровне атомов и молекул. С помощью метода малоуглового рентгеновского рассеяния мы посмотрим на внутреннюю структуру того материала, который у нас получился. Развитие рентгеновских методов – это один из приоритетов Курчатовского института. Перед нами сейчас стоит задача развития передовой инфраструктуры для проведения рентгеновских исследований, поэтому по всей стране создается целая сеть ярких источников рентгена – синхротронов. Мы надеемся, что ребята, которые работают в нашем проекте, смогут в будущем сделать на этих источниках свои первые научные открытия», – объясняет лаборант-исследователь Курчатовского комплекса синхротронно-нейтронных исследований НИЦ «Курчатовский институт» Эдуард Ибрагимов.
На финальной защите ребята вместе с наставниками собираются продемонстрировать образцы полученного материала и представить готовую методику, с помощью которой такие материалы могут применяться на практике при очистке водоемов.
