В России разработают уникальные материалы для строительства

В лаборатории многомасштабного моделирования многокомпонентных функциональных материалов Южно-Уральского государственного университета работают учёные, которые занимаются исследованием свойств новых материалов, которые только начинают разрабатываться. Одно из актуальных направлений в этой области — материалы на основе металлоорганических каркасов (MOF). Эти материалы состоят из отдельных строительных блоков, которые могут обеспечивать различные сочетания свойств, такие как гибкость и светящиеся характеристики, а также способность к сорбции и электропроводности.

Научный сотрудник Ирина Юшина, работающая в лаборатории, сравнивает MOF с конструктором, где блоки и элементы могут соединяться для формирования различных структур. Изменяя центральный металл или другие строительные блоки, можно контролировать не только структуру материала, но и его функциональные свойства, что делает их перспективными для широкого спектра приложений, от химической промышленности до медицины.

Металлоорганический каркас DUT-8, изучаемый Ириной Юшиной, например, обладает уникальной способностью к переключению между открытым и закрытым состояниями его пор. При нормальных условиях поры каркаса открыты и способны вмещать различные молекулы, но при воздействии внешних факторов, они могут закрываться. Этот уникальный механизм позволяет регулировать процессы сорбции и захвата молекул, что делает такие материалы не только перспективными, но и функционально уникальными в применении.

Ирина Юшина подчёркивает, что исследования материалов на основе MOF начинаются с моделирования и скрининга потенциальных областей их применения. Примером успешного использования таких материалов является разработка портативного устройства для регенерации воды в пустынных условиях. Эта технология, использующая MOF, способна извлекать значительное количество воды из атмосферы, что может решать проблемы водного дефицита в отдалённых регионах.

Исследователи также уделяют внимание механике гибких MOF и их применению в нелинейной оптике. Они проводят вычислительные эксперименты, используя суперкомпьютеры, чтобы моделировать поведение этих материалов на молекулярном уровне. Такой подход позволяет предсказывать и оптимизировать свойства материалов до их физического создания и экспериментального тестирования, что значительно ускоряет процесс разработки новых функциональных материалов.