Челябинские ученые научились прогнозировать свойства вещества
15 Октября 2021
Фото: Людмила Ковалева
Они выяснили, что стабильность его «родительских» кристаллов во многом зависит от свойств распределения электронной плотности.
Ученые Южного Урала с коллегами из РАН придумали, как предсказать свойства материалов, из которых делают солнечные батареи, полупроводники для электроники и медицинские аппараты. От свойств химической «электронной начинки» во многом зависит, как будет работать искусственный интеллект, «умные» системы контроля и управления, космические и оборонные приборы. Для этого ученые первыми в мире исследовали электронную плотность в так называемых кристаллах соли Аппеля.
Эти «родительские» соли — предшественники конечного продукта радикально влияют на свойства крайне важных «композитов». Прорывное для мировой науки исследование провели ученые ЮУрГУ совместно с коллегами из других научно-исследовательских институтов. Они обнаружили причины стабильности солей, от которой и зависят свойства вещества, и подробно описали выводы в высокорейтинговом журнале Acta Crystallographica Section B: Structural Science, Crystal Engineering And Materials (Q2).
По словам авторов ноу-хау, органические кристаллы вызывают большой исследовательский интерес у ученых, поскольку широко применяются в разных сферах — от органических полупроводников и компонентов солнечных батарей до медицинской химии. Но важно, чтобы они были стабильными, не распадались, а сохраняли свою структуру. Ученые исследуют свойства этих кристаллов, которые во многом зависят от особенностей распределения электронной плотности. Благодаря этой информации можно прогнозировать физико-химические, фотоэлектрические и другие свойства материалов, в состав которых входят эти молекулярные соединения.
Исследования стали одним из направлений проекта «На пути к новым гибридным материалам: цифровое моделирование структуры и свойств от атомно-молекулярного уровня до наночастиц».
«Мы первыми в мире изучили экспериментально полученное распределение электронной плотности в кристаллах соли Аппеля, которая служит своего рода веществом-предшественником в синтезах стабильных радикалов», — пояснила руководитель проекта, доктор химических наук Екатерина Барташевич.
Для эксперимента ученый ЮУрГУ, кандидат химических наук Олег Большаков синтезировал качественные монокристаллы. Тем самым он продолжил исследования научной группы доктора химических наук Олега Ракитина из Института органической химии им. Н.Д. Зелинского, где изучают такие системы с замещением части химических элементов.
Следующим шагом стал сбор рентгенодифракционных данных в экстремальных условиях непрерывного охлаждения вещества. Трудоемкий эксперимент выполняли Михаил Миняев из Института органической химии РАН и Адам Сташ из Института элементоорганических соединений им. А.Н. Несмеянова РАН. Для построения достоверных моделей и интерпретации полученных данных использовали мощности суперкомпьютерного центра ЮУрГУ.
Главным результатом исследования стал важный вывод: стабильность свободно-радикальных солей во многом обусловлена особыми свойствами распределения электронной плотности. Они кроются в особенностях формирования химических связей, в которых не один, а много «связующих» центров.
Ученые намерены продолжать исследования на уровне моделирования, проводить эксперименты по изучению структуры и электронных свойств органических кристаллов.
Эти «родительские» соли — предшественники конечного продукта радикально влияют на свойства крайне важных «композитов». Прорывное для мировой науки исследование провели ученые ЮУрГУ совместно с коллегами из других научно-исследовательских институтов. Они обнаружили причины стабильности солей, от которой и зависят свойства вещества, и подробно описали выводы в высокорейтинговом журнале Acta Crystallographica Section B: Structural Science, Crystal Engineering And Materials (Q2).
По словам авторов ноу-хау, органические кристаллы вызывают большой исследовательский интерес у ученых, поскольку широко применяются в разных сферах — от органических полупроводников и компонентов солнечных батарей до медицинской химии. Но важно, чтобы они были стабильными, не распадались, а сохраняли свою структуру. Ученые исследуют свойства этих кристаллов, которые во многом зависят от особенностей распределения электронной плотности. Благодаря этой информации можно прогнозировать физико-химические, фотоэлектрические и другие свойства материалов, в состав которых входят эти молекулярные соединения.
Исследования стали одним из направлений проекта «На пути к новым гибридным материалам: цифровое моделирование структуры и свойств от атомно-молекулярного уровня до наночастиц».
«Мы первыми в мире изучили экспериментально полученное распределение электронной плотности в кристаллах соли Аппеля, которая служит своего рода веществом-предшественником в синтезах стабильных радикалов», — пояснила руководитель проекта, доктор химических наук Екатерина Барташевич.
Для эксперимента ученый ЮУрГУ, кандидат химических наук Олег Большаков синтезировал качественные монокристаллы. Тем самым он продолжил исследования научной группы доктора химических наук Олега Ракитина из Института органической химии им. Н.Д. Зелинского, где изучают такие системы с замещением части химических элементов.
Следующим шагом стал сбор рентгенодифракционных данных в экстремальных условиях непрерывного охлаждения вещества. Трудоемкий эксперимент выполняли Михаил Миняев из Института органической химии РАН и Адам Сташ из Института элементоорганических соединений им. А.Н. Несмеянова РАН. Для построения достоверных моделей и интерпретации полученных данных использовали мощности суперкомпьютерного центра ЮУрГУ.
Главным результатом исследования стал важный вывод: стабильность свободно-радикальных солей во многом обусловлена особыми свойствами распределения электронной плотности. Они кроются в особенностях формирования химических связей, в которых не один, а много «связующих» центров.
Ученые намерены продолжать исследования на уровне моделирования, проводить эксперименты по изучению структуры и электронных свойств органических кристаллов.
Поделиться
