Науковці кафедри прикладної фізики і наноматеріалознавства ІМФН працюють із найновішими інноваційними досягненнями фізики й нанотехнологій, що стосуються однієї з найпріоритетніших проблем сьогодення – енергетики.
Через погану екологічну ситуацію незабаром постане питання переходу на альтернативну енергетику, електромобілебудування тощо. Оскільки всі ці системи практично не можуть функціювати без систем назбирування і зберігання енергії, то на кафедрі прикладної фізики і наноматеріалознавства удосконалюють традиційні системи, в основі яких – електрохімічні механізми назбирування енергії: літій-іонні акумулятори (їх використовують у мобільних телефонах, комп’ютерах тощо) та суперконденсатори. На цьому шляху є суттєві успіхи. Зокрема вдалося вперше у світовій практиці реально знайти наноматеріали, що забезпечують досягнення теоретично можливого значення питомої ємності в катодному процесі стосовно грам-еквівалента літію. Це перший вагомий здобуток фахівців кафедри, адже завдяки цьому винаходові можна замінити звиклі літій-іонні акумулятори на ефективніші й дешевші. До прикладу: власники сучасних смартфонів вимушені підживлювати їх раз на добу чи два, а з використанням розроблених систем він зможе тиждень працювати без підживлення.
– Ми суттєво поліпшили традиційні системи суперконденсаторів, які дозволяють за одиницю часу віддавати велику енергію, що дуже важливо не тільки для побутової, а й військової техніки, – з гордістю говорить очільник кафедри професор Іван Григорчак. – До речі, американці нещодавно використали їх для створення електромагнітних гармат. Нам вдалося синтезувати принципово новий вид нанопористого вуглецю – кавітандний, який має природне походження і може бути використаний із надзвичайною ефективністю у суперконденсаторах, стати основою для створення новітніх надвисокоємних пристроїв – функційно-гібридних псевдоконденсаторів.
Оскільки жодна із названих електрохімічних систем ні практично, ні теоретично не може зрівнятися з тією енергією, що вивільняється від спалювання еквівалентної маси бензину, то на кафедрі почали шукати системи, які могли б назбирувати більшу енергію, ніж будь-які електрохімічні системи. Унаслідок «народилися» квантові акумулятори, що назбирують величезну енергію на гетерофазних межах наноструктурованих матеріалів із колосальним значенням діелектричної проникності. Крім того, віднайдено рішення практичної реалізації генерування і назбирування енергії ще в одному квантовому пристрої – спіновому конденсаторі. Обидва напрями не потребують використання електрохімічних систем, а працюють на сучасних засадах квантової фізики. Результати засвідчили, що науковці наблизилися до тієї енергії, що вивільняється від спалювання аналогічної маси бензину.
– Іване Івановичу, де можна буде використовувати цю новинку?
– У всій автономній енергетиці. Зауважимо, що перед людством згодом постане тільки дві можливості отримання енергії: за рахунок термоядерного синтезу й енергії Сонця. Останнє немислиме без застосування високоефективних назбирувальних систем. Такі дослідження треба провадити і з огляду на ще один аспект сучасного розвитку техніки. Бурхливий розвиток нанотехнологій спричинив створення реальних наноелектронних пристроїв, нанороботів, наномашин тощо. Але потреба їхнього автономного живлення лише починає формулюватися. У цьому ракурсі наші останні дослідження дали змогу впритул підійти до створення нанорозмірних джерел живлення – супрамолекулярних енергетичних блоків, які можна буде інкорпорувати навіть у 3D-архітектуру наночипів, нанокомп’ютерів тощо. Над цими дослідженнями працюють практично всі співробітники кафедри. Їх зазвичай провадять у НДЛ нанофізики й молекулярної енергетики, експериментальні лабораторії якої розташовано в трьох корпусах: 8-му, 18-му та 20-му. У них ми синтезуємо нові наноматеріали й супрамолекулярні структури, досліджуємо їхні фізико-хімічні властивості, виготовляємо експериментальні зразки й випробуємо їх.
– Співпрацюєте з іншими кафедрами?
– Останній рік-півтора у нас налагодилася добра співпраця з кафедрою органічної хімії, зокрема з групою доктора хімічних наук Олександра Заіченка, та з кафедрою проектування та експлуатації машин, яку очолює професор Зіновій Стоцько.
– Студентів залучаєте?
– Наша кафедра – випускова, тож тематика бакалаврських і магістерських праць практично на 80 відсотків пов’язана з окресленими напрямами досліджень.
– Чи допомагають студентські дослідження у Вашій роботі?
– Безперечно. Студентам доручаємо ту роботу, яку самі не встигаємо робити: вони провадять огляд літератури, певні дослідження, аналізують, моделюють ці процеси.
– Із закордонними вишами щось робите спільне?
– Ми перші у світі закладаємо основу нових досліджень, а тому ні принципові ідеї, ні технологічні ноу-хау не відкриваємо нікому. А щодо інших аспектів наукової творчості (сучасні методики вимірювань, побудова теоретичних моделей тощо), то, безперечно, співпрацюємо із низкою зарубіжних університетів і наукових закладів.
