Смартфоны, планшеты, ноутбуки, переносные электродрели, электромобили: огромное количество техники работает на литий-ионных аккумуляторах. Объём мирового рынка такого типа зарядных устройств составляет десятки миллиардов долларов и продолжает расти. Вслед за ним растёт и спрос на сырьё, тот же литий ─ дорогой и не самый распространённый в мире металл. Именно поэтому разные группы учёных ищут ему альтернативу.

На смену может прийти натрий ─ родственный литию металл со схожими химическими свойствами, один из самых распространённых в земной коре элементов. Стоит ─ в разы дешевле. Но есть нюанс. Важным компонентом любых аккумуляторов является углеродный материал. Так, в паре с литием работает графит. Однако натрий к нему не подходит. Как элементы разных мозаик они несопоставимы.

Научный сотрудник Института неорганической химии СО РАН Светлана Столярова пояснила: в графите между слоями есть пространство, в котором запасали литий, но с натрием так не получается. Связано это с его строением и большим размером.

Новосибирские химики нашли замену графиту, создали новый тип углеродного материала с наночастицами азота. Похож на сажу, с пористой как соты структурой. В них и накапливается натрий. Главная задача исследователей ─  сделать разработку конкурентной. Ёмкость аккумулятора не должна уступать литий-ионным аналогам, иначе ни одного инвестора новинка не заинтересует. И учёные добились этого.

Старший научный сотрудник лаборатории физикохимии наноматериалов Института неорганической химии СО РАН Юлия Федосеева сообщила, что разработчики достигли ёмкости, сопоставимые с литий-ионными аккумуляторами, ─ 300 миллиампер в час на один грамм.

Теперь время работы каждого образца тестируют на специальном стенде. Батарейки заряжают и разряжают сотни раз. Таким образом из разных модификаций аккумуляторов учёные выявляют самый ёмкий и долговечный. Предел пока не достигнут, говорят разработчики. Есть, что улучшать и дорабатывать.

Один из перспективных элементов для замены платины в препаратах химиотерапии ─ рутений. Он на порядок дешевле химического собрата, а главное ─ безопаснее.

«У рутения меньшая токсичность на печень, почки и другие органы по сравнению с платиновыми аналогами, ─ сообщила младший научный сотрудник Института неорганической химии СО РАН Елена Столярова. ─ Это многообещающий препарат».

Присмотреться к рутению учёных подтолкнули его свойства. В определённых соединениях этот металл активен против опухолей, подавляет рост раковых клеток. В связке с оксидом азота получается уникальная комбинация. Спокойный в обычном состоянии, при свете комплекс включается в работу и под действием света распадается на две активные частицы ─ на комплекс рутения и оксид азота.

Это значит, что при попадании в кровь рутений не будет вести борьбу с клетками и тканями организма. Локальное введение препарата плюс точечное воздействие светом ─ в перспективе почти идеальная терапия.

«При введении в кровь они будут распределяться по организму. Дальше возможно  введение лапароскопически световода в конкретную точку. Идеальный вариант ─ это комплексы, которые  будут разлагаться под действием инфракрасного излучения, ─ поясняет главный научный сотрудник Института неорганической химии СО РАН Геннадий Костин. ─ Можно просто посветить на поверхность руки, и в глубине он найдёт ту самую точку, где должна происходить реакция».  

Базовые эксперименты провели на  клетках саркомы лёгких. Но учёные уверены, что действовать комплекс будет и против других видов рака.

Задача химиков – изучить фотохимические свойства новых соединений, а биологи и биохимики из других институтов Академгородка исследуют взаимодействие комплексов с биообъектами. В настоящее время работа идёт на культурах клеток.
Исследование сибиряков уже получило признание Королевского химического общества Великобритании, а Российский фонд фундаментальных исследований поддержал проект грантами. Работа на ближайшее будущее ─ поиск наиболее эффективных вариантов соединений с меньшей токсичностью и высокой противоопухолевой активностью.

Основу будущего монокристалла в виде порошка после очистки от посторонних примесей помещают в печь, где она растёт по миллиметру в час до нужного размера при температуре выше 700 градусов. Процесс длится около двух недель.

Выращенные в Новосибирске кристаллы ─ заказ корейских учёных. С их помощью астрофизики намерены выяснить массу нейтрино, которую ещё называют частица-призрак, при том, что стандартная модель требует, чтобы у нейтрино массы не было. Доказательство обратного позволит шагнуть за пределы привычной физики, расширит представления учёных об устройстве Вселенной.

«Исследовать нейтрино напрямую не представляется возможным. Это можно делать только косвенным способом, в данном случае ─ регистрацией двух типов двойного бета-распада и сравнения их энергий. Конкретно эти кристаллы представляют большой интерес из-за высокого содержания в них ядер молибдена и вольфрама», ─ пояснила младший научный сотрудник Института неорганической химии СО РАН Вероника Григорьева.

Установки, для которых предназначены кристаллы, расположены глубоко под землёй, чтобы исключить влияние космогенной радиации. Помимо поставок в Южную Корею, сибиряки работают и с европейскими научными организациями. Институт неорганической химии ─ один из мировых лидеров по производству кристаллов.

«Мы можем делать несколько десятков кристаллов в год, хотя нужны сотни. Масштабировать возможно. Есть все основания для этого», ─ комментирует ведущий научный сотрудник, заведующий лабораторией Института неорганической химии СО РАН Владимир Шлегель.

Если поиск массы нейтрино методом двойного бета-распада увенчается успехом, мировая наука сделает огромный шаг вперёд. И в этом, несомненно, будет заслуга и новосибирцев.

«Принцип работы заключается в том, что при деформации, то есть при удлинении или сжатии образца, изменяется его электрическое сопротивление. Датчик представляет собой маленькую полоску из гибких плёнок», ─ рассказывает старший научный сотрудник Института неорганической химии СО РАН Виталий Кузнецов.

Подобные сенсоры применяют в разных отраслях промышленности от возведения зданий и мостов до конструирования самолётов. Проектировщикам, строителям важно понимать, как деформируется материал в экстремальных условиях, и видеть его уязвимые места. Проверяют с помощью подобных датчиков. На рынке существует несколько типов, но полимерный ─ первый в своём роде. Его преимущества ─ долговечность и стойкость, выдерживает температурные колебания до 300°С и больше.

Сенсоры можно прикрепить к любой поверхности, даже самой необычной формы. Например, измерять деформации, угол движения пальцев, кистей рук. Такие исследования могли бы пригодиться в игровой или спортивной индустрии.

В будущем подобные датчики можно использовать, в том числе в биомеханических исследованиях. Например, прикрепив их к лицу можно изучать мимику. Это перспективное направление в реабилитационной медицине.

Единственный недостаток новосибирской разработки в том, что пока датчиков нет на рынке, шутят исследователи. Перспективы полимерных сенсоров очевидны не только для учёных. К идее проявили интерес представители российских авиационных институтов.