Олеся Капитанова, 31 год, старший научный сотрудник лаборатории накопителей энергии Института арктических технологий МФТИ
Начало
Я училась в МГУ, на факультете наук о материалах. На старших курсах нас отправляли на стажировки за границу. Меня распределили в Сеул, в Квантовый полупроводниковый Исследовательский центр физического факультета Университета Донгук, в лабораторию, исследующую двумерные материалы для их дальнейшего применения в электронике. Там я поняла, что хочу работать в этом новом направлении. В результате магистерская и кандидатская работы были выполнены в МГУ и Донгуке и посвящены синтезу и изучению физико-химических свойств графеноподобных материалов. В аспирантуре у меня было две специальности: химия твердого тела и физика конденсированного состояния.
В Корею меня пригласили как химика. Во время своей первой стажировки я синтезировала окисленный графен, а потом освоила литографию для изготовления структур на его основе и методы изучения их электрофизических свойств. В ходе экспериментов выяснилось, что при приложении электрического поля в этом материале нелинейно изменяется электрическая проводимость — структура обратимо меняла свое сопротивление на три и более порядка. Возможность контролировать несколько резистивных состояний в оксиде графена открывает возможности хранения более одного бита на ячейку памяти. Моя диссертация была посвящена разработке методов формирования структур на основе оксида графена с резистивным переключением — мемристоров. В последние годы интерес к этому очень возрос в связи с необходимостью разработки новых технологий для обработки больших объемов информации. Оказалось, что не только окисленный графен, а еще двумерный материал дисульфид молибдена демонстрирует такой эффект. К сожалению, в России мне пришлось приостановить эту работу, потому что нужно специальное оборудование для проведения исследований в данной области.
Сегодня
Дальше встал вопрос, оставаться в России или уезжать? Я подумала, что стоит сначала попробовать продолжить научную карьеру здесь, и осталась работать научным сотрудником в университете. Получила молодежный грант и проработала несколько лет. Потом появилась вакансия на Физтехе, куда я прошла по конкурсу. Это лаборатория по созданию арктических аккумуляторов, которые будут работать при низких температурах. Меня позвали как специалиста в области углеродных материалов. Не все электродные материалы, которые используются в аккумуляторах, хорошо проводящие, многие из них — диэлектрики, и для эффективного протекания электрохимических реакций нужно создать проводящую матрицу. Применение графеноподобных материалов вместо используемой сегодня сажи позволит существенно улучшить удельные показатели аккумуляторов. Я буду заниматься созданием электрохимических систем с высокими удельными емкостью и мощностью, а также систем, работающих при низких температурах.
Я по образованию материаловед. В первую очередь то, что я умею, — это разработка методов синтеза материалов и исследование их свойств. Я освоила ряд синтетических подходов для получения двумерных материалов: растворный, газофазный и электрохимический методы синтеза графена и его производных. Сейчас мы с командой активно развиваем электрохимический метод. Я рассматриваю этот способ как один из самых простых и масштабируемых: графитовый анод погружаем в электролит и за секунды получаем графеноподобный материал относительно высокого качества.
К технологиям
Разговоров об уникальных свойствах графеноподобных материалов много, и возникает закономерный вопрос: где же их применение? Мне кажется, на сегодня наука и технология дошли до такого уровня, что можно внедрять двумерные материалы. Крупные корпорации, например, Samsung, LG, Nissan и многие другие говорят, что они используют графен и его производные в аккумуляторах, в дисплеях. Однако почему до сих пор эти материалы не применяют массово? Оказывается, очень сложно получить материал в большом количестве с контролируемыми размером частиц, содержанием дефектов, заданного состава. А если говорить об их внедрении в технологию при создании, например, аккумуляторов или чернил, то качество материалов должно быть стандартизовано. Я читала интересный обзор этого года в Nature Materials, в котором приведены характеристики коммерчески доступных графеноподобных продуктов в Южной Корее, Америке и Китае. Несмотря на одинаковое название, свойства — разные. Как материал с одним и тем же названием может обладать разными свойствами? Для воспроизводимости свойств материала от производителя к производителю и даже от партии к партии нужна стандартизация каждого из материалов. Но все стандартизировать тоже не так просто. Стандартизация должна быть нацеленной на применение, то есть учитывать
набор физико-химических свойств для выбранной пользователем системы приложений. Я считаю, что это направление нужно развивать, потому что материалы действительно перспективные, с возможностью использования в различных сферах.
А если…
В Корее я видела впечатляющие презентации о том, как в глаз вживляют двумерную мембрану, человек моргает — и благодаря встроенному устройству фотографирует этим глазом, сканирует все вокруг. На сегодняшний день такие идеи кажутся далекими от реального применения. Если двумерные материалы действительно биосовместимы с человеческим организмом, если устройства на их основе способны улучшить физические способности организма, ускорить процессы обработки информации, защитить глаз от электромагнитного излучения — мне такое направление кажется очень увлекательным.
