Mokslas

Atgal

Molekulinė elektronika ir nanoinžinerija

PROGRAMĄ VYKDO:
Molekulinių darinių fizikos skyrius
Nanoinžinerijos skyrius
Organinės chemijos skyrius
 
PROGRAMOS VADOVAS 
Prof. habil. dr. Leonas Valkūnas 

PROGRAMOS TIKSLAS

Programos tikslas - toliau vykdyti aukšto tarptautinio lygio mokslinius tyrimus ir eksperimentinės plėtros darbus, užtikrinti aukštą kompetenciją, ruošti šios mokslo srities specialistus, kurti sąlygas aktyviam molekulinių technologijų diegimui pramonėje. Tuo būdu bus siekiama sukurti mokslinės kompetencijos ir technologijų bazę, kuri turėtų tapti atspirties tašku naujų įmonių kūrimui ir jų veiklos palaikymui, suteikiant sudėtingų ir brangių tyrimų paslaugas.
 
Molekulinės organinės medžiagos sieja tris kertines gamtos mokslų kryptis – fiziką, chemiją ir biologiją. Molekulinė elektronika ir molekulinė nanoinžinerija yra neatsiejamos šios tarpdisciplininės mokslo ir technologijų srities veikos, apimančios tokias aktyviai vystomas technologijas kaip molekuliniai jutikliai, saulės energetika ir apšvietimas, naujos funkcinės medžiagos, nauji įrankiai medicininei diagnostika ir terapijai, biotechnologijos bei biologinių procesų tyrimui. Nežiūrint įspūdingų pastarųjų metų pasiekimų daugelyje šios srities veiklų, ji ir toliau reikalauja intensyvių mokslinių tyrimų, naujų pažangių tyrimo metodų, aukštesnės tyrimų ir jų pagrindu kuriamos gamybos būdų kultūros ugdymo bei įgūdžių. Vienas svarbiausių uždavinių išlieka molekulinės elektronikos ir nanoinžinerijos pasiekimų diegimas į pramonę, jos perorientavimas į aukštesnį technologinį lygmenį, naujų pažangių įmonių steigimas. Šiai veiklai savo ruožtu reikalingi kompetentingi aukštos kvalifikacijos specialistai, kuriems paruošti bendrųjų universitetinių studijų dažnai nepakanka.
 
Molekulinį elektronika ir nanotechnologijos dar nepasiekė ir akivaizdu, kad artimiausiu metu dar nepasieks brandos užtikrinančios jų pramoninį vystymąsi, todėl būtina tęsti ir aktyvinti šios srities  mokslinę veiklą akademinėse institucijose. Programos rėmuose pastaraisiais metais buvo vykdomi įvairūs projektai, kurie leido praplėsti reikiamą mokslinį potencialą. Buvo išvystyti tyrimo metodai, kuriamos ir tobulinamos technologijos, kuriamos naujos medžiagos.  Šios žinios atveria naujas taikymo perspektyvas biotechnologiniuose tyrimuose ir medicinoje bei vykdyti užsakomuosius organinių medžiagų, dangų ir nanodarinių sintezės bei integravimo darbus.  
 
PROGRAMOS UŽDAVINIAI
  1. Fundamentinių tyrimų srityje bus atliekami aukščiausio lygio organinių ir kompozicinių molekulinių darinių homogeninėse ir heterogeninėse terpėse tyrimai, pasitelkiant modernius elektrocheminius, chromatografinius, spektroskopinius, bei elektrinius metodus.

    Šiais tyrimais bus  siekiama užpildyti dar esamas fundamentinių reiškinių ir savybių supratimo spragas, kuriami vis sudėtingesnių praktiniams uždaviniams taikomų sistemų teoriniai aprašymo metodai. Organinės elektronikos srityje pastaraisiais metais įvyko proveržis vystant perovskitinius ir grynai organinius saulės elementus ir šviestukus. Šiems prietaisams naudojamos medžiagos pasižymi plačiomis modifikavimo, naujų medžiagų paieškų galimybėmis, tačiau taip pat ir sudėtingomis fizikinėmis savybėmis, kol kas nepakankamu cheminiu stabilumu, jautriu aplinkos poveikiams.  Šiais tyrimais bus  siekiama užpildyti dar esamas fundamentinių reiškinių ir savybių supratimo spragas, vystyti tokių netvarkių heterogeninių sistemų teorinius modelius, siekiama išaiškinti ir eliminuoti veiksnius, ribojančius prietaisų efektyvumą, ieškoma būdų pagerinti medžiagų stabilumą. Programos vykdytojai yra sukūrę daugybę molekulinės elektronikos medžiagų tyrimo metodikų, įgalinančių gauti unikalią informaciją apie svarbias elektronines savybes ir vyksmus, ypač ultrasparčius. Kompozicinių darinių srityje numatoma kurti ir tirti neorganinėmis medžiagomis dengtas metalų nanodaleles, kurios yra ypač perspektyvios Raman spektrų stiprinimui ir medžiagų analizei naudojant Ramano spektroskopiją (toliau - SHINERS). Taip pat bus kuriami nanokompozitai laidžiųjų polimerų pagrindu, siekiant padidinti juose poliaronų judrumą ir tuo pačiu ieškoti jiems naujų panaudojimo sričių. Šios kryptys pasirinktos todėl, kad šiuo metu dirbantys tyrėjai čia jau turi pasaulinio lygio įdirbį, o šiose srityse yra ypač intensyviai dirbama pasaulyje. Bus tiriami molekulinės savitvarkos reiškiniai ir tarpmolekulinių sąveikų įtakojamos cheminės reakcijos ribiniuose sluoksniuose. Tyrimai vykdomi tiek mažo molekulinio svorio bifunkcinių junginių su kietajam paviršiui atrankiomis grupėmis, tiek ciklinių junginių formuojančių erdvines sistemas su kontroliuojamų matmenų ir geometrijos ertmėmis ir poromis nanometriniu tikslumu, dinaminėmis sąlygomis. Taip pat bus plėtojama savitvarkos ir molekulinių sąveikų įtakos paviršiaus funkcinėms savybėms (pvz., molekuliniam atpažinimui ir nespecifiniam baltymų jungimuisi) tematika daugiau dėmesio skiriant oligo ir polipeptidinėms sistemoms. Šie tyrimai užtikrins žinių apie molekulinių nanodarinių ir medžiagų susidarymo principus aukštą tarptautinį lygį, stiprins eksperimentinius ir teorinius pagrindus naujų bioimitacinių medžiagų ir jutiklių sistemų kūrimui ir inžinerijai.

  2. Taikomųjų tyrimų srityje bus siekiama tobulinti jau vystomus prietaisus ir technologijas, siekiant patenkinti praktinius aukštųjų technologijų pramonės poreikius.

    Pagrindiniai bus vystomos elektrokatalizės sistemos, konstruojami jutikliai ir biojutikliai, vystomi organiniai ir hibridiniai saulės elementai bei šviesą emituojantys prietaisai. Elektrokatalizės tyrimo srityje siekiama sukurti organines ir kombinuotas organines-neorganines medžiagas, kuriomis modifikuoti elektrodai gebėtų pagreitinti tirpale esančių medžiagų redokso konversiją kiek galima platesniame tirpalo pH diapazone. Taip pat siekiama padidinti elektrokatalizės efektyvumą. Tobulinant jutiklius ir biojutiklius, siekiama pagerinti dvi pagrindines jų charakteristikas: 1) operacinį stabilumą, to bus siekiama kuriant naujus elektrodų modifikatorius, pasižyminčius didesniu cheminiu atsparumu, ir 2) selektyvumą (atrankumą), tai gali būti pasiekta naudojant naujus kompozicinius elektrodų modifikatorius. Bus kuriamos naujos medžiagos, potencialiai įgalinsiančios padidinti esančių jutiklių atrankumą ir stabilumą. Grynai organinių ir perovskitinių saulės elementų pasiekiami našumai jau artėja prie komerciškai patrauklių, tačiau pagrindinės problemos išlieka stabilumas, atsikartojamumas. Tikimasi prisidėti sprendžiant šias problemas. Bendradarbiaujant su biotechnologinėmis mokslinėmis ir gamybinėmis įmonėmis bus kuriami šioms technologijoms skirti molekuliniai įrankiai, pavyzdžiui, sintetiniai peptidiniai blokai su chemiškai atrankiomis ir / ar fotojautriomis funkcinėmis grupėmis. Artėjant link praktinio taikymo ypatingai svarbus tampa medžiagų ir prietaisų ilgalaikis stabilumas, todėl ypatingas dėmesys bus skiriamas medžiagų degradacijos procesų supratimui, ypač ribiniuose sluoksniuose, ultraplonose plėvelėse ir dangose ant kietakūnių paviršių ir jų prevencijos metodų paieškai. 

  3. Eksperimentinės plėtros srityje bus vykdomi Lietuvos ir užsienio ūkio subjektų užsakomieji darbai organinės sintezės srityje, plečiamos paviršių cheminio modifikavimo, alternatyvaus  mikro- ir nanoformavimo (nenaudojant įprastinio fotolitografinio eksponavimo) paslaugos, atliekami gamtinių ir organinių medžiagų mišinių chromatografinės analizės bei paviršių nanoskopinės sandaros bei nanoelastomechannių savybių tyrimų užsakomieji projektai.

    Bus vystomi spektroskopiniai, elektrocheminiai tyrimo metodai bei tobulinama šiems tikslams reikalinga įranga. Užsakomoji organinė sintezė, įskaitant naujų sintezės būdų kūrimą, turi nuolatinę daugiametę ir nemažėjančią paklausą visame pasaulyje. Tyrėjai turi daugiametę patirtį šioje srityje, sintetinant įvairias chemines medžiagas ūkio subjektams, daugiausia užsienyje. Pastaraisiais metais kasmet tokių darbų yra atliekama bent už 100 000 eurų. Numatoma toliau vystyti šios srities darbus, kuriant naujus sintezės metodus ir sintetinant įvairias organines medžiagas. Taip pat numatoma toliau atlikti užsakomuosius tyrimus gamtinių ir organinių medžiagų chromatografinės analizės srityje. Tokių tyrimų poreikis nuolat auga. Numatoma, atsiradus galimybėms, plėsti naudojamos chromatografinės aparatūros parką, įsigyti naują chromatografą. Bus žvalgomos supramolekulinių sistemų taikymų galimybės tiksliosios katalizės ir molekulinio atpažinimo srityse.