Кафедра ВМС Химфака МГУ

Кафедра высокомолекулярных соединений

Химического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова

Лаборатории

История

Учебные дела

Научно-популярные статьи

Конференции

Контакты

Лаборатория химических превращений полимеров

История создания лаборатории, исторические вехи:

1960 – 1970-е годы
Лаборатория была создана в 1967 году (тогда она называлась лабораторией модификации полимеров) и ее первым заведующим был Николай Альфредович Платэ. Научные интересы лаборатории включали следующие научные направления.
1. Структурно-химическая модификация полимеров. Впервые, разработанные Н.А. Платэ и его школой принципы структурно-химической модификации молекулярной и надмолекулярной структуры и их физико-химическими свойствами, заложили основы направленного изменения свойств практически важных полимерных материалов. В начале 60-х годов В.А. Каргин совместно с Н.А. Платэ, В.П. Шибаевым и Л.Д. Ужиновой впервые исследует основные закономерности синтезированных блок- и привитых сополимеров, создают новые типы гибридных полимерно-неорганических модификаторов для наполненных каучуков, эластомеров и эпоксидных смол.

Основатель и заведующий лабораторий химических превращений полимеров кафедры ВМС (1967-1985); директор ИНХС РАН (1985-2007)

Николай Альфредович ПЛАТЭ,
академик РАН, профессор
(1934-2007)

мл.н.с. к.х.н. Валерий Петрович ШИБАЕВ, академик Валентин Алексеевич КАРГИН	Любовь Дмитриевна УЖИНОВА, кхн		Сотрудники лаборатории (70-ые годы)
2. Теория реакционной способности макромолекул - Обобщен теоретический и экспериментальный материал по кинетике и механизму макромолекулярных реакций. - Рассмотрены стереохимические и конформационные эффекты в реакциях макромолекул. - Описано распределение звеньев в полимерных цепях с учетом «эффекта соседа». - Впервые для моделирования макромолекулярных реакций с учетом «эффекта соседа» использован метод Монте-Карло, компьютерное моделирование, а также экспериментальные результаты метода ЯМР .(Н.А. Платэ, О.В. Ноа, Л.Б. Строганов, Ю.А. Таран, А.Д. Литманович)			3. Химия макромономеров и полимеров биомедицинского направления - Разработаны подходы к синтезу физиологически активных полимеров (ФАВ). - Показана связь между их структурой, физиологической активностью и взаимодействием с живым организмом. - Созданы препараты – заменитель инсулина «Рансулин» (пероральный) и гемосорбент «Овосорб» для селективного удаления токсинов из крови.
кхн О.В.Ноа кхн Л.Б. Строганов		$D:\Статьи\Шибаев\Шибаев (о лаборатории)\подготовительный этап\рисунки, вставки в текст\фото\плпатэ и группа.jpg$ *Биомедицинская группа Н.А. Платэ.* Слева-направо: А. Андрианов, В. Синани, А. Малых, Н. Платэ, Л. Ужинова, В. Чупов

4. Гребнеобразные полимеры и сополимеры
Разработано новое научное направление, связанное с синтезом и изучением особого класса разветвленных гребнеобразных полимеров

Гребнеобразные гомополимеры

Молекулярная модель полигексадецилакрилата

- Кристаллизация нестереорегулярных гомо- и сополимеров за счет упаковки боковых цепей.
- «Ротационно-кристаллическая фаза».
- Формирование «кристаллоподобных» молекул в растворах.
- Образование термообратимых гелей (C≈0.2-0.3 вес%).
- Снижение гидродинамического сопротивления при течении углеводородов; «гашение» турбулентности до 25-30% при перекачке нефтепродуктов при введении малых добавок (10—20 вес%) гребнеобразных полимеров (Несын Г.В., Томский Университет).
- Гребнеобразные полимеры как матрицы для создания жидкокристаллических полимеров.
N.A. Plate, V.P. Shibaev
Comb-shaped polymers. Structure and properties.// Journal of Polymer Science: Macromolecular Reviews, 8, 1, 117-253, 1974

С 1986 года и по настоящее время заведующий лабораторией: член-корреспондент РАН, профессор Валерий Петрович Шибаев

1980-е годы - Становление жидкокристаллической тематики
Двойственная природа – главная особенность всех ЖК полимеров – они своеобразные полимерные кентавры природы – сочетающие «материаловедческие» свойства полимеров и уникальные оптические свойства жидких кристаллов с их способностью к самоорганизации

Создание новых материалов путем фиксации ЖК структуры в полимерных пленках

сканирование0008 Научная группа жидких кристаллов и ЖК полимеров (80-ые годы).
Справа-налево: проф. Шибаев В.П., кхн Костромин С.Г., дхн Фрейдзон Я.С.,
кхн Бойко Н.И., дхн Тальрозе Р.В

ЖК состояние полимеров реализуется в интервале температур, между температурой стеклования ТС и температурой изотропизации ТИЗО, выше которой полимер теряет свои ЖК свойства и переходит в изотропный расплав. В интервале температур (ТС – ТИЗО) ЖК полимер ведет себя подобно низкомолекулярным жидким кристаллам, образуя нематическую, смектическую или холестерическую фазы, и легко подвергается воздействию внешних полей (механического, электрического или магнитного). Уникальность ЖК полимера заключается в том, что после охлаждения образца ниже ТС полимер сохраняет «замороженную» структуру, присущую упомянутым фазам, и те анизотропные свойства, которые были приданы ему либо собственной структурой мезофазы, либо «навязанной» воздействием внешнего поля. Так создаются новые материалы.

1990-е – 2000-е годы - Значительно расширяется жидкокристаллическая (ЖК) тематика, которая становится определяющей в лаборатории. Переход части «ключевых» сотрудников в другие институты и отъезд заграницу. Приходят новые студенты, аспиранты, сотрудники.

Основное направление научных исследований:
Жидкокристаллические (ЖК) и фотохромные полимеры, ЖК композиты и ЖК полимерные сетки
Дизайн, синтез и изучение структурно-оптических, электро- и фотооптических свойств многофункциональных жидкокристаллических (ЖК) полимеров и ЖК композитов с целью создания нового поколения стимул-чувствительных, фото-, термо- и электроуправляемых материалов для оптики, фотоники, оптоэлектроники, голографии и дисплейной техники
Многофункциональные гребнеобразные ЖК полимеры, сополимеры и блок-сополимеры – самоорганизованные, функционально-интегрированные полимерные системы

Мезогенные ЖК группы количественно доминируют в макромолекуле и определяют их самоорганизацию с образованием ЖК фазы с уникальными оптическими свойствами. Остальные боковые группы отвечают за функциональные свойства ЖК полимеров. Сочетание физико-химических свойств макромолекулярных веществ (пленки, пластики, покрытия) со сложной многоуровневой иерархией супрамолекулярной структуры жидких кристаллов и заданной функциональностью боковых групп макромолекул, обеспечивают возможность создания уникальных «умных» полимерных систем с термо-, фото- и электроуправляемыми свойствами.
Молекулярное строение и структурные типы мезофаз ЖК полимеров
Разработаны фундаментальные принципы создания ЖК полимеров, основанные на использовании т.н. гребнеобразных (comb-shaped) полимеров, содержащих боковые метиленовые группы(спейсеры), придающие мобильность молекулам жидких кристаллов(мезогенов) ковалентно-связанных с их помощью с основной полимерной цепью и обеспечивающих формирование различных типов мезофаз

Молекулярное строение полимеров

Структурные типы мезофаз

Особенности свойств

ЖК полимеры характеризуются более высокой термостабильностью и более склонны к образованию смектического типа мезофаз по сравнению с низкомолекулярными жидкими кристаллами
Тип мезофазы ЖК полимеров зависит от ММ (т.е. от степени полимеризации)

Используя метод малоуглового рассеяния дейтерированных ЖК полимеров определены конформации основных цепей - макромолекул

Различные типы конформаций основной цепи ЖК полимеров в различных фазовых состояниях (мезогенные группы не показаны).

Схема ориентации неориентированного нематического полимера в электрическом поле с образованием гомеотропной и планарной ориентаций мезогенных групп

Фотохромные ЖК полимеры – синтез, структура, применение
Введение фотохромных групп в состав макромолекул ЖК полимеров, способных к обратимой изомеризации под действием поляризованного света открывает возможности для фотоиндуцированной ориентации пленок с целью создания фотоуправляемых материалов для черно-белой и цветной записи и хранения оптической информации, голографии и получения «командных» поверхностей для дисплейной техники

Создание фотоиндуцированной анизотропии при облучении ЖК пленок за счет транс-цис-транс изомеризации азобензольных групп, приводящей к кооперативной ориентации всех боковых групп полимера

ПРИМЕНЕНИЕ. Получение фотоориентантов т.н. «командных» поверхностей для ориентации жидких кристаллов в дисплейной технологии

Примеры создания фото-, электро- и термоуправляемых фотоактивных ЖК полимеров и ЖК композитов

Управление рельефом и топологией холестерических пленок

Премии и награды
1) Государственная премия СССР (1985) Н.А. Платэ, В.П. Шибаев за цикл работ «Физическая химия синтетических жидкокристаллических полимеров»
2) Государственная премия Российской Федерации для молодых ученых (1998) Е.Б. Барматов
3) Премия Президента Российской Федерации для молодых ученых в области науки и инноваций (2009) Бобровский А.Ю.
4) Премия Президиума РАН им. академика В.А. Каргина – В.П. Шибаев, Н.И. Бойко, А.Ю. Бобровский
5) Ломоносовская премия МГУ (2006) В.П. Шибаев, Н.Ю. Бойко, А.Ю Бобровский
6) Главная премия МАИК-НАУКА (1999) за серию работ по ЖК полимерам группа сотрудников лаборатории под руководством В.П. Шибаева
7) Медаль Фредериска Международного общества по жидким кристаллам (1998) В.П. Шибаев
8) Премия Европейской Академии для молодых ученых (1998) А.Ю. Бобровский
9) Стипендии Фонда А.фон Гумбольдта (Германия) Барматов Е.Б., Бобровский А.Ю., Рябчун А.В
10) Стипендия Московского Государственного Университета им. М.В. Ломоносова талантливым молодым ученым, Москва, 2012 Рябчун А.В.
11) Грант Doctoral Candidates and Young Academics and Scientists by German Academic Exchange Service (DAAD), Германия (2011) Рябчун А.В.
Наши достижения
Публикации и участие в Международных и Российских конференциях
за период с 2008- по 2017 год опубликовано более 105 научных статей и обзоров в журналах, индексируемых WEB of Science и Scopus, сделано около 90 пленарных, приглашенных и стендовых докладов. Опубликованы научно-популярны статьи в журналах «Природа» (2 статьи), «Химия и жизнь», а также в энциклопедии «Современное естествознание»
Защита кандидатских и докторских диссертаций
За всю историю существования лаборатории было защищено более 60 кандидатских и 10 докторских диссертаций. За период с 2008 по 2017 гг. – 5 кандидатских и 2 докторские диссертации.
Международная деятельность
Совместные научные исследования с Университетами и Научными центрами: Институт физики Чешской АН, Университет Калабрии (Италия), Институт технологии и развития (Тайвань), фирма LG (Южная Корея), научная программа “COST” (Cooperation of Science of Science and Technology с семью Европейскими научными центрами (Англия, Германия, Голландия, Италия, Австрия) и др.
Участие в научных грантах, проектах
За период с 2009 по 2017 гг. лаборатория участвовала в 10 грантах Российского фонда фундаментальных исследований (РФФИ) и ведет исследования по гранту РФФИ-офи-м (2016-2018), а также участвует в проекте совместно с фирмой «Samsung».
Лаборатория является победителем конкурса Российского научного фонда (РНФ) (конкурс: «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами» 2014-2016, продолжение 2017-2018.

Грант 14-1300379: «Новое поколение фото- и электроуправляемых ЖК полимеров и ЖК композитов для фотоники: дизайн и синтез макромолекул различной архитектуры, контроль супрамолекулярной структуры и оптических свойств», руководитель – Шибаев В.П.(проф., чл-корр. РАН)

Участники научного коллектива по гранту РНФ
Слева-направо: А. Пирязев, А. Бобровский, О. Синицына, В. Шибаев,
Н. Бойко, М. Бугаков, А. Богданов

Избранные публикации

Картинки по запросу Liquid crystalline and mesomorphic polymers

1) В.П. Шибаев, Н.А. Платэ «Жидкокристаллические полимеры»// Высокомолек.соед., А19, №5, 923, 1977
2) Н.А. Платэ, В.П. Шибаев «Гребнеобразные полимеры и жидкие кристаллы» / Москва, Химия, 1980
3) V.P. Shibaev, N.A. Plate «Thermotropic liquid crystalline polymers with mesogenic side groups// Advances in Polymer Science, 60/61, 173-252, 1984
4) N. Plate, V.Shibaev «Comb-Shaped Polymers and Liquid Crystals» / Plenum Press, New York - London, 1987
5) Liquid Crystalline and Mesomorphic Polymers (Eds. Shibaev V.P. and Lui Lam) /, Springer Verlag, New York, 1994
6) V.P. Shibaev «Polymers as Electrooptical and Photooptical Active Media» / Springer-Verlag, Berlin-Heidelberg-New-York, 1996
7) С.А. Пономаренко, Н.И. Бойко, В.П. Шибаев «Жидкокристаллические дендримеры» // Высокомолек. соед., серия С, 43, 9, 1601-1650, 2001
8) V. Shibaev, A. Bobrovsky, N. Boiko, “Photoactive liquid crystalline polymer systems with light-controllable structure and optical properties” // Progress in Polymer Science, 28, 5, 729-836, 2003
9) В.П. Шибаев «Жидкокристаллические полимеры – прошлое, настоящее и будущее» // Высокомолекулярные соединения, серия А, 51, 11, 1863-1929, 2009
10) V.P. Shibaev, N.I. Boiko, «Liquid crystalline silicon-containing dendrimers» // in book “Silicon-containing dendritic polymers” (Eds.P.Dvornik, M. Owen), Springer, London, 2009, 237-283
11) V.P. Shibaev глава 1.10: «Liquid Crystalline polymers» / Polymer Science: A Comprehensive reference (Eds. K. Matyjaszewski, M. Moller), Энциклопедическое издание, Elsevier B.V., 1, 259-285, 2012
12) В.П. Шибаев «Жидкокристаллические полимерные системы – от прошлого к настоящему» // Высокомолекулярные соединения, серия А, 56, 6, 593-630, 2014
13) A. Bobrovsky, P. Samokhvalov, V. Shibaev «An effective method for preparation of stable LC composites with high concentration of quantum dots» // Adv. Opt. Mater., 2, 1167–1172, 2014
14) V. Shibaev «Liquid crystalline polymers» // Reference Module in Materials Science and Materials Engineering, 2016
15) В.П. Шибаев, А.Ю.Бобровский «Жидкокристаллические полимеры: тенденции развития и фотоуправляемые материалы» // Успехи химии, 86, 11, 1024-1072, 2017

Заведующий

чл.-корр. РАН, д.х.н. проф. Шибаев Валерий Петрович

Shibaev photo

Сотрудники:

в.н.с. д.х.н. проф. Бойко Наталья Ивановна

г.н.с. д.х.н. доц. Бобровский Алексей Юрьевич

ст.н.с. к.х.н. Ноа Ольга Викторовна

инж. Амелёхина Светлана Александровна

н.с. к.х.н.. Бугаков Мирон Александрович