-68fb537cc783a.png)
24 Жовтня 2025
Дізнатися, як правильно приварити «латку» на пошкоджене обладнання; як зробити «невидимою» поверхню пристрою; які є сучасні методи розв’язання рівняння Шредінгера у матеріалознавстві (і пожартувати про кота Шредінгера) і, найважливіше, зрозуміти основні принципи квантової механіки та наноматеріалів зможуть слухачі навчального курсу «Основи квантового та наноматеріалознавства», який в рамках проєкту Knowledge Rise стартує в Київському академічному університеті.
Для кого корисний цей курс? Які його переваги, цікавинки й особливості?
«Цей курс корисний для широкого кола слухачів, – каже його автор, професор кафедри прикладної фізики та матеріалознавства КАУ, провідний науковий співробітник Інституту електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України Валерій Костін. – Сподіваюся зацікавити і старшокласників, і студентів, і виробничників. Хочу показати, що матеріалознавство і технічні науки – це не тільки надзвичайно цікаво, а й корисно. У Всесвіті все може змінитися, але матеріалознавство – це назавжди».
Під час трьох лекцій учений доступно й цікаво розкаже, що таке квантові і наноматеріали, які їх переваги й де їх використовують. А також – про нові високоентропійні наноматеріали й двовимірні MXenes (які використовують у батарейках, сенсорах, при захисті від електромагнітних хвиль) та багато іншого.
Чи можна зробити матеріал невидимим
Ці знання стануть в пригоді інженерам та командам наукомістких стартапів. Бо ж, на глибоке переконання вченого, для упровадження й використання нових прогресивних технологій потрібні базові знання не тільки фізики, а й більш глибокі – про квантове й наноматеріалознавство, про біти та кубіти, про квантові ком’тери, про методи розрахунку електронної густини.
Нові знання будуть корисні також для компаній та стартапів, які планують спеціалізуватися на оборонній тематиці. Наприклад, наноматеріали допоможуть зробити невидимою для електромагнітних променів поверхню потрібного пристрою. Але щоб це зробити, потрібно розуміти, як працюють наноматеріали. Їх не купиш у магазині, їх треба створити. І вчені можуть допомогти розробити необхідні матеріали.
Серед іншого, науковець розповість про сучасні методи розв’язання рівняння Шредінгера стосовно матеріалознавства. «Це рівняння дуже цікаве, – пояснює співрозмовник. – Звичайна людина уявляє атом за зразком планетарної системи, уявляє, що є ядро, навколо якого «обертається» планета-електрон. Але насправді це не так. Електрон рухаються надзвичайно швидко, неможливо визначити, де він знаходиться. Тому Шредінгер запропонував модель, за якою навколо ядра формуються електронні «хмари», різні за формою та будовою (залежно від атомного номеру хімічного елементу).
Рівняння Шредінгера, за словами вченого, допоможе з’ясувати де ця «хмара» перебуває, на якій відстані, яких форм набуває. Рівняння потрібне, щоб порахувати зв'язки між атомами і електронами, форми електронних орбіталій і спрогнозувати нові хімічні сполуки з новими властивостями. Зокрема, енергію зв’язку, густину, температуру плавлення. Інакше кажучи, щоб створити нові матеріали, треба розуміти, які процеси відбуваються на квантовому рівні. «Безпосередньо до кота Шредингера це не має відношення. Принаймні поки що, – жартує вчений. – Але поговорити про кота слухачі теж зможуть».
Табличка, що закручується в спіраль
Перевагами курсу також є: сучасність уявлень, структурованість, несподіванки при викладі матеріалу (незвична форма періодичних таблиць хімічних елементів, збірки квантових ефектів), практичне використання (дослідник спеціалізується на використанні наночастинок у зварюванні).
Перепитую: на які несподіванки можна очікувати під час розмови про звичну зі шкільних уроків періодичну таблицю хімічних елементів? «Форма і спосіб розташування елементів можуть бути зовсім іншими, – коротко пояснює Валерій Костін. – Наприклад, це може бути спіраль або навіть кулька, коли елементи розподіляються не у площині, а в об'ємі».
До речі, на запитання – чому йому цікаво створити ці лекції, вчений відповідає, що в рамках одного курсу вдалося поєднати не пов’язані речі – квантову теорію світла, електронну будову атомів, періодичну таблицю хімічних елементів, наночастинки та фулерени, кубіти та квантові ком’пютери, квантові ефекти та теорію функціоналу електронної густини. «Це дуже різні, дуже цікаві, але дуже складні складові майбутнього матеріалознавства», – зазначає він.
Вчені допоможуть знайти рішення
Також у проєкті Knowledge Rise передбачена менторська підтримка. Вчені з радістю допоможуть виробничникам, інженерам та командам стартапів знайти рішення для актуальних технічних викликів сьогодення.
Валерій Костін готовий, наприклад, допомогти розв’язати задачу підвищення властивостей зварних швів, наплавлень, покриттів, за рахунок використання наночастинок.
«Зварювання – це коли ми беремо гарний матеріал і, щоб з’єднати його з іншим елементом, руйнуємо, розплавляємо його, – з усмішкою каже вчений. – І все ж, зварювання – один з основних методів поєднання матеріалів».
На жаль, властивості поєднуваних матеріалів після зварювання завжди нижчі, ніж властивості вихідних сталей. І завдання матеріалознавців, за словами вченого, зробити так, щоби ці властивості «не сильно погіршувалися». За допомогою наноматеріалів це «погіршення» можна зробити мінімальним.
Сьогодні застосовують багато видів зварювання: лазерне; дифузне (коли два матеріали, не розплавляючись, утворюють міцне з’єднання); дугове (за принципом блискавки, яка може тривати не мить, а довше); електроплазмове тощо. І в кожному з цих видів зварювання наноматеріали допомагають отримати більш міцний і довговічний шов.
Особливо затребуване сьогодні «наварювання» створених за допомогою 3D-друку металевих деталей на пошкоджені поверхні. Про це також розповість науковець під час лекцій.
«Запрошую прослухати курс тих, хто має справу з ремонтом обладнання, науковців, енергетиків, усіх, – каже вчений. – Під час війни ці знання і вміння безцінні».
Світлана ГАЛАТА
