Учёба и наука
ienim2

The Institute of Natural Sciences and Mathematics is a subdivision of Ural Federal University, which engages in educational, scientific, innovative, social and educational activities. The fundamental nature, a lot of practical tasks, involvement of scientists, and the students’ participation in scientific activities are the keys elements of our education.

 

The integration of education and research ensures the competitiveness of graduates in employment market in the field of natural science and related applied areas. An important task of the Institute is to attract talented young people to form a community of teachers, students and graduates.

 

Our student community includes winners and prize-winners of National Olympiads and competitions in Mathematics, Computer Science, Physics, Biology, Chemistry, Astronomy, and prize-winners of world championships in programming and information security.

 

Our graduates are experts in such fields as high technology, biotechnology, pharmaceuticals, space, military defence, clinical diagnostics and genetics. They work in institutions of the Russian Academy of Sciences, research and expert laboratories, industrial corporations, leading computer companies and universities in Russia and abroad.

 

The Institute conducts fundamental and applied research, carries out expertise in different areas, including education. It integrates specialists in the international academic community, initiates and implements international research projects. The Institute provides work centres for collective use and popularizes scientific knowledge among the population. The main research areas of the Institute are:

 

• Mathematical and computer modelling of physicochemical processes in multiphase media;

• Mathematical modelling in physiology and medicine;

• Theory of automata and formal languages;

• Advanced materials, nanotechnology and physical instrument making;

• Bioresources, biotechnologies, physiology and fundamental medicine, bioinformatics;

• Information and telecommunication systems;

• Information processing and analysis technologies;

• Space physics.

 

The research work is based in the departments, laboratories, Research Institute of Physics and Applied Mathematics, research and educational centres, collective use centres, Kourovka Astronomical Observatory, Botanical Garden, Biological Station, Centre for Fundamental Biotechnology and Bioengineering.

Все преподаватели кафедры активно работали и работают над усовершенствованием учебного процесса. Наиболее значимые учебники, монографии и учебные пособия, подготовленные преподавателями кафедры:

1. Тагер А.А. «Высокомолекулярные соединения». М.: Химия, 1951.

2. Тагер А.А. «Физико-химия полимеров». М.: Химия, 1965, 1968, 1978.

3. Тагер А.А. «Физико-химия полимеров». М.: Научный мир, 2007.

4. Tager А.А. «Physical Chemistry of Polymers». М. Мир, 1968, 1978.

5. Вшивков С.А. «Методы исследования фазового равновесия растворов полимеров». Свердловск. Изд-во Урал. ун-та, 1991.

6. Тагер А.А. «Основы учения о растворах неэлектролитов». Свердловск. Изд-во Урал. ун-та, 1992.

7. Вшивков С.А., Русинова Е.В. «Фазовые переходы в полимерных системах, вызванные механическим полем». Екатеринбург. Изд-во Урал. ун-та, 2001.

8. Суворова А.И., Тюкова И.С., Сафронов А.П., Адамова Л.В. «Высокомолекулярные соединения. Лабораторный практикум». Екатеринбург. Изд-во Урал. ун-та, 2006.

9. Русинова Е.В. Теория горения и взрыва. Екатеринбург. Изд-во УрИ ГПС МЧС России, 2010.

10. Вшивков С.А. Фазовые превращения и структура жидкокристаллических наносистем в магнитном и механическом полях. Екатеринбург. Изд-во Урал. ун-та, 2010, 2011.

11. Адамова Л.В. Учебный курс повышения квалификации преподавателей и научных работников высшей школы по направлению «Нанотехнологии», «Сорбционный метод исследования пористой структуры наноматериалов и удельной поверхности наноразмерных систем» (2010). www.nanoobr.ru.

12. Вшивков С.А. Учебный курс повышения квалификации преподавателей и научных работников высшей школы по направлению «Нанотехнологии» «Фазовые и структурные превращения жидкокристаллических наносистем» (2010). www.nanoobr.ru.

13. Адамова Л.В. Процессы на поверхности раздела фаз. Екатеринбург. Изд-во Урал. ун-та, 2008.

14. Суворова А.И., Тюкова И.С. «Вторичная переработка полимеров и создание экологически чистых полимерных материалов» по ИОНЦ «Экология природопользования». Екатеринбург. Изд-во Урал. ун-та, 2008.

15. Лирова Б.И., Русинова Е.В. «Анализ полимерных композиционных материалов» по ИОНЦ «Экология природопользования». Екатеринбург. Изд-во Урал. ун-та, 2008.

16. Лирова Б.И, Суворова А.И. Проблемы экологии производства и применения полимерных материалов. Екатеринбург. Изд-во Урал. ун-та, 2007.

17. Вшивков С.А., Тюкова И.С. «Технология получения композиционных полимерных наноматериалов», 2011. http://elar.usu.ru/handle/1234.56789/3568.

18. Вшивков С.А., Зубарев А.Ю., Сафронов А.П. «Самоорганизация, фазовые переходы и свойства анизотропных сред в магнитном и механическом полях». Екатеринбург. Изд-во АМБ, 2011.

19. Vshivkov S.A. Phase transitions of polymer systems in external fields. Ekaterinburg. AMB Press. 2015. 324 p.

20. Вшивков С.А. Фазовые переходы и структура полимерных систем. Lambert Academic Publishing. Dusseldorf. 2018. 258 с.

21. Вшивков С.А. Фазовые переходы полимерных систем во внешних полях. Санкт-Петербург: Лань, 2013. 368 с.

22. Вшивков С.А., Сафронов А.П., Русинова Е.В., Адамова Л.В., Надольский А.Л., Тюкова И.С., Терзиян Т.В., Галяс А.Г. «Методы исследования полимерных систем». Екатеринбург: Изд-во Урал. федер. ун-та, 2016. 232 с.

Общие и специальные курсы лекций, впервые разработанные для студентов химического, биологического и физического факультетов УрГУ: «Теория растворов» (Тагер, 1952), «Высокомолекулярные соединения» (Тагер, 1958), «Физико-химия полимеров» (Тагер, 1958), «Строение молекул и химическая связь» (Суворова, 1968), «Квантовая химия» (Суворова, 1972), «Физика полимеров» (Вшивков, 1975), «Физические методы исследования» (Лирова, 1977), «Полимерные композиционные материалы» (Вшивков, 1985), «Экология производства и применения полимерных материалов» (Лирова, 1994), «Анализ полимеров» (Русинова, 1995), «Ядерный магнитный резонанс полимерных систем» (Лирова, 1990), «Проблемы спектроскопических методов исследования полимеров» (Лирова, 1995), «Расчётные методы в термодинамике полимеров» (Сафронов, 1997), «Термохимия и теплофизика полимерных систем» (Сафронов, 1997), «Проблемы экологии производства и применения полимерных материалов» (Суворова, Лирова, 1998), «Механизм и термодинамика образования макромолекул» (Вшивков, 1998), «Полимерные смеси и сплавы» (Адамова, 2000), «Термодинамика растворов и смесей полимеров» (Сафронов, 2002), «Массоперенос в полимерных системах» (Тюкова, 2003), «Экологически чистые полимерные материалы» (Тюкова, Адамова, Суворова, 2000), «Фазовые переходы полимерных систем во внешних полях» (Вшивков, 2002).

 

Общее направление научных работ, проводимых в настоящее время, базируется на ранее созданном фундаменте и связано c изучением структуры, термодинамики образования, фазовых переходов и свойств многокомпонентных полимерных систем. Термодинамика смешения полимеров — каучуков, полимерных стекол, аморфных полимеров с кристаллическими, синтетических полимеров с природными — плодотворно изучается в работах профессора А.И. Суворовой, профессора А.П. Сафронова, доцентов Л.В. Адамовой и аспирантов. В этих работах обнаружено влияние химической природы, соотношения компонентов, надмолекулярной структуры полимеров и способов получения полимерных композиций на их термодинамическую устойчивость. Показано влияние кристалличности и стеклообразности полимера на термодинамические параметры смесей. Установлена корреляция между термодинамической совместимостью компонентов и механическими характеристиками материалов, полученных из смесей полимеров. Показано влияние на фазовое равновесие и термодинамические характеристики смесей полимеров химической природы аморфного компонента, степени сшивания каучуков и их стереорегулярности. Полученные в последние годы (1999—2002) результаты опубликованы в журналах «Высокомолекулярные соединения», «Polymer International», «Polymer».

Исследованию влияния механического поля на фазовые переходы в растворах и смесях полимеров посвящены работы профессоров С.А. Вшивкова, Е.В. Русиновой и аспирантов. Ими установлена взаимосвязь между макроявлением — смещением при деформировании бинодалей и кривых ликвидуса и микроявлением — изменением размеров макромолекул, обнаружено проявление принципа температурно-временной суперпозиции в фазовых переходах полимерных смесей, доказано подавление кристаллизации полимеров механическим стеклованием деформируемого аморфного полимера — матрицы, обнаружена смена типа фазового распада систем с кристаллического на аморфное при деформировании. Полученные результаты обобщены в монографии: «Методы исследования фазового равновесия растворов полимеров» (Вшивков С.А. Екатеринбург. Изд-во Урал. ун-та, 1991, 100 с.) и учебном пособии  «Фазовые переходы в полимерных системах, вызванные механическим полем» (Вшивков С.А., Русинова Е.В., Екатеринбург. Изд-во Урал. ун-та, 2001, 172 с.)

С 2001 года начаты исследования фазовых и структурных превращений жидкокристаллических полимерных систем в магнитном и механическом полях. Обнаружено для жидкокристаллических растворов эфиров целлюлозы, что наложение магнитного поля приводит к смене типа жидких кристаллов с холестерического на нематический, образованию доменов в растворах и к значительному (на десятки градусов) повышению температуры образования ЖК фаз. С увеличением молекулярной массы полимера способность его макромолекул к ориентации в магнитном поле уменьшается. Растворы эфиров целлюлозы являются «системами с памятью», то есть после прекращения воздействия поля ориентация макромолекул и повышенная температура фазового перехода сохраняются в течение многих часов. Магнитное поле приводит и к увеличению в несколько раз размеров ассоциатов жёсткоцепных макромолекул и вязкости растворов.

Важное место занимают исследования свойств экологически безопасных смесей синтетических и природных полимеров, выполняемые профессорами А.И. Суворовой, А.П. Сафроновым, доцент И.С. Тюковой, аспирантами и дипломантами. Впервые определены термодинамические функции смешения природного полисахарида крахмала с производными целлюлозы. Показано влияние состава смесей и природа взаимодействующих групп полимеров на изменение энергии Гиббса, энтальпии и энтропии систем во всей области составов. Для систем крахмал—сополиамиды показано влияние содержания крахмала в смеси на реологические характеристики, определяющие возможность формования из смесей изделий, и на способность пленок смесей к биодеградации. Начаты работы по изучению комплекса свойств биоразлагаемых смесей, содержащих другой полисахарид — хитозан и пектины различного растительного происхождения.

Проводятся исследования (доцент Т.В. Терзиян) ион-полимерного взаимодействия, структурных переходов и электрических явлений в водных растворах и гелях природных и синтетических полимеров. Показано, что взаимодействие компонентов таких систем сопровождается существенными тепловыми эффектами обусловленными как кулоновскими взаимодействиями, так и различными типами гидратации с участием гидрофильных и гидрофобных групп полимеров. Изучается влияние магнитного поля на свойства гелей.

Вопросы обеспечения экологической безопасности производства и применения полимерных композиций (ПК) изучались доцентом Б.И. Лирова и старшим научным сотрудником Е.А. Лютиковой до 2014 года. На базе метода ИК-спектроскопии была разработана уникальная методика изучения кинетики процесса выделения низкомолекулярных веществ из полимерных материалов, позволяющая осуществить новые подходы к целенаправленному регулированию экологической надежности и эксплуатационных свойств ПК. Установлены закономерности влияния химической природы и содержания пластификатора и наполнителя на кинетику и механизм процессов их миграции из пластифицированных композиций на основе ПВХ. Показано, что различие в эффективных коэффициентах диффузии пластификаторов определяется сложным конкурирующим взаимодействием компонентов в системе, природой образующихся сольватокомплексов и их прочностью, а также степенью молекулярной упорядоченности полимерной матрицы. Полученные результаты использованы ОАО «Стройпластполимер» для оптимизации составов ПВХ пленочных материалов. Научные исследования кафедры поддержаны грантами РФФИ и CRDF.

Работы кафедры связаны с исследованиями, проводимыми в институтах Москвы (Академия тонкой химической технологии, Академия Биотехнологии), Санкт-Петербурга (Институт высокомолекулярных соединений), Иркутском государственном университете, Уральском отделении РАН. Образованы совместные лаборатории: с лабораторией элементорганических олигомеров и полимеров Института органического синтеза УрО РАН и с Институтом теплофизики УрО РАН (лаборатория фазовых переходов), а также кафедральные лаборатории — «Анализ и сертификация полимерных материалов» и «Лаборатория молекулярной спектроскопии», в которых студенты проходят практику, выполняют бакалаврские, дипломные и магистерские работы.

За последние 5 лет преподаватели кафедры опубликовали 152 статьи в отечественных и международных журналах, более 200 тезисов докладов на российских и международных научных конференциях.