Регистрация / Вход
Прислать материал

Нанодисперсные полупроводниковые широкозонные оксидные материалы с заданными оптическими, электрофизическими и физико-химическими свойствами

Докладчик: Малиновская Татьяна Дмитриевна

Должность: Старший научный сотрудник ОСП СФТИ ТГУ, Ведущий научный сотрудник, профессор, ведущий научный сотрудник

Цель проекта:
Для достижения поставленной цели нужно решить следующие задачи: -разработать методики химического анализа нанодисперсных полупроводниковых оксидных материалов; -исследовать физико-химические закономерности фазообразования в нанодисперсных оксидных системах Sn-Sb-O, Sn-Bi-O и In-Sn-O; -установить взаимосвязи между условиями синтеза, фазовым составом и физико-химическими характеристиками нанодисперсных полупроводниковых оксидных материалов; -исследовать влияние условий и способов синтеза нанодисперсных полупроводниковых широкозонных оксидных материалов на их спектральные и электрофизические свойства; -оптимизировать технологические условия получения нанодисперсных полупроводниковых широкозонных оксидных материалов; -разработать практические рекомендации по использованию полученных результатов в производстве функциональных материалов с заданными оптическими, электрофизическими и физико-химическими характеристиками. Как следует из анализа научно-технической литературы, процессы фазообразования и, в частности, валентное состояние элементов в изучаемых нами системах Sn-Sb-O, Sn-Bi-O, Sn-In-O непосредственно влияют на формирование электронных свойств синтезируемых оксидов, а, следовательно, и на их спектры отражения, электрофизические и каталитические свойства. В данной работе будут проведены сравнительные исследования процессов фазообразования и электронных свойств оксидных материалов, получаемых в различных условиях твердофазного и золь-гель синтеза. Будут разработаны режимы наиболее эффективного легирования оксидов элементами, повышающими в них концентрацию свободных носителей заряда. В результате исследований будут разработаны технологические схемы синтеза сложных полупроводниковых оксидов, наиболее благоприятные в экологическом отношении и позволяющие управлять концентрацией свободных носителей заряда на разных этапах синтеза. При получении дисперсных оксидных соединений металлов будет применяться метод твердофазного синтеза при повышенных температурах из реакционных смесей, полученных либо механическим смешением ингредиентов, либо гидролитическим (золь-гель) способом, основанном на осаждении гидроксидов металлов из растворов их солей. Будут проведены исследования по установлению зависимости степени осаждения Sn(II), Sn(IV), Sb(III), In(III) из солянокислых и азотнокислых растворов водными растворами аммиака или гидроксида натрия от величины рН среды и природы щелочного реагента, что позволит выбрать оптимальные области значений рН для наиболее полного совместного извлечения (99.9 %) в осадок олова и сурьмы, индия и олова. Будут изготовлены краски, в состав которых наряду со связующим войдут индийоловооксидные и оловосурьмяные оксидные пигменты и спектральные характеристики которых будут исследованы. Ожидается достижение снижения общего уровня отражения выбранных пигментов. Такие селективные покрытия могут найти широкое применение в самолето- и судостроении, космической и гелиотехнике. Предназначаются эти покрытия для поддержания определенного теплового режима объекта за счет установления баланса между энергией, поглощаемой из окружающей среды, а также выделяемой внутренними источниками теплоты, и энергией, излучаемой его поверхностью в окружающую среду. Этот баланс особенно важен для пилотируемых космических аппаратов, к которым предъявляются наиболее жесткие требования и для которых лучистый теплообмен является единственной формой теплообмена с окружающей средой. Спектральные зависимости коэффициента диффузного отражения образцов R() будут изучены на спектрофотометре ИКС31 с фотометрическим шаром и полусферой. Концентрация свободных носителей заряда (Ne) в исследуемых материалах будет определена по величине длины волны плазменного резонанса (р).

Основные планируемые результаты проекта:
На основании проведенных оригинальных экспериментальных исследований будут установлены закономерности физико-химических процессов фазо- и структурообразования в нанодисперсных материалах, принадлежащих к системам Sn-Sb-O, Sn-Bi-O, In-Sn-O, и установлена взаимосвязь этих процессов с электронными свойствами, спектральными характеристиками в ИК диапазоне и условиями синтеза указанных материалов. Выявлены технологические факторы доминирующего влияния на основные характеристики нанодисперсных полупроводниковых широкозонных оксидных материалов.
Разработаны технологические схемы синтеза нанодисперсных полупроводниковых оксидов, свободные от образования токсичных побочных продуктов.
Также планируется публикация полученных научных результатов исследований в рецензируемых российских и зарубежных научных изданиях.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
Разработанные в данной работе технологии нанодисперсных полупроводниковых оксидов могут быть использованы в производстве катализаторов, проводящей керамики и покрытий, наносимых методом трафаретной печати, керамических газочувствительных элементов, сенсоров, терморегулирующих покрытиях. Полученные в работе экспериментальные данные по изучению фазообразования и оптических свойств дисперсных полупроводниковых широкозонных вырожденных оксидов редких и рассеянных элементов могут быть использованы в технологии производства пигментов для селективных покрытий ИК диапазона. Теоретические модели, развитые в ходе выполнения работ по предлагаемому проекту, и полученные экспериментальные данные позволят выстроить новые концепции при разработке технологии получения оксидов.
Полученные методики анализа образцов и методы синтеза могут быть использованы в образовательном процессе, при подготовке высококвалифицированных специалистов в области неорганической химии, аналитической химии и др.
Полученные результаты могут быть включены в научно-образовательные курсы на электронных носителях по новейшим направлениям науки и технологий, а также научно-популярные материалы для школьников и школьных учителей для размещения в свободном доступе в сети Интернет.

Текущие результаты проекта:
В соответствии с планом-графиком исполнения обязательств при выполнении прикладных научных исследований по теме: «Нанодисперсные полупроводниковые широкозонные оксидные материалы с заданными оптическими, электрофизическими и физико- химическими свойствами»:
Проведен анализ научно- технической литературы, нормативно-технической документации и других материалов, относящихся к разрабатываемой теме.
Проведен выбор и обоснование оптимального варианта направления исследований, в том числе:
- разработка возможных направлений проведения исследований;
- разработка возможных решений отдельных исследовательских задач;
- сравнительная оценка эффективности возможных направлений исследований;
- обоснование выбора оптимального варианта направления исследований.
Проведены теоретические исследования и экспериментальная апробация методов получения нанодисперсных полупроводниковых широкозонных оксидных материалов.
Проведены патентные исследования по ГОСТ Р 15.011-96.
Проведена разработка эскизной конструкторской документации (ЭКД) на макет лабораторной установки для синтеза нанодисперсных полупроводниковых широкозонных оксидных материалов с заданными оптическими, электрофизическими и физико-химическими свойствами.
Изготовлен макет лабораторной установки для синтеза нанодисперсных полупроводниковых широкозонных оксидных материалов с заданными оптическими, электрофизическими и физико-химическими свойствами.
Проведена разработка методики испытаний макета лабораторной установки для синтеза нанодисперсных полупроводниковых широкозонных оксидных материалов с заданными оптическими, электрофизическими и физико-химическими свойствами.