Регистрация / Вход
Прислать материал

Создание гибридных наноматериалов для микроэлектроники, нанофотоники и медицины

Докладчик: Поняев Александр Иванович

Должность: Начальник управления научных исследований, ст.науч.сотр., д.х.н.

Цель проекта:
Разработка полифункциональных материалов полимерной электроники и нанофотоники на основе гетероароматических соединений и нанодисперсных рентгено(фото)люминофоров для высокотехнологичных отраслей промышленности и социальной сферы. Основными задачами проекта являются: - Разработка методики синтеза (лабораторных регламентов) получения мономеров для высокотермостойких полимеров, светочувствительных компонентов, создания фоторезистных композиций с термостойкостью 450ºС, изготовления нанокомпозитов для защиты поверхностей от излучения в СВЧ диапазоне. - Получение экспериментальных образцов высокотермостойких фоторезистов для формирования адгезионнопрочных диэлектрических слоев на субстратах различной химической природы, нанокомпозитов для защитных покрытий и окрашенных светочувствительных композиций, для формирования матричной триады светофильтров для активно-матричных экранов. - Разработка методов направленного синтеза металлофталоцианинов с функционализированными ароматическими и гетероароматическими заместителями, обладающих люминесцентными свойствами и/или биологической активностью. - Создание новых высокоэффективных многослойных OLED на основе квантовых точек состава ZnS:Cu и ZnS:Mn,Cl с улучшенными люминесцентными свойствами, регулируемыми оптическими характеристиками (включая OLED белого свечения) в сочетании с повышенной длительностью эксплуатации, термостабильностью и стойкостью к воздействию излучений в СВЧ диапазоне.

Основные планируемые результаты проекта:
Будет создана технология получения высокотермостойких фоторезистов для совершенствования электронной компонентной базы и импорто-замещения. Параметры разрабатываемых экспериментальных образцов термостойких фоторезистов должны удовлетворять следующим основным требованиям:
-область спектральной чувствительности – 254, 365, 405 нм;
-светочувствительность –не более 75-80 мДж/см2;
-толщина пленки 1-5 мкм;
-размер элемента (разрешение) – 1-2 мкм;
-термостойкость 400 С на воздухе и 450 С в инертной атмосфере;
-удельное объемное сопротивление – не менее 10^15 Ом •см;
-диэлектрическая проницаемость –в пределах 3.5-4.5 при 10^6 Гц;
-тангенс угла диэлектрических потерь –в пределах 2•10^-3 - 2•10^-2;
-пробивное напряжение – не менее 400 В/мкм.
Покрытия будут стабильны к воздействию агрессивных сред: не разрушаться при действии кислот, щелочей, органических растворителей, обладать стойкостью к воздействию различных типов плазмы.
Такие материалы в России не производятся. Эти полимеры являются стратегическими и в ассортименте импортных материалов отсутствуют.
Изучение физико-химических и биологических свойств полученных металлофталоцианинов даст возможность выявить наиболее перспективные соединений для использования в качестве сенсибилизаторов синглетного кислорода (фотодинамическая терапия рака), эффективных люминофорных красителей (синтетические модели светопоглощающих антенн), фотопреобразователей солнечной энергии.
Будут разработаны светодиоды нового поколения на основе термостабильных нанолюминофоров состава A2B6, обеспечивающих широкий диапазон спектрально-яркостных характеристик излучения за счет варьирования уровня и условий легирования, а также режимов дополнительной обработки. Будут созданы новые высокоэффективные многослойные OLED на основе квантовых точек состава ZnS:Cu и ZnS:Mn,Cl с улучшенными люминесцентными свойствами, регулируемыми оптическими характеристиками (включая OLED белого свечения) в сочетании с повышенной длительностью эксплуатации, термостабильностью и стойкостью к воздействию излучений в СВЧ диапазоне.
Разработанные многослойные OLED должны удовлетворять следующим требованиям:
- диапазон излучения OLED - устройств должен находиться в видимой области спектра: 450-700 нм.
- полуширина спектра излучения из активного слоя OLED-устройств на основе оптимизированных металлоорганических комплексов с соответствующими лигандами, а также коллоидных квантовых точек с дисперсией по размерам не хуже 10% не должна превышать 20 нм.
- OLED-устройства должны обладать яркостью не хуже 1000 кд/м2
- рабочие напряжения на электродах OLED-устройства должны быть не более 10 В.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
Микроэлектроника, нанофотоника, фотодинамическая терапия.

Текущие результаты проекта:
Предложены новые полимерные связующие, высокопрочные термостойкие поли(о-гидроксиамиды) - продукты поликонденсации дихлорида изо-фталевой кислоты с 3,3'-дигидрокси-4,4'-диаминодифенилметаном или со смесью 3,3'-дигидрокси-4,4'-диаминодифенилметана с бис-(3-аминопропил)диметил-силоксаном; Предложен новый тип лазерочувствительных добавок - нигрозиновые красители; Покрытия обладают высокой адгезией к лавсану, полиимидной пленке, металлам, кристаллам и другим субстратам, стабильны во времени, устойчивы к воздействию паров HCl, H2SO4 , HNO3, бензина, спирта, аммиака, воды и выдерживают термоциклические нагрузки от - 50 до +200°С. Состав композиции подбирается таким образом, чтобы механические свойства используемых пленок соответствовали свойствам соответствующего субстрата.
Новизна научных решений заключается в том, что:
- Компоненты, формирующие лазерочувствительные покрытия, образуют молекулярный раствор в амидном растворителе, что устраняет дополнительную операцию инкапсулирования красителя и, следовательно, снижает трудоемкость технологического процесса;
- Полимерное связующее - поли(о-гидроксиамид) - получают не в процессе создания композиции с лазерочувствительным компонентом, а используют раствор поли(о-гидроксиамида) с определенными вязкостными параметрами, что обеспечивает стабильность свойств полученной
композиции и параметров сформированного покрытия;
- Покрытия обладают высокой адгезией к лавсану, полиимидной пленке, металлам, кристаллам и другим субстратам, стабильны во времени, устойчивы к воздействию паров HCl, H2SO4 , HNO3, бензина, спирта, аммиака, воды и выдерживают термоциклические нагрузки от - 50 до +200°С.
Состав композиции подбирается таким образом, чтобы механические свойства используемых пленок соответствовали свойствам соответствующего субстрата;
- Покрытия позволяют записывать информацию с разрешением не ниже 4000 dpi с контрастом не менее 0.8 в отраженном свете при воздействии лазера с длиной волны 1.06 мкм (мощность волоконного лазера 20 Вт, частота следования импульсов 0.8-1.0 МГц, энергия импульса 0.01-0.1 мДж.).
(патент №2522604 РФ, опубликован 20.07.2014)
Полученные результаты отвечают техническим требованиям к выполняемому проекту и перспективны для дальнейшего совершенствования и использования.
Рассмотрены возможности использования фотоиндуцированных мероцианиновых красителей, генерируемых из спиропирановых структур, как компонентов молекулярной электроники.
Выявлены закономерности реакционной способности в обратимой фотохимической реакции окра-шивания обесцвечивания в ряду спиропиранов нафтотиазинового и акридинового рядов, отличающихся выгодным с точки зрения возможного практического применения сочетанием фотостабильности, глубины окраски и квантовой эффективности фотоокрашивания. Время жизни фотоиндуцированной формы уменьшается в ряду: индолиновый гетероцикл, фенантридиновый, нафтотиазиновый, акридиновый. Спектр поглощения фотоиндуцированной формы акридиновых спиропиранов сдвинут в длинноволновую сторону по сравнению с аналогичными производными индолиновых спиропиранов. Проиллюстрированы факторы, способствующие повышению светостойкости: отсутствие нитрогруппы в структуре молекулы, синглетный путь фотоокрашивания, хиноидное строение и малое время жизни фотоиндуцированной формы.