Регистрация / Вход
Прислать материал

Разработка оптических методов диагностики и технологии создания оптических анализаторов для определения геометрических и электрокинетических параметров несферических наноразмерных объектов в жидких средах.

Докладчик: Левин Александр Давидович

Должность: Контактное лицо, ведущий научный сотрудник

Цель проекта:
1. Проект направлен на решения проблемы экспрессного измерения геометрических параметров и электрокинетического потенциала несферических нанообъектов непосредственно в жидких дисперсиях. 2. Цель работы - разработка методов диагностики и технологии создания устройств для обеспечения возможности проведения экспресс-диагностики геометрических и электрокинетических параметров несферических наноразмерных объектов в жидких средах для контроля технологий и продукции наноиндустрии и оценки токсичности наноматериалов.

Основные планируемые результаты проекта:
1. Результаты теоретических и экспериментальных исследований физических эффектов, которые могут быть использованы для диагностики несферических нанообъектов в жидких дисперсиях, в т.ч.- деполяризациии лазерного излучения при его рассеянии несферическими частицами, изменения геометрических параметров несферических нанообъектов при переходе их из порошков в жидкие среды, особенностей трансляционной и ротационной диффузии несферических наночастиц различной формы в жидких средах, способов воспроизведения электрокинетического (дзета) потенциала.
2.Научно-технические основы для создания экспресс анализаторов геометрических параметров несферических наночастиц , использующих эффекты деполяризации при рассеянии лазерного излучения. Малогабаритный анализатор нанообъектов в жидких дисперсиях, предназначенный для оперативного измерения геометрических параметров и электокинетического потенциала у наночастиц различной формы (наностержней, нанотрубок) непосредственно в жидких дисперсиях, в т.ч. в производственных условиях. Алгоритмы и программное обеспечение, предназначенные для обработки данных по деполяризованному рассеянию света с целью извлечения информации о геометрических параметрах несферических наночастиц. Стандартные образцы аспектного отношения несферических наночастиц в жидких дисперсиях, стандартные образцы электрокинетического потенциала.
3. На данной стадии реализации проекта имеются следующие элементы новизны
- использование для диагностики рассеянного излучения с различным соотношением поляризованной и деполяризованной компонент, математический аппарат, обеспечивающий извлечение информации из этих данных (подана заявка на выдачу патента на изобретение);
- новый подход к расчету геометрических параметров несферических наночастиц по экспериментально определенным коэффициентам трансляционной и ротационной диффузии, основанный на использовании эффективных значений динамической вязкости.
На следующих этапах работы предполагается экспериментальная апробация новых технических решений по воспроизведению электрокинетического потенциала в стандартных образцах.
4. В настоящее время не выпускается серийных анализаторов для диагностики несферических нанообъектов в жидкостях. Описанные в научных журналах последних лет лабораторные образцы из-за необходимости измерения очень слабой полностью деполяризованной компоненты требуют использования мощных лазеров (сотни милливатт) или большого времени одного измерения. Предложенное техническое решение (см.п.3) снимает необходимость измерения очень слабых сигналов и открывает возможность создания малогабаритных недорогих приборов для диагностики несферических нанообъектов в жидкостях.
В настоящее время отсутствуют аттестованные должным образом стандартные образцы электрокинетического (дзета) потенциала - категории ГСО или certified reference materials, как отечественные, так и зарубежные.
5. Заявленные результаты предполагается достигнуть за счет новых технических решений по построению оптических схем анализаторов, алгоритмов обработки данных и принципов воспроизведения электрокинетического
потенциала. Планируется детальная экспериментальная и теоретическая проработка этих решений, для этого Исполнитель обладает необходимым научно-техническим заделом, экспериментальной базой и высококвалифицированными научными и инженерными кадрами.



Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
1. Результаты данного исследования (прибор, методики, стандартные образцы) могут использоваться для контроля нанообъектов, предназначенных для использования в следующих областях:
• наноэлектроника (углеродные нанотрубки и образцы графена);
• наноэнергетика (наностержни и нанопроволоки для высокоэффективных солнечных батарей, электродов суперконденсаторов);
• нанокомпозиты (углеродные нанотрубки, наностержни, нанопластины, используемые для армирования);
• наномедицина (нанострержни, используемые в качестве рецепторов излучения при фотодинамической терапии, носители для адресной доставки лекарств);
• исследование токсичности наночастиц (токсичность, в т.ч. способность наночастиц к преодолению биологических барьеров, существенно зависит от их аспектного отношения).
2. Предполагаемые потребители планируемых результатов - лаборатории предприятий наноиндустрии, лаборатории, осуществляющие контроль нанотехнологичекой продукции, в т.ч. на соответствие требованиям безопасности, научно-исследовательские организации, осуществляющие разработку новых нанотехнологий и наноматериалов.
3. Планируемые результаты дадут возможность оперативного контроля продукции, использующей несферические наночастицы в областях техники, указанных в п.1.

Текущие результаты проекта:
Работы по проекту были начаты 21 октября 2014 г. По состоянию на 14 ноября 2014 г. получены следующие результаты:
- выполнен аналитический обзор научной и научно-технической литературы (отечественной и зарубежной) по направлению проекта, позволивший получить подробное представление о современном состоянии научных исследований и технических разработок по тематикам, связанным с проектом;
- проведены патентные исследования, дающие возможность оценить уровень техники и выявить охраноспособность предполагаемых технических решений;
- разработаны алгоритмы обработки данных для определения геометрических параметров наночастиц цилиндрической формы;
- проведены теоретические и экспериментальные исследования возможности определения аспектного отношения несферических наночастиц по частично деполяризованному динамическому рассеянию света;
- подготовлена статья "Исследование геометрических параметров несферических наночастиц методом частично деполяризованного динамического рассеяния света" , статья направлена в журнал "Российские нанотехнологии"