Регистрация / Вход
Прислать материал

Разработка функциональных элементов электроники на основе композиционных металлполимерных наноматериалов

Номер контракта: 14.575.21.0103

Руководитель: Петров Виктор Владимирович

Должность: Директор института управления в экономических, экологических и социальных системах ЮФУ

Аннотация скачать
Постер скачать
Ключевые слова:
функциональный композиционный наноматериал, полианилин,полиакрилонитрил, диоксид циркония, диоксид кремния, оксид кобальта, in situ полимеризация, пиролиз, фазово-структурный анализ, сенсор газа, суперконденсатор

Цель проекта:
Цель: Получение значимых научных результатов, позволяющих переходить к созданию новых металлполимерных функциональных наноматериалов на основе полианилина и полиакрилонитрила с наполнителями (Zr, Si, Co) для высокочувствительных датчиков газов и устройств накопления энергии. Задачи: Разработка технологии получения новых композиционных металлполимерных наноматерилов на основе полианилина и полиакрилонитрила, используемых для изготовления сенсорных элементов и электродов суперконденсаторов. Разработка функциональных элементов электроники (электродов суперконденсаторов и сенсоров) на основе полианилина и полиакрилонитрила с наполнителями (Zr, Si, Co).

Основные планируемые результаты проекта:
В ходе выполнения ПНИ должны быть получены следующие научно-технические результаты:

Экспериментальные образцы композиционных металлполимерных наноматерилов на основе полианилина и полиакрилонитрила с наполнителями (Zr, Si, Co).
Лабораторный технологический регламент получения композиционных металлполимерных наноматерилов на основе полианилина и полиакрилонитрила с наполнителями (Zr, Si, Co).
Макет лабораторного стенда, обеспечивающего проведение измерений функциональных свойств композиционных металлполимерных наноматериалов на основе полианилина и полиакрилонитрила с наполнителями (Zr, Si, Сo) и испытания функциональных элементов электроники.
Лабораторные образцы электродов суперконденсаторов на основе полианилина с наполнителями (Zr, Si).
Лабораторные образцы сенсоров на основе полиакрилонитрила с наполнителем (Co).
Технические требования и предложения по разработке, производству и эксплуатации композиционных металлполимерных наноматерилов на основе полианилина и полиакрилонитрила с наполнителями (Zr, Si, Co) с учетом технологических возможностей и особенностей индустриального партнера - организации реального сектора экономики

Краткая характеристика создаваемой/созданной научной (научно-технической, инновационной) продукции:
Проект направлен на разработку путей направленного синтеза новых металлполимерных
функциональных наноматериалов на основе полианилина (ПАНИ) и полиакрилонитрила (ПАН) с
наполнителями (Zr, Si, Co) и выявление фундаментальных теоретических и экспериментальных
характеристик полученных материалов, которые связывают их строение и проявляемые ими
функциональные свойства. Все полученные в ходе выполнения проекта данные будут достоверны,
полностью воспроизводимы, получены с применением признанных методов синтеза, физико-химического
анализа и будут соответствовать современным мировым стандартам.
Разрабатываемые в ходе ПНИ композиционные металлполимерные наноматериалы на основе полианилина и полиакрилонитрила с наполнителями (Zr, Si, Co) и лабораторный технологический регламент их получения должны быть предназначены для создания нового класса композиционных наноматериалов, выполняющих функции сенсорных элементов и электродов суперконденсаторов, изменяя свои функциональные свойства, поверхностное сопротивление, вольт-ампертные характеристики.
Лабораторные образцы электродов суперконденсаторов на основе полианилина с наполнителями (Zr, Si) должны обеспечить удельную емкость двойного слоя суперконденсатора, построенного на разработанных электродах, не менее 300 Ф/г.
Сенсоры на основе полиакрилонитрила с наполнителем Co должны иметь время отклика не более 60 сек, время восстановления не более 600 сек, температуру активного слоя в рабочем режиме – от +10°С до +190°С, работоспособность при температурах окружающей среды от 0 до +40°С, стабильную работу при периодическом воздействии газами в течение 1 года.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
Области применения, способы использования результатов:
-в датчики состава газовых сред в качестве чувствительного элемента;
-для нанесения на поверхность металлов в качестве антикоррозионных покрытий;
-в приборостроении, энергетике, автомобилестроении, машиностроение и электротехник;
-в качестве электродов суперконденсаторов.

Результаты работы могут быть востребованы: организациями и предприятиями – разработчиками электронной аппаратуры, датчиков и систем для задач мониторинга экологических и технологических сред, а также сложных технических объектов


Текущие результаты проекта:
1.Разработан лабораторный технологический регламент получения композиционных наноматериалов с наполнителями (Zr, Si, Co).
2) Изготовлены образцы композиционных металлполимерных наноматерилов на основе полианилина и полиакрилонитрила с наполнителями Zr, Si в виде порошка (величина площади удельной поверхности 140-800 м2/г), с наполнителем Co в виде пленок (толщина не более 1мкм).
3) Разработана лабораторная методика фазово-структурного анализа композиционных металлполимерных наноматериалов на основе полианилина и полиакрилонитрила с наполнителями (Zr, Si, Сo).
4) Разработана лабораторная методика измерения функциональных свойств композиционных металлполимерных наноматерилов на основе полианилина и полиакрилонитрила с наполнителями (Zr, Si, Co).
5) Проведены измерения функциональных свойств композиционных металлполимерных наноматериалов на основе полианилина с наполнителями (Zr, Si) (величина внутреннего сопротивления не более 0, 3 Ом)
6) Проведены измерения функциональных свойств композиционных металлполимерных наноматериалов на основе полиакрилонитрила с наполнителем (Сo) (величина поверхностного сопротивления не менее 106 МОм)
6) Проведен фазово-структурный анализ экспериментальных образцов композиционных металлполимерных наноматериалов на основе полианилина и полиакрилонитрила с наполнителями (Zr, Si, Сo).
7) Разработан макет лабораторного стенда, обеспечивающего проведение измерений функциональных свойств композиционных металлполимерных наноматериалов на основе полианилина и полиакрилонитрила с наполнителями (Zr, Si, Сo) и испытания функциональных элементов электроники и проведены его испытания.
8) Проведены дополнительные патентные исследования и подготовлена заявка на РИД «Способ получения допированного полианилина» (заявка на изобретение №2015122358 от 10.06.2015 г.).
9) Опубликованы 2 статьи в журналах, индексируемых в наукоемкой базе Scopus;
T. V. Semenistaya V. V. Petrov Kh. Kh. Kalazhokov, Z. Kh. Kalazhokov B. S. Karamurzov, Kh. V. Kushkhov, and S. P. Konovalenko. Surface Engineering and Applied Electrochemistry, 2015, Vol. 51, No. 1, pp. 9–17.
T.Myasoedova, N. Plugotarenko, T. Moiseeva, E. Vorobev, V. Butova, V. Petrov. Correlation Between Theoretical and Experimental Specific Surface Area Estimation for PANI and PANI/Zr Composite Modern Applied Science, Vol. 9, No. 13, 2015 (в печати)
10) Мероприятия по популяризации результатов : 2015 International Conference on "Physics and Mechanics of New Materials and Their Applications" (PHENMA 2015) devoted to 100-year Anniversary of the Southern Federal University Azov, Russia, May 19-22, 2015