Регистрация / Вход
Прислать материал

«Перспективные исследования и
технологии наноуглерода»

Стадии проекта
Предложение принято
Конкурс завершен
Проект закончен
Проект
02.740.11.0108
Организация
ФТИ им. А.Ф.Иоффе
Руководитель работ
Терещенко Геннадий Федорович
Продолжительность работ
2009 - 2011, 25 мес.
Бюджетные средства
11 млн
Внебюджетные средства
3 млн

Информация отсутствует

Участники проекта

Зам. руководителя работ
Вуль Александр Яковлевич
Зам. руководителя работ
Кидалов Сергей Викторович

Этапы проекта

1
15.06.2009 - 15.12.2009
Исследована структура агрегатов и конгломератов, образуемых наноалмазами детонационного синтеза (детонационные наноалмазы, ДНА) в водных суспензиях. Продемонстрирована возможность уменьшения размеров агрегатов до 40 нм.
Изучены параметры пористой структуры нанопористого углерода (НПУ), образуемого методом термохимической обработки различных карбидов кремния. Показано, что объем, занимаемых микропорами зависит от типа карбида. Установлено, что НПУ из карбидов бора, титана, кремния и молибдена характеризуются sp2-гибридизацией атомов углерода.
Экспериментально показана возможность получения наноуглерода в нанопорах пористого стекла и хризотилового асбеста в процессе пиролиза в вакууме сахарозы. Определен ряд структурных характеристик хризотилового асбеста, как удобной нанопорситой матрицы для наполнения углеродом.
Экспериментально показана возможность формирования наноуглеродных пленок на поверхности SiC с использованием технологии сублимационной эпитаксии в вакууме.
Проведены расчеты фотонной зонной структуры опалов и композитов на их основе с использованием метода разложения собственных мод электромагнитного поля в этих структурах по базису плоских волн. Показано, что при степенях заполнения пор опала наноалмазами более 40 об. % в зонной структуре инвертированного композита в направлении Г- L возникает вторая стоп-зона при значениях a/=1.3 (где a- параметр примитивной ячейки, - длина волны излучения).
Разработаны основы метода латерального заполнения пленок синтетических опалов коллоидными растворами детонационных наноалмазов и технологические основы метода получения алмазных нанослоев в порах опала с использованием методики плазмохимического газофазного осаждения.
Выбраны ДНК-наноструктуры определенной топологии, теоретически возможные к синтезу модификации наноуглеродом. Осуществлен дизайн оригинальных нуклеотидных последовательностей, которые предназначены для моделирования самособирающихся наноструктур на основе ДНК и наноуглерода.
Определены условия получения информации о структуре поверхностному моноатомного слоя из анализа угловых зависимостей спектров характеристических потерь энергии медленных электронов, позволяющие характеризовать структуру графенового слоя на поверхности твердого тела.
Впервые методом электронного парамагнитного резонанса в алмазных нанокристаллах идентифицированы азотные примесные центры. Определены параметры спектров ЭПР этих центров в виде анизотропных g-факторов и анизотропных параметров сверхтонкого взаимодействия неспаренных электронов с ядрами азота.
Разработаны методики нанесения фуллеренов и фторфуллеренов на поверхность кремния и количественного in situ контроля монослойных и субмонослойных покрытий методами электронной спектроскопии.
В 2009 членами коллектива НОЦ было опубликовано 49 статей в рецензируемых отечественных и международных научных журналах, доложены на специализированных международных научных конференциях.
Составлены предложения о внесение дополнений в учебных программы и учебные пособия по курсу углеродные наноструктуры для бакалавров и магистров. Полученные результаты уже используются при чтении лекций по спецкурсам в СПб. Государственном политехническом университете и СПб. Государственном электротехническом университете.
Все основные заданные индикаторы выполнены, в работе приняли участие 2 молодых ученых, 5 аспирантов и 13 студентов старших курсов.
С превышением ТЗ разработана и начато заполнение базы данных «Углеродные наноструктуры» на сайте Физико-технического института им.А.Ф.Иоффе (http://www.ioffe.ru/db_vul)
Развернуть
2
01.01.2010 - 15.12.2010
При выполнении второго этапа НИР получены следующие результаты:
1. Предложен метод глубокой очистки системы жидкость - нанокристаллический алмаз от магнитных и нейтральных примесей с контролем содержания остаточных примесей методом ЭПР, показано, что глубокая очистка промышленных образцов детонационных наноалмазов (ДНА) с последующей химической обработкой приводит к получению монодисперсной суспензии алмазных кристаллических частиц с размером 3-5 нм.
2. Изучена структура агрегатов в системах жидкость – ДНА и влияние модификации поверхности наноалмазных частиц ионами металлов на формирование этих агрегатов. Развитый метод получения монодисперсных 4 нм суспензий ДНА и метод их поверхностной модификации металлами открыли возможность получения новой наноструктуру – алмазной частицы, поверхность которой модифицирована атомами меди заданной концентрации.
3. Исследовано влияния топологии структуры на тип sp гибридизации связи в нанопористом углероде, получаемом термохимической обработкой карбида кремния, показали, как температура термохимической обработки (ТХО) в диапазоне 700-1600 0С изменяет топологию нанопор – их характерный размер распределение по размерам и долю sp3 гибридизованных связей.
4. Разработана технология получения макроскопических наборов углеродсодержащих наноструктур в пористых матрицах с регулярной системой нанопустот хризотилового асбеста Mg3Si2O5(OH)4 и заполнение таких матриц углеродсодержащими материалами.
5. Получены экспериментальные образцы для видимой и ближней инфракрасной спектральных областей.
6. Исследованы степени влияния политипа, полярности и угла разориентации поверхности SiC подложки на структуру и свойства графеновых пленок. Показано, что использование предростового отжига подложек SiC в специально сконструированной ячейке позволяет синтезировать однородные графеновые пленки на поверхности монокристалла карбида кремния, при этом исследования транспортных свойств свидетельствует о существовании двумерного дырочного газа, а метод ХПЭЭ подтверждает получение слоя графена.
7. Исследованы электрофизические параметры полученных пленок графена (проводимости, подвижности и концентрации двумерных носителей) в широком диапазоне температур.
8. Синтезирован набор наноструктур на основе молекул ДНК и кластеров наноуглерода.
9. Разработано теоретическое описание спектров ХПЭЭ на основе формулы Ландау, описывающей энергетические потери электронов в слое твердого тела конечной толщины, и уточнена формула для дифференциальных сечений неупругих потерь энергии.
10. Исследованы динамики формирования монослойных и субмонослойных покрытий фуллеренов. Определены условия формирования систем отдельных фуллеренов или «магических» кластеров на поверхностях, подвергнутых обработке рядом способов, включая дефектообразующую обработку ионными пучками.
Выявлено сильное влияние концентрацией димеров и полимеризованных фрагментов исходного материала на структуру фуллеритных плёнок и показано, что уменьшение концентрации полимерных включений позволяет радикально уменьшить размер кластеров, повысить гладкость поверхности, что является необходимым условием увеличения разрешения электронной литографии.
11. Исследованы N -V дефекты в наноалмазах методами ЭПР и ОДЭПР. Использование метода электронного парамагнитного резонанса (ЭПР) и оптически детектируемого ЭПР позволило впервые надежно идентифицировать примесные атомы азота в ДНА и образование азотно-вакансионных комплексов (N-V). При этом экспериментально обнаружено резкое возрастание концентрации (N-V) комплексов при спекании ДНА при высоких давлениях и температурах.
12. Составлены дополнения к учебным программам и учебным пособиям по курсу углеродные наноструктуры для бакалавров и магистров.
Развернуть
3
01.01.2011 - 31.07.2011
1. Изготовлены структуры детонационных наноалмазов для автоэлектронных катодов
2. Изготовлены и измерены каталитические свойства новых типов наноуглеродных структур на основе наноалмазов детонационного синтеза
3. Изготовлены оптимальные структуры для суперконденсаторов на основе нанопористого углерода
4. Изготовлены и изучены структурные характеристики углеродсодержащих наноструктур различной размерности, находящихся в пустотах нанопористых матриц.
5. Исследованы параметры управления спектральным положением и формой спектра излучения, обусловленные фотонной запрещенной зоной алмазного фотонного кристалла.
6 Разработана технология формирования прототипа структуры металл-диэлектрик-полупроводник на основе полученных графеновых пленок с наилучшим структурным совершенством.
7. Проведена экспериментальная проверка свойств полученного набора гибридных наноструктур на основе ДНК и наноуглерода, проведено прогнозирование прикладных путей применения полученных наноструктур.
8. Разработана методика определения спектров ХПЭЭ и оже-спектров поверхностного моноатомного слоя.
9. Разработан способ превращения фуллереновых систем в систему проводниковых углеродных кластеров, характеризуемую малой размерной дисперсией, в условиях in situ контроля электронной структуры кластеров.
10. Разработан и изготовлен макет нового высокотехнологичного спектрометра ЭПР/ОДМР, работающего в высокочастотном 3 мм диапазоне и не имеющий мировых аналогов.
11. Создан лекционный курс «Гибридные наноструктуры на основе нуклеиновых кислот» для магистров и аспирантов СПбГПУ, СПбГУ, СПбЭТУ.
12. Модернизирован лекционный курс «Физика наносистем», читаемый в настоящее время магистрам ФМФ СПбГПУ.
13. Модернизирован лекционный курс «Кластеры в физике твердого тела», читаемый в настоящее время магистрам ФТФ СПбГПУ.
14. Подготовлен проект ОКР на основе результатов выполненной НИР.-
Развернуть

Программа

Программа "Научные и научно-педагогические кадры инновационной России" на 2009 - 2013 годы

Программное мероприятие

1.1 Проведение научных исследований коллективами научно-образовательных центров
Продолжительность работ
2005 - 2006, 16 мес.
Бюджетные средства
6 млн
Организация
ИПХФ РАН
профинансировано
Продолжительность работ
2005 - 2006, 15 мес.
Бюджетные средства
10 млн
Организация
ФТИ им. А.Ф.Иоффе
профинансировано
Тема
Разработка и создание объемных металлических сплавов, модифицированных наноуглеродом на основе С60 с повышенными значениями модуля Юнга с участием научных организаций Германии.
Продолжительность работ
2009 - 2010, 16 мес.
Бюджетные средства
4 млн
Количество заявок
1
Тема
Разработка методов создания гибридных структур на основе наноуглерода.
Продолжительность работ
2005 - 2006, 23 мес.
Бюджетные средства
6 млн
Количество заявок
3
Тема
Разработка технологии получения многофункциональных материалов на основе наноуглерода.
Продолжительность работ
2005 - 2006, 23 мес.
Бюджетные средства
10 млн
Количество заявок
2
Тема
Разработка принципов использования вирусных протеолитических ферментов для противораковой генной терапии.
Продолжительность работ
2009 - 2010, 17 мес.
Бюджетные средства
7 млн
Количество заявок
1
Тема
Проведение проблемно-ориентированных поисковых исследований по созданию наноструктур и наносистем для устройств микро- и наноэлектроники.
Продолжительность работ
2011 - 2012, 20 мес.
Бюджетные средства
40 млн
Количество заявок
59