Регистрация / Вход
Прислать материал

«Закономерности формирования, особенности структуры и физические свойства наноструктурированных объектов перспективных для практического применения материа-лов»

Стадии проекта
Предложение принято
Конкурс завершен
Проект закончен
Проект
02.740.11.0397
Организация
ДГУ

Информация отсутствует

Соисполнители

Организация
ИФ ДНЦ РАН

Участники проекта

Зам. руководителя работ
Палчаев Даир Каирович

Этапы проекта

1
30.09.2009 - 10.12.2009
АННОТАЦИЯ РАБОТ,
ВЫПОЛНЕННЫХ НА ПРОМЕЖУТОЧНОМ ЭТАПЕ № 1
Разработка методов синтеза нанопорошков, нанокерамик, нанопленок и моделей магнитных сверхрешеток. Исследования тепловых свойств пьезокерамик. Изучение механизмов формирования нанобъектов, электрических свойств в пьезокерамике и термодинамических свойств модельных магнитных сверхрешеток.

государственного контракта с Федеральным агентством по науке и инновациям от «30» сентября 2009 г. № 02.740.11.0397

Шифр: «2009-1.1-000-078-034»
Период выполнения этапа 01.09.2009-10.12.2009
Исполнитель: Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Дагестанский государственный университет», г.Махачкала
Цель работы Разработка методов синтеза нанопорошков, нанокерамик, нанопленок на основе ZnO и Y(Ba1-х Вех)2Cu3O7-; установление закономерностей поведения теплофизических свойств сегнето-пьезокерамических оксидных материалов на основе твердых растворов цирконата-титаната-свинца (ЦТС) с учетом их структурных особенностей; изучение природы физических процессов в поликристаллических твердых растворах на основе ЦТС при высоких температурах и напряженностях электрического поля; разработка моделей сверхрешеток, состоящих из чередующихся магнитных и немагнитных атомов, а также исследование термодинамических свойств этих моделей.

1. Наименование разрабатываемой продукции
- Технологии воспроизводимого синтеза нанопорошков ZnO и Y(Ba1-х Вех)2Cu3O7- (анализ и разработка технологий);
- Наноматериалы - нанопленки на основе оксидов ZnO и Y(Ba1-х Вех)2Cu3O7- (анализ и разработка технологий);
- Базы данных по динамике доменной структуры сегнетопьезокерамических материалов в сильных импульсных электрических полях с регулируемой скоростью нарастания. (результаты исследования диэлектрической проницаемости керамических материалов на основе ЦТС);
- Базы данных для изготовления магнитных сверхрешеток с наперед заданными характеристиками на основе исследований магнитных, тепловых и критических свойств моделей наноразмерных магнитных сверхрешеток методами вычислительной физики (термодинамические свойства моделей магнитных сверхрешеток);
- Базы данных по комплексу исследований теплофизических и электрических свойств многокомпонентных сегнето- пьезоматериалов различного состава в широком интервале температур, включая области структурных фазовых переходов, при различных внешних воздействиях. (результаты исследований теплофизических свойств пьезокерамических материалов на основе ЦТС).
2. Характеристика выполненных на этапе работ по созданию продукции
2.1. Результаты работы на 1 этапе, в том числе: разработанные виды продукции (веществ / устройств / программных продуктов / технологий / методов и результатов исследований) с указанием их характеристик, полученных, в том числе, по результатам испытаний, оценка соответствия этих характеристик требованиям задания.
В результате работы на первом этапе: разработаны технологии воспроизводимого синтеза нанопорошков ZnO и Y(Ba1-х Вех)2Cu3O7- и получения пленок ZnO и Y(Ba1-х Вех)2Cu3O7-; разработаны модели магнитных сверхрешеток; установлены закономерности поведения теплофизических свойств сегнето-пьезокерамических оксидных материалов на основе твердых растворов цирконата-титаната-свинца (ЦТС) с учетом их структурных особенностей; изучена природа физических процессов в поликристаллических твердых растворах на основе ЦТС при высоких температурах и напряженностях электрического поля. В результате рассмотрения имеющегося собственного, отечественного и мирового опыта определены подходы для дальнейшего развития, усовершенствования и использования методов, обеспечивающих выполнение требований технического задания. В работе представлены результаты исследования характеристик слоев GZO c содержанием галлия от 3 до 6 ат. %, синтезированных при различных температурах и составах газа методом dc- магнетронного распыления керамических мишеней. Оптимальное содержание галлия в мишенях для формирования слоев с максимальной проводимостью и с наибольшим структурным совершенством обеспечивается при температуре подложки 500С и составляет 5-6 ат.% Ga, а для синтеза при температурах около 2500С - 3-4 ат.% Ga. Показано, что структуру типа n-ZnO/p-GaN можно изготавливать в едином технологическом цикле – без использования эпитаксиальной пленки GaN, полученной в другом технологическом процессе (MOCVD). Проведены экспериментальные исследования теплофизических и диэлектрических свойств пьезокерамических материалов на основе ЦТС в области температур 100-800 К. Проведены экспериментальные исследования температурной и частотной зависимости диэлектрической проницаемости керамических материалов на основе ЦТС. Установлены оптимальные временные и температурные режимы импульсной поляризации ЦТС. В рамках разработанных моделей численными методами удалось описать целый ряд особенностей и получить наблюдаемую экспериментально в системах Fe/V зависимость температуры фазового перехода от параметра межслойного взаимодействия. Указанные характеристики соответствую требованиям задания.
2.2. Новизна применяемых решений в сравнении с другими работами, родственными по тематике и целевому назначению и определяющими мировой уровень.
Применяемые решения по получению пленок на основе ZnO являются новыми, поскольку они базируются на способах, ранее защищенных авторами проекта и развиваемых в настоящее время. Пленки на основе Y(Ba1-х Вех)2Cu3O7- (х=01) будут получены впервые, поскольку ВТСП–керамика таких составов впервые получена авторами настоящего проекта, которые в настоящей работе разработали метод получения мишеней из этих материалов для катодного распыления. Впервые определены температурные зависимости теплофизические свойств ряда пьезокерамических материалов. Обнаружены новые особенности теплофизических свойств в области высокотемпературных структурных фазовых переходов. Впервые исследовались динамические вольтамперные характеристики и интегральные характеристики переполяризации керамики ЦТС в импульсных полях с различной скоростью нарастания. Впервые проведены исследования термодинамических свойств современными и высокоэффективными методами вычислительной физики на основе планарной модели (XY-модель).
2.3. Особенности исследования, разработки, метода или методологии проведения работы на отчетном этапе.
Разрабатываемые методы на отчетном этапе предусматривают обеспечение возможности воспроизводимого синтеза материалов, а также создание и модифицирование объектов на их основе, включающих, в том числе, компоненты размерами менее 200 нм и приобретающих принципиально новые качества.
2.4. Объекты интеллектуальной собственности, созданные на отчетном этапе.
Планируемые на настоящем отчетном этапе работы свидетельствуют о том, что объекты интеллектуальной деятельности в рамках настоящего проекта могут быть защищены и получены охранные документы.
3. Области и масштабы использования полученных результатов
3.1. Области применения полученных результатов (области науки и техники; отрасли промышленности и социальной сферы, в которых могут использоваться полученные результаты или созданная на их основе иннова¬ционная продукция).
Настоящая работа, в конечном счете, направлена на по¬лучение наноматериалов для компонентов электронной техники в результате разработки технологии воспроизводимого синтеза нанопорошков ZnO и Y(Ba1-х Вех)2Cu3O7- . Получение базы данных по: свойствам нанопорошков, керамических материалов, нанопленок; динамике доменной структуры сегне¬топьезокерамических материалов в сильных импульсных электрических по¬лях; результатам комплекса исследований теплофизических и электрических свойств многокомпонентных сегнето- пьезоматериалов различного состава в широ¬ком интервале температур, включая области структурных фазовых перехо¬дов, при различных внешних воздействиях. Эти Результаты НИР могут быть востребованы организациями, занимающиеся исследованием, разработкой и получением материалов и компонентов электронной техники: НИИ фи¬зики Южного федерального университета (г. Ростов на Дону), Воронежский госуниверситет, ВНИИ радиотехники г. Москва, НКТБ «Пьезоприбор» ЮФУ и др., Институт кристаллографии РАН, Физический институт РАН, «Гиред¬мет», а так же реализованы на предприятиях: «Промышенно-металлургиче¬ский холдинг» и РПКБ, НПО «Энергия», предприятия «Информационные спутниковые системы», НПО «Азимут», Южная генерирующая компания, Дагестанрегионгаз, Дагестанская Гидрогенерирующая компания, институтах Физики, Геологии, Проблем геотермии ДНЦ РАН и др. В результате выполнения НИР будет разработан Учебно-методиче¬ский комплекс спецкурса «Нано- и микроструктурированные функцио¬нальные материалы». По результатам НИР в рамках НОЦ планируется соз¬дание экспериментальной научной лаборатории «Технология нано- и мик¬роструктурированных материалов». В ходе выполнения НИР будут разра¬ботаны лабораторные практикумы: «Технология нано- и микроструктури¬рованных материалов», «Методы исследования структуры и свойств нано- и микроструктурированных материалов», «Структура и свойства, микро¬структура и физические характеристики функциональных материалов» по дисциплинам специализаций «Физика твердого тела» и «Физическая элек¬троника». В рамках тематики заявляемой НИР будут выполняться квалификационные дипломные работы, магистерские диссертации, кандидатские и докторские диссертации.
3.2. Ход практического внедрения полученных результатов. (Результаты НИР должны быть внедрены в образовательный процесс)
Результаты НИР используются при подготовке специалистов (бакалавр, специалист, магистр) и аспирантов по: Направлению бакалавриат 010700.62 «Физика»; Направлению магистратура 010700.68 – «Электроника и микроэлектроника»; Специальности 010701.65 – «Физика»; Специальности 010707.65 – «Медицинская физика»; Специальности 140202.65 – «Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии»; Специальности 210104.65 – «Микроэлектроника и твердотельная электроника»; Аспирантуре и докторантуре по специальности 01.04.04 – Физическая электроника, 01.04.10 – Физика полупроводников. В результате апробации внедрения результатов настоящего НИР в учебный процесс по указанным выше направления и специальностям составляются учебно – методические комплексы и текст курса лекций по спецкурсу «Нано- и микрострутурированные функциональные материалы» , а так же учебное пособие для выполнения практических занятий в экспериментальной научной лаборатории «Технология нано- и микрострутурированных материалов»
3.3. Оценка или прогноз влияния полученных результатов, товаров и услуг, созданных на основе полученных результатов, на подготовку и закрепление в сфере науки и образования научных и научно-педагогических кадров, достижение или превышение заданных индикаторов и показателей.
На настоящем этапе, посвященном, в основном, разработке методов и планированию исследований, в работу по данному контракту привлечены 46 исследователей, в том числе 27 молодых исследователя. Это соотношение, несомненно, возрастет в пользу молодых исследователей на следующих этапах работы.
4. Выводы
В результате рассмотрения имеющегося собственного, отечественного и мирового опыта определены подходы к дальнейшему развитию, усовершенствованию и использованию методов, обеспечивающих выполнение задач, способствующих достижению научных результатов мирового уровня, подготовке и закреплению научных и научно-педагогических кадров в сфере науки и образования, и формированию эффективных и жизнеспособных научных коллективов.


Руководитель работ по проекту М.Х. Рабаданов

Ректор ГОУ ВПО «Дагестанский
государственный университет» ________________ М.Х. Рабаданов
___ __________ 20__ г.
М.П.
Развернуть
2
01.01.2010 - 30.06.2010
2.1. Исследования состава, структуры и свойств, нанопорошков, нанокерамик и пленок на основе ZnO и Y(Ba1-x Bex)2Cu3O7-8.
2.2. Исследования состава, структуры и свойств, Нанопленок на основе ZnO.
2.3. Исследование комплекса тепловых свойств пьезокерамик с микро-и нанополярной структурой, включая области фазовых переходов.
2.4. Разработка единой методики исследования физических свойств моделей наноразмерных магнитных сверхрешеток методами Монте-Карло и Молекулярной Динамики.
2.5. Обновление и дополнение экспериментальной исследовательской базы
Развернуть
3
01.07.2010 - 10.12.2010
3.1. Разработка технологии синтеза нанокристаллических функциональных слоев
систем отображения информации, солнечных элементов и энергосберегающих покрытий.
3.2. Исследование диэлектрической проницаемости, процессов переключения поляризации и электролюминесценции пьезокерамик с микро-и нанополярной структурой, включая области фазовых переходов.
3.3. Исследование динамических свойств
решеточных моделей магнитных сверхрешеток
на основе метода молекулярной динамики
с целью выяснения влияния на динамику
спинов, температуры, анизотропии
внешнего магнитного поля, его направления.
3.4. Подготовка методических разработок по технологии синтеза нанокристаллических
материалов по дисциплинам специализаций на физическом и химическом факультетах.
Развернуть
4
01.01.2011 - 31.05.2011
1. Изготовление гетероструктур типа ZnO-металл, ZnO-полупроводник (Те,
ZnS, ZnSe,PbS,PbTe,Ge,Si и др.).
2. Исследование условий формирования и динамики доменной структуры пьезокерамик в электрических полях.
3. Выработка рекомендаций экспериментаторам по получению магнитных сверхрешеток с наперед заданными тепловыми, магнитными и критическими свойствами.
Развернуть
5
01.06.2011 - 25.09.2011
5.1 Изготовление слоистых структур ZnO-Y(Ba1-x-Bex)2Cu3O7-8.
5.2. Создание банка данных по теплофизическим электрическим свойствам и рекомендаций по созданию пьезоматериалов с заданными свойствами.
5.3. Исследование фазовых переходов и критических явлений в моделях магнитных сверхрешеток.
5.4, Разработка научно-исследовательских программ и создание учебно-лабораторной базы по подготовке специалистов в области технологий и исследований наноматериалов.
5.5. Проведение патентных исследований
5.6. Проведение технико-экономической оценки полученных результатов
5.7. Разработка программы внедрения результатов НИР в образовательный процесс.
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
2012, 3 мес.
Бюджетные средства
2,9 млн
профинансировано
Тема
Разработка программно-аппаратного комплекса моделирования и исследования эффективности построения малогабаритных приемных и передающих антенн для цифровых радиоканалов мобильных и стационарных объектов на основе применения материалов с новыми физическими свойствами.
Продолжительность работ
2012 - 2013, 16 мес.
Бюджетные средства
13,3 млн
Количество заявок
3
Тема
Разработка и практическая апробация методологии долгосрочного научно-технологического прогнозирования на основе аналитических исследований и экспертных опросов методом Дельфи в рамках формирования научно-технологического Форсайта
Продолжительность работ
2007 - 2008, 19 мес.
Бюджетные средства
44 млн
Количество заявок
3
Тема
Разработка и создание специализированного эталонного комплекса для аттестации и контроля средств измерений физических параметров наноразмерных объектов и структур, систем позиционирования и сканирования в нанотехнологиях и наноиндустрии.
Продолжительность работ
2007, 4 мес.
Бюджетные средства
20 млн
Количество заявок
8
Тема
Исследование физических свойств и структуры металлов и сплавов вблизи фазового перехода кристалл-жидкость на установке: "Комплекс установок для исследования структуры и физических свойств металлических расплавов (рег. № 06-01)"
Продолжительность работ
2005 - 2006, 23 мес.
Бюджетные средства
1,5 млн
Количество заявок
1
Тема
Исследование механизма и закономерностей изменения состояния и свойств природного и техногенного минерального вещества при действии физических и вещественных полей для обоснования новых ресурсосберегающих и природоохранных технологий горного производстаа на установке: "Многофункциональный комплекс интроскопии и диагностики минерального вещества в особых термо-барических условиях (МУЛЬТИСКАН) (рег. № 4-59)"
Продолжительность работ
2005 - 2006, 23 мес.
Бюджетные средства
1,5 млн
Количество заявок
1