Ученые ПГУ и СПбГЭТУ «ЛЭТИ» запатентовали способ диагностики нановключений в различных материалах
Ученые подведомственного Минобрнауки России Пензенского государственного университета совместно с коллегами из Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета «ЛЭТИ» запатентовали способ анализа нановключений в тонкопленочных нанокомпозитах. Разработка поможет создавать материалы нового поколения и найдет широкое применение в микро- и наноэлектронике. Об этом сообщили на сайте национальныепроекты.рф.
С каждым годом на помощь человеку приходят новые технологии, инновационные гаджеты, а также «умные материалы». Из последних могут быть созданы высокоэффективные и быстродействующие сенсоры, сверхъемкие конденсаторы и аккумуляторы, и иные высокотехнологические устройства. Другим возможным применением «умных материалов» являются фотокатализаторы для самоочищающихся покрытий и очистки воды от органических загрязнителей.
Рост спроса на высокотехнологичные устройства с улучшенными потребительскими характеристиками ставит новые задачи при разработке материалов и требует использования нанотехнологий.
В Пензенском государственном университете разрабатываются новые и совершенствуются уже существующие технологии синтеза материалов для газовых сенсоров, датчиков вакуума и фотокатализаторов. В настоящее время развивается новое научное направление, связанное с созданием сверхъемких конденсаторов (суперконденсаторов).
Один из авторов патента РФ на изобретение, канд. физ.-мат. наук, доцент кафедры «Нано- и микроэлектроника» ПГУ Андрей Карманов рассказал, что одним из ключевых этапов разработки новых технологий получения материалов с нановключениями является их диагностика. Это необходимо для прогнозирования влияния внешних факторов на их свойства. Например, при нагревании «примеси» (нановключения) могут изменять свои физико-химические свойства, а это напрямую отразится на материале. Плюсы нановключений могут обернуться минусами.
«Современные классические методы нанодиагностики практически не позволяют „увидеть” эволюцию нановключений в материале, то есть установить их наличие и как они меняются со временем. Это один из явных недостатков. А второй — методы, обнаруживающие нановключения, дорогостоящие и сложные в реализации. Мы предлагаем дешевый, эффективный и доступный метод», — поделился Андрей Карманов.
Способ анализа эволюции нановключений в тонкопленочных нанокомпозитах основан на методе внутреннего трения. Коллаборации ученых удалось разработать теоретическую часть и провести экспериментальные исследования.
В Пензенском госуниверситете создали технологию получения тонких металлооксидных пленок на гибких и твердых подложках. А в Санкт-Петербургском государственном электротехническом университете «ЛЭТИ» провели измерения.
«Для того, чтобы получить верифицированные данные, то есть точные, образцы проверяли классическими методами нанодиагностики и нашим. А потом сравнивали полученные показания: как результаты различных исследований коррелируют друг с другом», — рассказал Андрей Карманов.
По запатентованному способу ученых Пензы и Санкт-Петербурга образец необходимо нагреть и «привести в колебание». Амплитуда затухающих колебаний несет информацию об эволюции нановключений.
«Мы механическим воздействием влияем на образец. Он дает сигнал о своей внутренней структуре. Образец будет колебаться по-разному, в зависимости от количества нановключений. Проведя измерения серии образцов, полученных при различных условиях синтеза, мы получаем информацию об эволюции нановключений», — поделился Андрей Карманов.
Отметим, метод механической спектроскопии известен и широко применяется. Ноу-хау исследователей в том, что запатентованный способ позволяет и обнаружить нановключения в образцах, и отслеживать их изменения в динамике.
«В серии образцов удалось нановключения зарегистрировать и показать, что результаты наших измерений подтверждаются данными, полученными с помощью других методов нанодиагностики. Кроме того, мы проверили, как себя ведет так называемая „примесь” (нановключения) при нагревании образца. Мы увидели, что нановключения действительно изменяются, эволюционируют. Наш способ позволяет все это отслеживать», — добавил Андрей Карманов.
При нагревании все изменения свойств нановключений были зафиксированы. Это позволяет подбирать самое оптимальное количество нановключений в материал, создаваемый под конкретную задачу, например, для чувствительных элементов высокоэффективных газовых сенсоров.
«К примеру, перед нами стоит задача создать высокочувствительный сенсор аммиака для медицины и фармацевтики. Для этого понадобится специальная добавка. Ее процентное содержание может быть разное. Мы можем посмотреть, как разное количество той или иной „примеси” будет влиять на структуру материала. После сравнения выбрать самое оптимальное процентное содержание под конкретную задачу», — привел пример Карманов.
Ученым Пензенского государственного университета уже удалось создать чувствительный элемент газового сенсора с модифицированным материалом. Его проверка, в том числе осуществлялась с помощью способа анализа эволюции нановключений в тонкопленочных нанокомпозитах. Совместно с коллегами из Саратовского государственного технического университета имени Гагарина Ю. А. (СГТУ имени Гагарина Ю. А.) они создали и запатентовали газоаналитический мультисенсорный чип.
Ученые Пензенского государственного университета продолжают работу в этих направлениях. Их первоочередная задача — использовать и создавать материалы с нановключениями для конкретного применения.
Разработчик Андрей Карманов уверен, что этот способ найдет широкое применение в отраслях промышленности, где необходимо создавать новые материалы.
Все работы продолжают выполняться в рамках гранта РНФ (1.5 млн рублей).