Эксπир
Регистрация / Вход

Твердотельные наноструктуры для электронной и оптической техники нового поколения

Стадии проекта
Предложение принято
Конкурс завершен
Проект закончен
Проект
02.513.11.3059
Организация
ФГБОУ ВО "ВГУ"
Руководитель работ
Сидоркин Александр Степанович
Продолжительность работ
2007, 7 мес.
Бюджетные средства
2 млн
Внебюджетные средства
0,2 млн

Работы должны проводиться в рамках критической технологии «Нанотехнологии и наноматериалы» Работы должны соответствовать по предполагаемому исполнению лучшим мировым стандартам. Создаваемый научно-технический задел должен обеспечивать в будущем проведение опытно-конструкторских и технологических работ на конкурентном уровне. Результаты работ должны способствовать дальнейшему инновационному развитию российских технологий в данном приоритетном направлении Программы.

Соисполнители

Организация
ИПХФ РАН

Этапы проекта

1
22.03.2007 - 31.08.2007
Цель работы: разработка новых наноразмерных гетерогенных систем, структур и нелинейных материалов, установление их физических свойств, актуальных для создания электронных и оптических устройств нового поколения.
Объектом исследования данной работы явились новые функциональные материалы на основе слоистых и наногранулированных структур, материалы с поверхностью, модифицированной малоатомными кластерами и наночастицами и нанокристаллы, созданные на базе разработанных авторами проекта ионно-плазменного, ионно-лучевого, магнетронного, термического методов напыления, а также золь-гель технологии.
Предметом исследования явились новые физические свойства этих материалов и наносистем, их диэлектрические, магнитные, оптические, механические и транспортные эксплуатационные характеристики.
В течение 1-го этапа работы выполнен комплекс теоретических и экспериментальных исследований по изучению закономерностей строения и нелинейных свойств разработанных нанокомпозитов и наноструктур.
При выполнении научно-исследовательских работ 1-го этапа:
- синтезированы тонкопленочные поликристаллические сегнетоэлектрики различного состава,
- исследована физическая природа размерного эффекта в сегнетоэлектриках,
- выявлены факторы, контролирующие критическую толщину тонких сегнетоэлектрических пленок,
- предложены физические модели размерных эффектов при образовании и изменении доменов в сегнетоэлектрических нанокристаллах и пленках,
- исследованы зависимости диэлектрической постоянной тонких пленок от размеров и ориентации нанокристаллитов,
- исследовано влияние на свойства синтезируемых наносистем материала подложки, электрических и механических условий в месте контакта растущей пленки с подложкой, а также условий кристаллизации,
- исследовано влияние внутренних и внешних факторов на особенности размытия сегнетоэлектрического и сегнетомагнитного упорядочения,
- обоснованы принципы создания новых функциональных материалов для низкопорогового ограничения мощности оптического излучения видимого и ближнего инфракрасного диапазона,
- исследованы квантовые механизмы низкотемпературного электропереноса в спинтрониках, тонких пленках фуллеритов в условиях сильных электрических и магнитных полей,
- исследованы зависимости электронного спектра от формы и геометрии расположения малых металлических частиц в объеме и на поверхности диэлектриков,
- исследованы спектральные свойства глубоких примесных уровней в разработанных наноматериалах,
- описаны методы раздельного изучения каталитического и электронного механизмов чувствительности допированных сенсоров,
- разработаны условия оптимизации физико-химических свойств газовых сенсоров, технологии их изготовления и режимов их эксплуатации.
Развернуть
2
01.09.2007 - 31.10.2007
1. Методом двустадийной технологии, включающей механическое перемешивание исходных оксидов и последующее спекание смеси в настоящей работе получены наноструктурные сегнетоэлектрические релаксорные системы PMN-PZT при различных соотношениях между концентрациями отдельных компонентов, изучены их диэлектрические свойства. Показано, что строение и свойства синтезируемых материалов существенно зависят от ряда факторов: элементного состава исходных компонент; размеров и дисперсности гранул; температурного и временного режима отжига.
2. Разработаны методики синтеза оптически однородных нелинейных гетерогенных материалов на основе не квантовых нанокристаллов AgСl0,95I0,05, AgСl, Zn0,60Cd0,40S с адсорбированными молекулами органических красителей, а так же атомами и малоатомными кластерами серебра. Реализация методик двухструйного синтеза не квантовых нанокристаллов в желатиновой матрице позволила снизить их размер до 50 - 100 нм в полимерных матрицах. При этом значительно уменьшено влияние на проводимые исследования рассеяния света от граней кристаллов и увеличен уровень прозрачности для исследуемых модельных сред от 0,5 – 2,0 %, имевший место для микрокристаллов, до 20 - 40 %.
3. Для разработанных гетерогенных сред на основе ионно-ковалентных микро- и нанокристаллов AgСl0,95I0,05, AgСl, Zn0,60Cd0,40S с адсорбированными атомами, малоатомными кластерами и молекулами органических красителей, для слабых световых потоков с длинами волн 620 - 670 нм впервые обнаружен эффект низкопорогового ограничения мощности оптического излучения. Пороги срабатывания приготовленных опытных образцов ограничителей заключены в области 1016 - 1017 квант/см2•с.
4. Разработана физическая модель сегнетоэлектрического релаксора, позволяющая понять картину переориентации доменов в различных кристаллитах под действием внешнего электрического поля. Разнообразие размеров и форм кристаллитов учитывается введением функции распределения по полям переполяризации. При увеличении электрического поля в процесс переориентации вначале меняют свои направления диполи, направленные под углом к его направлению. Далее включаются остальные диполи, так что при больших напряженностях электрического поля все дипольные моменты приобретают максимально большие проекции на приложенное внешнее поле. В результате гистерезисная петля релаксора оказывается сглаженной, поскольку в процессе переполяризации система проходит через совокупность метастабильных состояний, достигаемых при различных значениях напряженности электрического поля.
5. Анализ полученных результатов показал, что возможные механизмы двухквантовых межзонных оптических переходов в нанокристаллах AgСl0,95I0,05, AgСl, Zn0,60Cd0,40S с адсорбированными молекулами красителей, атомами и малоатомными кластерами серебра, основаны на последовательной передаче электрона или энергии электронного возбуждения от молекулы красителя примесному поверхностному серебряному центру.
6. Обобщены результаты проведенной научно-исследовательской работы.
7. Дана оценка полноты решения задач и эффективности полученных результатов в сравнении с современным научно-техническим уровнем.
8. Составлено три ТЗ на ОКР.
9. Составлен заключительный отчет.
Развернуть

Программа

Программа "Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007-2013 годы"

Программное мероприятие

1.3 Проведение проблемно-ориентированных поисковых исследований и создание научно-технического задела в области индустрии наносистем
Продолжительность работ
2007, 7 мес.
Бюджетные средства
2 млн
профинансировано
Продолжительность работ
2007, 7 мес.
Бюджетные средства
2 млн
Организация
ИНХ СО РАН
профинансировано
Тема
Работы по проведению проблемно-ориентированных поисковых исследований и созданию научно-технического задела в области индустрии наносистем и материалов по критической технологии «Нанотехнологии и наноматериалы» (мероприятие1.3 Программы)
Продолжительность работ
2007, 7 мес.
Бюджетные средства
92 млн
Количество заявок
241
Тема
Работы по проведению проблемно-ориентированных поисковых исследований и созданию научно-технического задела в области индустрии наносистем и материалов по критической технологии «Технологии мехатроники и создания микросистемной техники» (мероприятие 1.3 Программы)
Продолжительность работ
2007, 7 мес.
Бюджетные средства
16 млн
Количество заявок
48
Тема
Работы по проведению проблемно-ориентированных поисковых исследований и созданию научно-технического задела в области индустрии наносистем и материалов по критической технологии «Нанотехнологии и наноматериалы» (мероприятие 1.3 Программы)
Продолжительность работ
2007 - 2008, 11 мес.
Бюджетные средства
16 млн
Количество заявок
72
Тема
Работы по проведению проблемно-ориентированных поисковых исследований и созданию научно-технического задела в области живых систем
Продолжительность работ
2007, 8 мес.
Бюджетные средства
72 млн
Количество заявок
48
Тема
Работы по проведению проблемно-ориентированных поисковых исследований и созданию научно-технического задела в области живых систем по критической технологии «Биомедицинские и ветеринарные технологии жизнеобеспечения и защиты человека и животных»
Продолжительность работ
2007, 8 мес.
Бюджетные средства
72 млн
Количество заявок
136