Эксπир
Регистрация / Вход

Исследование и разработка методов получения упорядоченных наноструктурированных пленок, основанных на процессах самосборки ансамблей коллоидных наночастиц и наноструктур

Стадии проекта
Предложение принято
Конкурс завершен
Проект закончен
Проект
02.513.11.3166
Организация
ИПХФ РАН
Руководитель работ
Бричкин Сергей Борисович
Продолжительность работ
2007 - 2008, 18 мес.
Бюджетные средства
20 млн
Внебюджетные средства
5 млн

Разработка научных основ жидкофазных технологий формирования наноструктурированных плёнок с заданными функциональными характеристиками, базирующихся на процессах самосборки коллоидных наночастиц, протекающих в водных или органических средах при нормальных условиях температуры, давления и атмосферы окружающей среды

Соисполнители

Организация
ООО "СИАМС"
Организация
ИВС РАН
Организация
ЦФ РАН

Этапы проекта

1
20.04.2007 - 15.11.2007
1. Проведен анализ научно-технической литературы, посвящённой:
- способам получения металических полупроводниковых и гибридных органо-неорганических наночастиц с заданными размерными характеристиками;
- методам получения монодисперсных полимерных и композитных наночастиц с различными функциональными группами;
- принципам формирования 2D и 3D упорядоченных структур наночастиц и плёнок на их основе;
- экспериментальным методам исследования наночастиц, ансамблей их упорядоченных структур и упорядоченных плёнок на их основе;
  - методам компьютерного моделирования самосборки 2D и 3D упорядоченных структур наночастиц.
2. Проведены патентные исследования по ГОСТ Р 15.011-96.
3. Обоснован выбор направления исследований и способов решения поставленных в ТЗ задач.
4. Разработаны методики получения и стабилизации однородных наночастиц золота и халькогенидов металлов (AgI, CdS, CdSe, CdTe, ZnS), в том числе стержневидной формы.
5. Получены однородные наночастицы золота и халькогенидов металлов (AgI, CdS, CdSe, CdTe, ZnS).
6. Разработана методика получения стабильных гибридных органо-неорганических наноструктур состава «полупроводник/органический краситель» и исследованы их спектрально-люминесцентные свойства в зависимости от типа полупроводника и агрегированной формы красителя, адсорбированного на поверхности полупроводниковой наночастицы.
7. Изучены процессы эмульсионной и дисперсионной (со)полимеризации ряда мономеров.
8. Изучены возможности изменения функциональности и морфологии наноструктур толщиной 5 - 50 нм на поверхности полученных наночастиц, путем их модификации низкомолекулярными лигандами, водорастворимыми полимерами и доменами электропроводящих и полупроводниковых соединений. Испытаны экспериментальные образцы наноструктур.
9. Разработаны и оптимизированы процессы нанесения наноструктурированных тонких пленок из растворов монодисперсных полимерных наночастиц заданного химического состава с размером в диапазоне 30-1000 нм с использованием технологий центрифугирования (spin-coating) и «игла-кольцо» (pin-and-ring) на подложки различной природы.
10. Разработана физическая и феноменологическая модели процессов самосборки наноструктур, реализована разработка в виде компьютерной модели.
11. Разработаны алгоритмы анализа микроскопических изображений наноструктур.
Развернуть
2
16.11.2007 - 31.12.2007
На основе самосборки монодисперсных полимерных частиц сформированы 3-D упорядоченные периодические структуры, проявляющие свойства фотонных кристаллов. Эти структуры изучены методами электронной, атомно-силовой микроскопии и оптической спектроскопии. Электронно-микроскопически подтверждено образование полимерными частицами трехмерно упорядоченных твердотельных матриц толщиной до 50-60 слоев. Положение фотонной запрещенной зоны трехмерно упорядоченных тонких пленок попадает в диапазон длин волн видимого света при размере частиц 230-450 нм и смещается в коротковолновую область с увеличением угла падения световой волны. Экспериментальные спектры отражения этих пленок сопоставлены с результатами теоретического анализа спектров отражения тонких пленок полимерных фотонных кристаллов, и на этой основе определены структурные параметры полимерных фотонных кристаллов.
Рассмотрены процессы самосборки наноагрегатов красителей и процессы самосборки наноструктурированных пленок из этих наночастиц. Выявлены зависимости размеров и формы самособирающихся наночастиц и наноструктур от внешних и внутренних условий приготовления. Методами атомно-силовой и конфокальной люминесцентной микроскопии установлено формирование в растворе наночастиц стержнеобразной формы при различной концентрации красителя в растворе и при образовании пленки на подложке. Показано, что ультразвуковая обработка раствора с наноагрегатами
способствует их измельчению, причем, в первую очередь разрушаются частицы стержнеобразной формы.
Изучены спектральные и люминесцентные характеристики наночастиц золота, галогенидов серебра и халькогенидов кадмия в зависимости от состава, размера, структуры, формы и окружения в растворах обратных мицелл. Полученные результаты показали, что, контроль экспериментальных условий синтеза позволяет реально управлять свойствами конечных нанокристаллов.
Созданы оригинальные алгоритмы и методы, позволяющие производить трехмерную реконструкцию изображения наноструктур по данным с атомно-силового, растрового и конфокального микроскопов и преобразования восстановленного изображения в математическую модель для дальнейших исследований. Все исследования выполнены в полном соответствии с календарным планом и техническим заданием на этап.
Полученные результаты позволят установить наиболее эффективные методы управления структурными, фотохимическими и оптическими характеристиками упорядоченных структур на основе полимерных латексов и различных наночастиц, определяющие перспективы практического использования нового класса материалов как элементной базы оптоэлектроники и нанофотоники. Такие материалы могут применяться при разработке электро-, электронного и оптического оборудования, в частности, для разработки телекоммуникационных устройств, а также для создания источников когерентного излучения и матричных сенсоров.
Разработанные методы и подходы могут применяться для получения необходимой информации для последующего структурного анализа наноматериалов и структур и для использования в задачах моделирования и проектирования новых наноустройств.
Развернуть
3
01.01.2008 - 30.06.2008
Разработаны методики формирования упорядоченных ансамблей, состоящих из наночастиц золота, полупроводников или гибридных наноструктур;
  Получены упорядоченные ансамбли, состоящие из наночастиц золота, полупроводников или гибридных наноструктур;
  Проведено измерение структурных параметров получаемых наноструктур и компьютерной 3D реконструкции образцов.
  Проведены вычислительные эксперименты по самосборке 2D и 3D наноструктур.
Развернуть
4
01.07.2008 - 31.10.2008
Получены на основе разработанных методов самосборки пленки, состоящие из наноструктурированных ансамблей наночастиц;
  Проведены дополнительные эксперименты, направленные на оптимизацию условий самосборки, обеспечивающие направленное формирование заданных структур;
  Проведено сопоставление результатов эксперимента с результатами расчетов и компьютерного моделирования;
  Оценены возможности создания конкурентоспособной продукции и услуг и разработаны рекомендации по использованию результатов проведенных НИР;
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
Тема
Исследование и разработка методов получения упорядоченных наноструктурированных пленок, основанных на процессах самосборки ансамблей коллоидных наночастиц и наноструктур
Продолжительность работ
2007 - 2008, 18 мес.
Бюджетные средства
40 млн
Количество заявок
5
Тема
Разработка методов получения наноструктурированных каталитических систем функционально-избирательного действия для создания экологически чистых, ресурсосберегающих технологий в процессах органического синтеза и обезвреживания газовых выбросов
Продолжительность работ
2007 - 2008, 18 мес.
Бюджетные средства
36 млн
Количество заявок
13
Тема
Разработка методов программируемой самосборки молекулярных и супрамолекулярных наноструктур.
Продолжительность работ
2005 - 2006, 23 мес.
Бюджетные средства
10 млн
Количество заявок
2
Тема
Разработка «интеллектуальных» органических и гибридных наноструктурированных пленок
Продолжительность работ
2005 - 2006, 23 мес.
Бюджетные средства
6 млн
Количество заявок
2
Тема
Формирование ансамблей наноструктур в акустическом поле.
Продолжительность работ
2008 - 2009, 14 мес.
Бюджетные средства
5 млн
Количество заявок
1