Эксπир
Регистрация / Вход

Разработка фундаментальных основ и технологических принципов УФ лазерного синтеза углеродных, металлических и металлоуглеродных нанопорошков и нанопокрытий

Стадии проекта
Предложение принято
Конкурс завершен
Проект закончен
Проект
02.513.11.3346
Организация
ОИВТ РАН
Руководитель работ
Еремин Александр Викторович
Продолжительность работ
2007 - 2008, 15 мес.
Бюджетные средства
1,5 млн
Внебюджетные средства
1,8 млн

Информация отсутствует

Этапы проекта

1
26.07.2007 - 15.10.2007
Способ получения наноматериалов методом УФ фотолиза газообразных соединений весьма перспективен и задача внедрения данного способа в производство нанопорошков и нанопокрытий является весьма актуальной задачей.
Целями НИР на данном этапе являлись: анализ научно-технической литературы и других материалов, относящихся к разрабатываемой теме, проведение патентных исследований, подготовка экспериментальных исследований, проведение исследований по определению веществ прекурсоров и источников УФ излучения.
  На основании анализа научно-технической литературы произведены оценки необходимой энергии для получения углеродных и металлических наноматериалов, определены характеристики источника УФ излучения, проведен анализ веществ прекурсоров и определены вещества, которые будут использованы для синтеза углеродных, металлических и металлоуглеродных нанопорошков и нанопокрытий.
Подготовлено для исследований два экспериментальных стенда в России и Германии, для проведения работ указанных в последующих этапах технического задания и проведены предварительные эксперименты, которые показали возможность и эффективность синтеза нанопорошков и нанопокрытий при УФ фотолизе недокиси углерода и карбонила железа.
Проведены патентные исследования, которые показали патентную чистоту и патентную защищенность планируемых в данной работе результатов.
Развернуть
2
16.10.2007 - 31.12.2007
В результате выполнения второго этапа выполнения работы были получены следующие основные результаты:
- были синтезированы углеродные наночастицы с размерами 5-12 нм, исследованы зависимости влияния давления и рода газа разбавителя, концентрации молекул прекурсора (недокиси углерода) на скорости роста и размеры полученных наночастиц. Получено 12 образцов углеродных наночастиц синтезированных в различных условиях;
- исследовано влияние активных примесей на процессы роста наночастиц;
- предложена физическая модель для описания процесса синтеза наночастиц в зависимости от давления газа-разбавителя при конденсации пересыщенного углеродного пара;
- получено 7 образцов углеродных нанопокрытий на кремнии, стекле, корунде и металле;
- свойства полученных образцов исследованы с помощью электронной микроскопии, микродифракционного анализа и элементного анализа.
Полученные результаты характеризуются новизной, оригинальностью использованной методики синтеза наночастиц, применением новых методов диагностики для измерения размеров растущих наночастиц. Данные результаты отличаются от работ, определяющих мировой уровень в исследовании синтеза углеродных наночастиц более эффективным использованием энергии, для создания атомного пара, а так же свойствами синтезируемых углеродных наночастиц и нанопокрытий.
Углеродные нанопорошки могут иметь широкий спектр применения в развивающихся областях нанотехнологий, таких как, наполнители для лакокрасочных покрытий и резинотехнических изделий, как основа для нанесения полиграфических изображений. Углеродные нанопокрытия могут быть востребованы как защитные пленки на поверхности материалов в условиях агрессивной окружающей среды, как антифрикционные покрытия во вращающихся узлах деталей машин
Развернуть
3
01.01.2008 - 31.05.2008
Полученные результаты характеризуются оригинальностью использованной методики синтеза наночастиц, развитием нового метода диагностики для измерения размеров растущих наночастиц и отличаются от работ, определяющих мировой уровень в исследовании синтеза железных наночастиц более эффективным использованием энергии, а так же свойствами синтезируемых железных наночастиц и нанопокрытий.
Железные нанопорошки могут иметь широкий спектр применения в энергетике (наноразмерное топливо для двигателей), в машиностроении (детектирование поврежденных металлических поверхностей при помощи магнитных наночастиц), в области охраны окружающей среды (нейтрализация вредных веществ и очистка почв), в медицине (стимуляторы заживления ран), в сельском хозяйстве (стимуляторы роста растений и животных) и других областях. Железные нанопокрытия могут быть востребованы как проводящие пленки при создании электронных приборов, как каталитические элементы в химическом синтезе, а так же при создании магнитных носителей информации с высокой плотностью записи.
Развернуть
4
01.06.2008 - 31.10.2008
Основным методом, используемым для развития новой технологии по-лучения металлоуглеродных нанопорошков и нанопокрытий является впер-вые предложенный в ОИВТ РАН новый метод УФ фотолиза газообразных соединений, приводящий к появлению пересыщенного пара атомов с после-дующей его конденсацией в объеме при комнатных температурах. Предла-гаемый подход характеризуется низкими энергетическими затратами, широ-ким спектром воздействия на результат процесса синтеза наночастиц, а также контролируемостью параметров синтеза, что позволяет получать наномате-риалы с заданными свойствами и прецизионно управлять процессом синтеза. Важно также отметить, что легко варьируемые и надежно контролируемые условия фотосинтеза наночастиц делают его весьма перспективным как для фундаментальных исследований процессов конденсации и роста наночастиц, так и для разработки новых практических способов получения композицион-ных материалов на основе смесей металлических и углеродосодержащих га-зообразных веществ.
В процессе работ на данном этапе исследован процесс роста железоуг-леродных наночастиц наночастиц при совместном фотолизе пентакарбонила железа (Fe(CO)5) и углеродосодержащих соединений – недокиси углерода (С3О2) и четыреххлористого углерода (CCl4). Следующий за этим процесс конденсации пересыщенного железного пара, совместно с углеродным па-ром, или углеродосодержащими радикалами приводит к формированию ме-таллоуглеродных наночастиц, состоящих из железных ядер, покрытых угле-родной оболочкой. При осаждении атомных паров на подложки, были полу-чены железоуглеродные нанопокрытия, которые состоят из слоя железных наночастиц, покрытых углеродной пленкой. В качестве источника излучения использовались импульсный Nd:Yag лазер на 4 гармонике (266 нм) и им-пульсная УФ лампа. Процесс роста наночастиц наблюдался при помощи ме-тода лазерной экстинкции, образцы наночастиц и нанопокрытий исследова-лись при помощи электронного микроскопа и атомно-силового микроскопа. Определены размеры частиц, а также кинетические характеристики их роста.
Полученные результаты позволяют провести дальнейшие работы по созданию технического задания на разработку технологии УФ синтеза ме-таллоуглеродных нанопорошков и нанопокрытий и приступить к созданию опытного образца.
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
Комплексные исследования элементного и фазового состава, параметров кристаллической структуры, зёренной и пористой микроструктуры, физико-механических свойств порошковых, керамических, металлических, углеродных наноструктурных материалов: 1. Исследование тонкого поверхностного слоя дорожек качения подшипников, после проведения испытаний с использованием смазочных композиций, основанных на наноматериалах; 2. Изучение морфологии поверхности и механических свойств образцов стали, подвергнутой поверхностному пластическому деформированию; 3. Аттестация нанопорошков керамических составов; 4. Оптимизация режимов компактирования нанопорошков; 5. Применение ультразвукового воздействия при изготовлении пъезокерамики системы цирконат-титанат свинца (ЦТС); 6. Исследование структуры межфазных слоёв на границе между углеродными наносистемами и цементной матрицей; 7. Исследование нанопорошков Nd: Y2O3, полученных лазерным методом; 8. Исследование углеродного продукта, образующегося в результате процесса разложения хлоруглеводородов на массивных катализаторах; 9. Исследование продуктов термораспада двойных комплексных солей, содержащих Rh(III), Ir(III), Au(III) методами электронной микроскопии; 10. Структура и свойства сталей и сплавов, обработанных пучками электронов; 11. Изучение структуры и свойств наноразмерных твёрдых растворов систем железо-никель, железо-кобальт; 12. Изучение распределения ориентации элементарных текстурных нанофрагментов волокон углеродных материалов
Продолжительность работ
2009, 3 мес.
Бюджетные средства
2 млн
Организация
ФГАОУ ВО НИ ТПУ
профинансировано
Тема
Разработка новых многофункциональных нанопокрытий и технологии их нанесения.
Продолжительность работ
2007 - 2009, 25 мес.
Бюджетные средства
115 млн
Количество заявок
1
Тема
Исследование физики взаимодействия лазерного излучения с потоками жидкости газа и структурами металлических материалов.
Продолжительность работ
2008, 3 мес.
Бюджетные средства
1,2 млн
Количество заявок
1
Тема
Оптимизация методов синтеза углеродных нанотрубок различных модификаций для применения в материалах функциональных элементов наноэлектроники
Продолжительность работ
2007 - 2008, 18 мес.
Бюджетные средства
30 млн
Количество заявок
10
Тема
Разработка принципов и механизмов национальной системы экспертизы научных проектов в области фундаментальных и прикладных исследований.
Продолжительность работ
2005 - 2006, 23 мес.
Бюджетные средства
3 млн
Количество заявок
2
Тема
Исследование путей создания материалов на основе фуллеренов и углеродных нанотрубок для управления фотофизическими процессами в лазерных системах
Продолжительность работ
2013, 8 мес.
Бюджетные средства
40 млн
Количество заявок
3