Науково-Навчальний Центр Інноваційних Технологій
та НаноІнженеріїї (ННЦ ІТНІ)
ДБ/Нанокристаліт
Назва
Розробка та дослідження нового класу кристалічних нанокомпозитів із заданою анізотропією для мікро- і наноелектроніки.
Мета та вихідні дані для проведення робіт
Мета проекту полягає у встановленні фізичних закономірностей власних та індукованих оптичних ефектів, які спостерігаються в інноваційних кристалічних нанокомпозитах, де визначальну роль відіграють механізми наноструктурування внутрішнього вільного простору та взаємодії впроваджених нанокристалітів із матрицею.
В рамках проекту вирішуватимуться завдання вдосконалення методики отримання нанокомпозитних структур, вивчення механізмів технологічного впливу на їхні параметри та отримання достовірних даних про власні та індуковані оптичні (зокрема, електро- чи нелінійно оптичні) властивості таких матеріалів, а саме:
- розроблення методологічних підходів для параметризації нанопор у вибраних матрицях із Si/SiO2 чи Al2O3;
- експериментальне вивчення структури та оптичних властивостей нанопоруватих матриць та впливу розмірних ефектів на ці властивості;
- розробка моделі та комп’ютерні розрахунки просторових залежностей електро- чи нелінійно-оптичного ефекту у нанокомпозитних структурах на основі пористих матриць;
- отримання кристалічних нанокомпозитів із заданою анізотропією та експериментальне підтвердження формування нанокристалітів шляхом рентгеноструктурних досліджень та атомно-силової мікроскопії;
- планування та проведення експериментів з визначення власних та індукованих оптичних параметрів, які описують, наприклад, електро- чи нелінійно-оптичну взаємодію світла у нанокомпозитних структурах;
- отримання плівкових нанокомпозитних структур на оптичних підкладках та вивчення залежностей їхнього відклику на зовнішнє збурення у широкому діапазоні довжин електромагнітних хвиль.
Очікувані результати:
В рамках виконання проекту очікуються такі наукові та науково-технічні результати стосовно
- набуде подальшого розвитку створена нами інформаційна ОПТИМА-технологія найефективнішого і стабільнішого використання анізотропних матеріалів;
- буде розроблено технологію оптимального виготовлення кристалічних нанокомпозитів із заданою анізотропією, їх ростової та після-ростової обробки (термічної, із використання гравітаційного чи електричного або магнітного поля, зміною хімічного складу нанокристалітів та інше).
- буде вдосконалено програмне забезпечення для 3D аналізу просторової анізотропії і пошуку глобальних максимумів індукованих оптичних ефектів; розроблено моделі та комп’ютерні розрахунки залежностей цих ефектів для накомпозитних структур на основі нанопористих матриць.
- будуть розроблені методичні підходи для параметризації нанопор в матрицях Si/SiO2 чи Al2O3, тобто для вимірювання їх структурних особливостей чи інтегральних закономірностей;
- буде створено методичне забезпечення для експериментальних вимірювань кристалічних нанокомпозитів із заданою анізотропією.
- будуть проведені експериментальні дослідження кристалів груп дигідрофосфатів, TGS чи інших вибраних кристалічних матеріалів та знайдено глобальні максимуми їх індукованих оптичних ефектів для використання як заповнювачів для нанопористих матриць;
- на цій основі будуть розроблені та виготовлені зразки нового класу кристалічних нанокомпозитів із заданою анізотропією.
1) Отримання нових або покращення існуючих технологій:
2) Створення програмних продуктів:
3) Створення методик і методичних рекомендацій:
4) Створення матеріалів:
Вимоги до результатів:
Основна суть результатів проекту полягає у створенні нового класу кристалічних нанокомпозитів із заданою анізотропією та отримання достовірних даних про оптичні (у тому числі, електро- чи нелінійно оптичні) властивості таких матеріалів, зокрема: 1) прогнозовані в проекті результати дадуть можливість оцінити перспективу прикладного застосування створених кристалічних нанокомпозитів в оптоелектронних пристроях; 2) буде розглядатися вплив квантових ефектів на взаємодію електромагнітного випромінювання зі збурюючими полями, що може значно покращувати оптичні відгуки таких нанокомпозитних структур на зовнішні фактори; 3) методи та результати досліджень під час виконання проекту будуть використані для підготовки наукових кадрів вищої кваліфікації, а саме при захисті кандидатської чи докторської дисертації виконавцями проекту.
Етапи виконання робіт:
- Підбір та виготовлення чи закупівля наноматриць. Проведення досліджень індукованих ефектів у вибраних кристалах.
- Вдосконалення технології створення та виготовлення кристалічних нанокомпозитів із заданою анізотропією.
- Проведення комплексу власних та індукованих оптичних вимірювань на виготовлених нанокомпозитах із заданою анізотропією.
Проведення літературного огляду та патентного пошуку щодо фізичних властивостей вибраних матеріалів (наприклад: KDP, Ba(NO3)2, TGS чи ін.) в об’ємному та нанокристалітному виглядах. Огляд методів цифрової обробки зображень для оцінки парамет-рів нанопористих матриць на основі їхніх високороздільних зображень.
Літературний огляд технології виготов-лення та практичного застосування нанопористих матриць із Al2O3 та Si/SiO2, літературний аналіз їх фізичних властивостей. Теоретичний аналіз та вивчення потенційної можливості прове-дення недеструктивних вимірювань поруватості на нанопористих матрицях.
Вибір нанопористих мембран із Al2O3 чи Si/SiO2 для наповнення їх нанокристалі-тами із насичених водних розчинів вибраних матеріалів. Модернізація та апробація спектроскопічного та нелі-нійно оптичного обладнання для дослі-дження нанокомпозитних матеріалів. Розробка методології електричної характеризації вибраних мембран.
Підбір і тестування насичених водних розчинів солей (наприклад: KDP, Ba(NO3)2, TGS чи ін.) для росту нанокристалітів, які б змочували вибрані мембрани, розробка методик їх вирощування. Проведення необхідних досліджень на модернізованому обладнанні. Вимірювання електричних характеристик нанопористих мембран.
Ріст вибраних нанокристалітів із насичених водних розчинів при підвищених температурах та оцінка впливу гравітаційного поля на їх кристалографічну орієнтацію в нанопорах. Вивчення спектрів поглинання (пропускання) в оптичному діапазоні при кімнатній температурі та їх математична обробка. Підготовка досліджень електропровідності матриць із вбудованими нанокристалітами.
Виготовлення кристалічних наноком-позитів із заданою анізотропією при вдосконалені технології вирощування нанокристалів у нанопористих матрицях. Дослідження вирощених структур на СЕМ. Комп’ютерне опрацювання електронно-мікроскопічних зображень досліджуваних зразків.
Вирощування різного типу нанокриста-літів у вибраних матрицях з пониженням температури до кімнатної та оцінка впливу електричного або магнітного поля на їх кристалографічну орієнтацію в нанопорах. Люмінесцентні дослі-дження нанопористих матриць та виготовлених кристалічних нанокомпо-зитів, встановлення природи смуг та впливу на них зовнішніх факторів.
Виготовлення кристалічних наноком-позитів із заданою анізотропією при вдосконалені технології вирощування нанокристалів у нанопористих матрицях. Вивчення впливу відпалу зразків на їх структурні та спектроскопічні властивості. Проведення досліджень електропровідності кристалічних нанокомпозитів.
Вивчення впливу на ріст нанокристалітів покриття полімером нанопористих матриць. Дослідження вирощених структур на СЕМ. Аналіз властивостей пор на основі цифрової обробки зображень, отриманих з допомогою скануючого електронного мікроскопа. Нелінійно-оптичні дослідження кристалічних нанокомпозитів.
Вирощування вибраних нанокристалітів із заданою анізотропією з водних розчинів у вибраних матрицях при кімнатній температурі. Вивчення спектрів КРС кристалічних наноком-позитів різного складу при кімнатній температурі. Ідентифікація та співставлення смуг у спектрах КРС.
Апробація нового розчину KB5O8*4H2O (KB5) для росту нанокристалів у вибра-них нанопористих матрицях. Поляриза-ційні дослідження спектрів КРС.
Оптимізація режимів росту нанокристалітів різного типу у вибраних нанопористих матрицях. Підготовка матеріалів заключного звіту.
Реалізація результатів та ефективність:
Розробка технологічних рішень забезпечить інтерес до результатів виконання проекту з боку потенційних споживачів науково-технічної продукції вітчизняних та світових виробників оптоелектронної техніки, сенсорики, а також тих галузей народного господарства, де використовуються кристалічні і нанокомпозитні матеріали та відповідні наноструктури як чутливі елементи оптичних сенсорних пристроїв чи як складові різноманітних оптоелектронних та лазерних приладів. Відповідно до результатів експериментальних вимірювань та аналітичних розрахунків, дана розробка відповідає, а за деякими критеріями перевищує світовий рівень. Ряд методик захищені патентами, а розроблені нові методологічні рішення можуть бути захищені патентами України чи інших країн. Результати виконання цього проекту, зокрема, у частині створення ефективних електро- та нелінійно-оптичних пристроїв будуть актуальними для таких суміжних галузей науки як матеріалознавство, фізика приладів, елементів і систем та мікро- і наноелектроніка. Крім того, результати проекту можуть бути впроваджені в навчальному процесі в Національному університеті «Львівська політехніка» для підготовки нових та вдосконалення існуючих лекційних курсів і циклів лабораторних робіт.