Наноструктурированные материалы и покрытия для электроники, фотоники, альтернативной энергетики и защиты материалов

Объект исследования - наноструктурированные композиционные материалы. Цель исследования - разработка новых композитных наноструктурированных покрытий для электроники, фотоники, биомедицины, альтернативной энергетики и защиты материалов на основе низкоразмерных объектов различного состава и структуры (диэлектрические, металлические, наноуглеродные материалы, молекулярные кластеры), исследование структурных, биохимических и электрофизических свойств, исследование квантово-размерных эффектов, а также разработка методов управления электрофизическими параметрами наноструктурированных покрытий для радиоэлектронных устройств нового поколения. Разработаны и исследованы электропроводящие композиции на основе фтор-кремнийорганических связующих для формирования покрытий на радиопоглощающих конструкциях пониженной плотности для использования в приборостроении при разработке конструкций для защиты от воздействий электромагнитных излучений, а также в стелс-технологиях. Проведено исследование микротвердости и износостойкости металлических стекол сложного состава, которые применяются в микромеханических системах (MEMS). Исследованы микротвердости на субмикронном масштабе типичных металлических стекол Ti₄₃Zr₁₀Cu₃₆Ni₉Sn₂, Zr₆₂,₅Cu₂₂,₅Fe₅Al₁₀, Mg₆₅Cu₂₅Gd₁₀. Показано, что при низкой нагрузке устойчивость к механической деформации определяется твердостью поверхностных окислов, далее при локальной нагрузке около 1 μN окисная пленка разрушается, при более высокой механической нагрузке устойчивость к деформации определяется твердостью сплавов. Разработаны нанокомпозитные материалы на основе полиэтиленовой матрицы с инкорпорированными металлическими наночастицами меди (Cu) и полупроводниковыми (CeO₂) наночастицами. Показано, что в зависимости от концентрации наночастиц в матрице сопротивление полученного композитного материала может меняться в достаточно широких пределах, при этом может меняться и физический характер проводимости композита от прыжкового до туннельного. Для создания управляемых туннельных наноструктур разработана методика получения сегнетоэлектрических упорядоченных мономолекулярных пленок из молекул триглицинсульфата (ТГС) на основе технологии Ленгмюра - Блоджетт. Показано, что ТГС-пленки обладают сегнетоэлектрическими свойствами, с сегнетомодулем порядка 2 - 4•10⁻⁵ Кл/м². Проведено исследование трехкомпонентных систем Ni-Cr-C, полученных методом спекания порошковой смеси при 1200 - 1300°С и быстрым ее охлаждении, при повышенной до 5% концентрации графитовой составляющей. Отличие полученных многофазных образцов в том, что в них Cr₃C₂ - фаза представляет собой вискеры с поперечным диаметром 1-10 мкм, с высоким значением микротвердости (до 2400 HV). Предложен механизм их образования за счет диффузии углерода через размягченную частицу Ni в Cr-частицу. Исследованы тонкие пленки металлических стекол сплава системы Ni-Nb на кремниевых подложках. Пленки были получены ВЧ магнетронным напылением в двух рабочих режимах, позволяющих эффективно менять морфологию поверхности от аморфно гладкой (с шероховатостью около 0,1 нм) до кластерной (с размером кластеров от 3 нм до более 50 нм). Показано, что параметрами режимов осаждения (мощность разряда и давление буферного аргона) можно эффективно управлять морфологией поверхности, а для многокомпонентных пленок и стехиометрией состава. Проведено исследование твердости и износостойкости металлических стекол сложного состава, которые применяются в микромеханических системах. Исследована износостойкость металлического стекла Cu₄₇Zr₄₅Al₈ в нанометровом масштабе с использованием методов атомно-силовой микроскопии. Микроскопические исследования показали, что износ металлического стекла Cu₄₇Zr₄₅Al₈ происходит в основном за счет нановыкрашивания материала. Показано, что искусственные поверхностные оксиды существенно улучшают износостойкость металлического стекла. Этот защитный оксид поверхности может быть полезен для применения в качестве высоконадежного резистивного материала на наноразмерном уровне. На основе акустической линии задержки разработан и исследован датчик влажности, основанный на волне Лэмба высшего порядка, распространяющийся в пластине ниобата лития, контактирующий с пленкой оксида графена. Преимуществом разработанного датчика влажности является тот факт, что он не реагирует на газовый состав атмосферы (на присутствие таких газов, как Н₂, CО, СН₄, NO, O₂). Минимальная детектируемая величина влажности составила 0,03% RH, время отклика/восстановления 60/120 с, воспроизводимость ± 2,5%. Разработаны и исследованы биосовместимые пористые наноматериалы на основе кальций-фосфатных суспензий в коллагеновой матрице. Дисперсионная среда, в которой равномерно распределяется гидроксиапатит, представляет собой гидрогель с коллагеновой дисперсной фазой. Такая композиция является наиболее близкой по своему составу и свойствам к костной ткани организма человека и может быть положена в основу создания искусственного заменителя костной ткани.