ИССЛЕДОВАНИЕ ФИЗИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В ГЕТЕРОСТРУКТУРАХ НА ОСНОВЕ НОВЫХ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ НАНОМАТЕРИАЛОВ И НАНОКОМПОЗИТОВ ДЛЯ МИКРОСЕНСОРИКИ, ХИМИЧЕСКИХ ИСТОЧНИКОВ ТОКА И МЕДИЦИНСКИХ ПРИМЕНЕНИЙ

Объекты исследования – углеродные нанотрубки (УНТ), пористый кремний (ПК), оксиды металлов, многослойные кремниевые структуры, наноструктурированные композиты. Цель проекта – создание многоуровневых кремниевых, селективных сенсорных структур, включающих интегрированные/гибридные мембраны и фильтры, чувствительные элементы. Получение нанокомпозитных материалов на основе наноструктурированного кремния, углерода (углеродные нанотрубки (УНТ), графена, глобулярного углерода), оксидов металлов, полианилина (ПАНИ) для химических источников тока и сенсоров с улучшенными характеристиками. Синтез гибридных нанокомпозитов на основе УНТ, ПАНИ и ионов металлов с селективной каталитической активностью для неферментативного определения содержания биомолекул в жидкостях. Исследование физических процессов в композитных гетероструктурах.. Методология проведения работы: получение слоев ПК и УНТ различной морфологии, многоуровневых структур, нанокомпозитов и гибридных структур; функционализация полученных материалов облучением, термообработками; комплексное теоретическое и экспериментальное исследование свойств наноматериалов и тестовых структур. Важнейшие результаты работы: - Разработана лабораторная технология получения газопроницаемых многослойных структур макропористый кремний/оксид кремния/оксид металла. Данная технология позволяет формировать в монокристаллическом кремнии области с газопроницаемыми каналами и электрически изолированным слоем оксида олова (газочувствительный слой). Результаты проведенных исследований газовой чувствительности на различные концентрации диоксида азота полученной тестовой структуры дают возможность создания проточного газового сенсора на основе слоев окисленного макропористого кремния и слоя нестехиометрического оксида олова. - Синтезированы новые композитные материалы на основе многостенных УНТ (МУНТ), технического углерода (ТУ) и оксидов металлов для электродов суперконденсаторов. Электроды сформированные из композитных материалов основе УНТ и ТУ показали высокие значения емкости при скоростях развертки 100 мВ/c, не уступающие значениям промышленно используемому ТУ («Printex XE 2-В»).,что обусловлено улучшением транспорта зарядов тубулярной структурой углеродных нанотрубок. - Синтезированы композиты типа «ядро-оболочка» на основе ПАНИ на необлученных и облученных ионами аргона углеродных наноматериалов – ТУ и МУНТ. Композиты на основе облученных углеродных материалов имеют развитую морфологию за счет образования полимерных отростков различной формы и длины из-за нарушения сплошности графеновых слоев и их фрагментации. - Произведено моделирование новых композитных структур УНТ/MeO и проанализированы их электронные свойства на основе теории функционала плотности (DFT). Присоединение металлического кластера из атомов Sn или Ti к окисленному двухвакансионному кластеру на графеновой плоскости, является энергетически выгодным процессом. Образованная связь имеет преимущественно ионный характер. - Методом химической окислительной полимеризации анилина синтезированы композиты на основе ПАНИ и ионов меди (Cu2+) при постсинтезном введение ионов меди и введение ионов меди в процессе синтеза ПАНИ. При постсинтезном введении меди композит отличается высокой плотностью упаковки молекулярного клубка, высоким содержанием меди (до 8 ат. %) и низкой степенью взаимодействия ионов меди с ПАНИ. Композит, полученный в процессе синтеза ПАНИ, характеризуется рыхлостью молекулярного клубка, низким содержанием меди (до 0,2 ат. %) и высокой степенью взаимодействия ионов меди с ПАНИ