-Исследование возможности использования асфальтенов нефтяного сырья в качестве органических полупроводников и электропроводящих наноматериалов для приборов микро- и наноэлектроники

Органические соединения все шире заменяют традиционные неорганические полупроводники и электропроводящие материалы. За счет появления органических светодиодов, фотоэлектричес-ких преобразователей, органических транзисторов, гибких экранов для компьютерной техники и т.д. возникают новые возможности для IT-технологий. Благодаря специфическим свойствам, обусловленным многообразием структур на молекулярном и наноуровне и особенностям электронных взаимодействий, особую перспективу приобретают наноэлектроника, нанофотоника и спинтроника. Существующие органические полупроводники для нано- и органической электроники, полученные химическим синтезом - графен, графеновыенаноленты, полициклические ароматические углеводороды (ПАУ), отличаются высокой себестоимостью, связанной с большими материальными затратами на их синтез. Кроме того, в результате совершенствования техники многостадийного органического синтеза, создаются новые виды полупроводников что увеличивает стоимость продуктов. Поэтому актуальна проблема использования в качестве полупроводников природных веществ, имеющие полициклическую структуру полученных из нефтяного сырья и продуктов переработки нефти. Авторами предлагается исследование асфальтенов, выделенных из нефтяного сырья в качестве органических полупроводников для приборов микро- и наноэлектроники (приоритетное направление развития науки – Физика и химическая технология). Нефтяные асфальтены – сложные органические молекулы с молекулярной массой 400-1200 а. е. м., представляющие из себя полициклическое ядро из 3-7 бензольных колец с боковыми заместителями в виде алкановых цепочек и функциональных гетероатомных групп (S, N, O), а также атомов металлов, до 30% масс. которых представлены в виде порфириновых соединений. Полупроводниковые свойства нефтяных асфальтенов отмечены еще в работах 70-х годов. Известно, что асфальтены можно разделить экстрактивными методами на фракции, различающиеся по растворимости, причем они будет значительно отличаться друг от друга по свойствам. В работах одного из авторов данного проекта установлено, что растворимость асфальтенов в органических растворителях является функцией эффективного потенциала ионизации, который, в свою очередь, зависит от средней структуры молекул выделяемой фракции. Таким образом, варьируя параметры растворителей можно выделять из нефтяных асфальтенов органические полупроводники с заданными свойствами. Изменяя условия получения и обработки концентратов асфальтенов в углеводородной среде, можно получить комплекс электропроводящих веществ от диэлектриков до полупроводников и полуметаллов, обладающих способностью к обратимым фазовым переходам диэлектрик-полупроводник. Авторами данного проекта проведен ряд работ по изучению электрофизических свойств и электронной структуры широких фракций асфальтенов. В последние годы к асфальтенам наблюдается повышенный интерес. В период 2014-2016 американскими компаниями выпущен ряд патентов США, согласно которым предлагается использовать тонкие пленки асфальтенов в качестве органических полупроводников для электронных устройств, в том числе фотоэлектрических элементов.