Фундаментальные физико-химические основы дизайна и применения углеродных наноматериалов, формируемых при нелинейном поглощении в сильных оптических полях фемтосекундных лазерных импульсов.

Уникальные и вариабельные оптические, электрофизические и механические свойства наноматериалов на основе углерода определяют перспективы их применения в разнообразных областях, таких как оптические и электронные устройства, хранение энергии, катализ, сенсорные устройства, биоимиджинг, наномедицина, создание композитных материалов. В проекте предлагается концептуально новый подход к созданию углеродных наноматериалов, основанный на нелинейно-оптических взаимодействиях органических прекурсоров с высокоинтенсивным излучением остросфокусированных фемтосекундных лазерных импульсов. Подобный подход позволяет использовать характерные для нелинейного поглощения излучения преимущества высокой направленности и локальности воздействия для контролируемого и точного формирования углеродных наноматериалов в микроскопической области исходного материала, а также упорядоченных нано и микроструктур структур из них. Также оказывается возможным направленный, локальный и неинвазивный синтез флуоресцентных углеродных наночастиц из биомолекул в материале клеток и тканей. Эти уникальные особенности фемтосекундного лазерного синтеза открывают возможности для реализации новых технологий создания оптических и сенсорных нано- и микроустройств на основ углеродных наноматериалов и новых подходов к исследовании живых систем. Нелинейное поглощение излучения и нелинейная ионизация способны инициировать разнообразные процессы физического и химического превращения материалов. Реализация проекта позволит выявить основные черты фундаментальных физико-химических механизмов формирования углеродных наноматериалов в интенсивных полях фемтосекундного лазерного излучения в жидкой и твердой фазе. Оптические и другие физические свойства углеродных наноматериалов крайне чувствительны к их морфологии, структуре и химическому строению. Характеристики лазерного излучения, состав прекурсоров, допирование гетероатомами, поверхностная пассивация, химическая модификация поверхностных групп дает возможность варьировать и оптимизировать свойства синтезируемых продуктов. Всесторонний анализ с использованием спектра современных экспериментальных методик позволит выяснить особенности физико-химических свойств наноматериалов, получаемых при лазерном синтезе, понять фундаментальные механизмы, определяющие связь между их физическими свойствами и химическим составом и строением, и выявить пути управления этими свойствами. Будут также выяснены особенности физико-химических механизмов синтеза и особенности физико-химических свойств углеродных наноматериалов, создаваемых в материале живых клеток и тканей. Развитие новых подходов к флуоресцентной визуализации биообъектов, основанных на локальном лазерном синтезе флуоресцентных углеродных наночастиц в материале клеток, позволит вывить их возможности получать новую информацию о структуре и функционировании живых систем. Результатом проекта будет создание фундаментальных основ новой технологии формирования углеродных наноматериалов для создания микро- и наноустройств на их основе и для флуоресцентной микроскопии биообъектов.