Исследование физических свойств композитных наноматериалов, в том числе их взаимодействие с электромагнитным излучением, для обеспечения защиты информации

Актуальность. В настоящее время с созданием композитных структур на основе наноматериалов связано много ожиданий в решении технологических проблем в различных областях. Решение проблемы создания твердотельных наноструктур с заданными свойствами и контролируемыми размерами обеспечивает революционный прорыв в материаловедении, электронике, механике, химии, медицине и биологии. Требуется разработать общий системный подход к изучению композиционных наноструктурированных систем, опирающийся на созданную в процессе выполнения НИР классификацию композитов, обобщающую результаты исследования особенностей наноструктур и их физико-химических свойств, что определяет новизну, актуальность, научную и практическую значимость работы. Нанотрубки и наносистемы можно использовать при изготовлении элементов электронных схем нанометровых размеров и механических наноконструкций, для создания новых материалов машиностроения, элементов сенсорных устройств и т.д. Для эффективного развития современной науки необходимы фундаментальные и прикладные исследования в области и физико-химии наноматериалов, необходима детализация их свойств - композитов на основе наноструктурированных материалов различного вида и состава, а также наблюдение и объяснение физико-технических эффектов в них, позволяющие классифицировать наносистемы по признакам и областям применения. Необходимо разработать технологии создания наноэлектронных устройств (в том числе, сенсорных датчиков, биомедицинских, нано- и микроэлектронных устройств, фильтров, и т.д.) на основе композитных наноматериалов. Несмотря на большое количество работ, посвященных теоретическому моделированию и исследованию свойств наносистем, комплексные исследования механизмов создания композитных систем на основе боро- и углеродосодержащих нанотрубок, получаемых путем присоединения атомов, молекул и функциональных групп, введения топологических дефектов и т.п., металлокомпозитных наноматериалов на основе полимерных матриц представлены довольно слабо. Отсутствие налаженной технологии получения композитов на основе нанотрубок и полимеров в промышленных объемах свидетельствует об отсутствии достаточных сведений, которые могли бы дать конкретные рекомендации для их получения. Поэтому выполнение данного проекта позволит определить конкретные условия создания нанокомпозитов на основе нанотруб и полимерных материалов-матриц. Все сказанное определяет научную новизну поставленной задачи, ее актуальность и практическую значимость решения заявленной научной проблемы. Актуальность разработки новых поглощающих материалов для защиты информации от утечки за счет электромагнитных излучений (ЭМИ) обуславливается интенсивным развитием устройств нано- и оптоэлектроники, нанофотоники и увеличением их мощности. Существенное снижение взаимных помех в передающих и приемных частях устройств, работающих в радио, ближнем ИК диапазонах, возможно только за счет создания и применения поглощающих материалов нового поколения. Защита информации от утечки за счет ЭМИ, прежде всего, включает в себя мероприятия по запрету возможности выхода этих сигналов за пределы зоны и мероприятия по уменьшению их доступности. Следует отметить степень опасности ЭМИ при реализации мероприятий по защите информации. Сегодня особенно актуальна проблема защиты конфиденциальной информации в выделенных помещениях. Для обеспечения надежности устройств передачи и хранения конфиденциальной информации используются различные методики, которые направлены на уменьшение помех, а также на снижение шумовых сигналов. Это достигается за счет заземления и экранирования технических средств передачи информации и соединений между ними. В качестве покрытий для экранирования побочных ЭМИ используют лакокрасочные токопроводящие покрытия, шторы из металлизированной ткани и т.п. Следовательно, проблема создания новых эффективных экранирующих материалов является одной из основных задач современной нанотехнологии. Таким образом, теоретические и практические исследования основ синтеза и физических свойств новых композитных наноматериалов, а также их взаимодействия с ЭМИ, которые смогут обеспечить высокую эффективность поглощения или отражения электромагнитного излучения в полосе заграждения устройства, являются особо актуальными. В представленном проекте рассматривается новый подход к использованию углеродных наноматериалов для создания поглощающих или отражательных покрытий, которые обеспечат надежность и безопасность устройств передачи и хранения информации, а также, выделенных помещений. Впервые будет детально изучено влияние предельно коротких оптических импульсов (ПКОИ) на покрытие из пространственно ориентированных углеродных нанотрубок (УНТ). Подобные покрытия могут быть использованы также в качестве материала приборов твердотельной электроники и наноэлектроники с изменяющимися электрофизическими характеристиками в переменном электрическом поле. Будут изучены механизмы процессов в полимерных материалах, содержащих УНТ, обеспечивающие передачу и распространение в них ПКОИ. До настоящего времени не решена проблема ввода импульсов в нелинейную среду и проблема управления, такими параметрами электромагнитных импульсов, как групповая скорость, направление распространения, что играет ключевую роль в создании, например, оптических линий задержки. Важно определить возможности ввода ПКОИ в среду, содержащую УНТ (композитный наноматериал), его динамику в среде пространственно ориентированных УНТ (как с модуляцией показателя неоднородности среды, так и модуляцией нелинейности), решить проблемы, связанные с отражением ПКОИ от массива УНТ. Это, наряду с вопросами подготовки к экспериментам по эволюции ПКОИ в композитном наноматериале, допированном УНТ, также определяет актуальность данного проекта. Одним из наиболее перспективных и в тоже время проблемных участков нанотехнологии и наноматериаловедения является область биомедицинских нанотехнологий. Это и создание механических нанобиоконструкций, и создание гибридных биосовместимых материалов, и разработка новых лекарственных препаратов, и т.п. Тем не менее, несмотря на широту задач, исследования в этой перспективной отрасли только начинаются, так как требуют глубокой предварительной теоретической и экспериментально-лабораторной проработки. Развитие медицины сегодня связано с внедрением высокотехнологичных видов помощи. К сожалению, распространение высокотехнологичных видов помощи ограничивается стоимостью расходных материалов, например, импортных пломбировочных и слепочных материалов, сосудистых катетеров и прочей продукции, без наличия которых выполнение операции невозможно. Реальная стоимость или себестоимость расходных материалов может быть гораздо ниже. Поэтому запланированные в данной НИР исследования возможности создания новых биосовместимых материалов для нужд медицины и сосудистой хирургии на основе создания новых полимерных композиционных материалов и технологий, что также входит в перечень технологических платформ, являются безусловно актуальными. На сегодняшний день особые ожидания связывают с использование уникальных углеродных наноматериалов - углеродных нанотрубок, применяемых для армирования (путем допирования) широко используемых полимеров, что приводит к изменению основных свойств полимеров, улучшению их эксплуатационных характеристик. Одним из ожидаемых свойств пластмасс, допированных углеродными нанотрубками, является увеличение их прочности при сохранении требуемой пластичности. Именно поэтому исследование возможности армирования биосовместимых пластмасс, применяемых в медицинской инженерии, углеродным наноматериалом и изучение некоторых свойств полученных композитов являются актуальными. В доступных нам литературных источниках мы не встретили данные по использованию наночастиц в качестве усиления прочности биосовмеситимых и биоразлагаемых полимеров. Предлагаемые исследования напрямую связаны с практическими внедрениями разрабатываемых вопросов технологий для насыщения рынка конкурентоспособными материалами, обеспечивающими социально-экономического развитие региона и повышение уровня жизни населения за счет планового импортозамещения в области электроники, наноэлектроники, информационной безопасности и медицины (защитные покрытия для инфокоммуникационных приборов и устройств, сверхтонкие лекарственные покрытия, новые полимерные материалы для медицины). Выполнение НИР должно обеспечивать достижение научных результатов мирового уровня, подготовку и закрепление в сфере науки и образования научных и научно-педагогических кадров. Цель научного исследования. Цель на 2023 год Проведение научно-исследовательских работ коллективом с целью изучения строения, физико-химических свойств композитных углеродосодержащих наноструктур (трубчатых и планарных), в том числе изучение композитных полимерных материалов, допированных углеродными нанотрубками и ферромагнитными наночастицами, с улучшенными эксплуатационными характеристиками, для создания нового покрытия на основе металлоуглеродных наноматериалов для защиты от электромагнитного излучения инфокоммуникационных устройств и защиты информации в радиочастотной области, и для создания высокочувствительных сенсоров на основе нанотрубок для эксплуатации в области встроенных инфокомуникационных технологий для насыщения рынка конкурентоспособными материалами, обеспечивающими социально-экономическое развитие РФ и повышение уровня жизни населения за счет планового импортозамещения в области электроники, наноэлектроники и радиотехники, информационной безопасности, инфокоммуникационных технологий (высокоэффективные защитные покрытия для поглощения электромагнитного излучения в СВЧ-диапазоне, в том числе для инфокоммуникационных приборов и устройств, для обеспечения защиты конфиденциальной информации в выделенных помещениях путем ослабления побочных электромагнитных излучений технических средств приема информации, материалы с изменяющейся проводимостью в зависимости от напряжения и частоты излучения, волноводы для передачи предельно коротких оптических импульсов на основе полимерных нанокомозитов, содержащих углеродные нанотрубки, и т.п.), а также обеспечение достижения научных результатов мирового уровня, подготовку и закрепление в сфере науки и образования научных и научно-педагогических кадров, формирование эффективных и жизнеспособных научных коллективов. Для достижения цели, заявленной в проекте, необходимо решение следующих научных задач: 1. Разработка базиса методологии допирования полимерных материалов углеродными нанотрубками. 2. Моделирование процессов поглощения и экранирования электромагнитного излучения (ЭМИ) нанокомпозитным покрытием с пространственно-ориентированными УНТ и ферромагнитными наночастицами. 3. Изучение процессов самоорганизации и стабилизации металлических наночастиц и нанотрубок, взаимодействия наночастиц и нанотрубок с полисопряженной системой матрицы. 4. Изучение структуры, магнитных, электрических и оптических свойств созданных композиционных наноматериалов, их радиопоглощающих свойств. 5. Разработка рекомендаций по производству и использованию высокоэффективных радиопоглощающих наноматериалов, представляющих собой углеродосодержащую полимерную матрицу с диспергированными в ней ферромагнитными наночастицами на основе магнитомягких сплавов группы железа или однослойными и многослойными углеродными нанотрубками. 6. Изучение особенностей управляемой передачи предельно коротких электромагнитных импульсов в полимерном нанокомпозите, содержащем металлические наночастицы и углеродные нанотрубки. 7. Разработка систем для эксплуатации в области встроенных инфокомуникационных технологий, а именно, создание покрытия на основе металлоуглеродных наноматериалов для защиты от электромагнитного излучения инфокоммуникационных устройств. 8. Изучение способов создания композитных наноструктур на основе углеродных нанотрубок и влияния модифицирования УНТ примесными атомами и функциональными группами на их сенсорные, оптические и электрические свойства. 9. Разработка технологии создания высокочувствительных сенсоров на основе модифицированных нанотрубок. 10. Разработка новых композитных полимерных биосовместимых покрытий на поверхности медицинских стентов различного назначения. 11. Обеспечение достижения научных результатов мирового уровня, подготовку и закрепление в сфере науки и образования научных и научно-педагогических кадров, формирование эффективных и жизнеспособных научных коллективовДля достижения цели, заявленной в проекте, в 2023 году необходимо решение следующих научных задач: 1. Разработка базиса методологии допирования полимерных материалов углеродными нанотрубками (УНТ). 2. Изучение механизма образования композиционных материалов на основе полимеров, допированных углеродными нанотрубками путем моделирования процесса взаимодействия полимеров с УНТ. 3. Изучение структуры, электрических и оптических свойств композиционных наноматериалов. 4. Моделирование процессов поглощения и экранирования электромагнитного излучения нанокомпозитным покрытием с ферромагнитными наночастицами. 5. Изучение особенностей управляемой передачи предельно коротких электромагнитных импульсов в полимерном нанокомпозите, содержащем углеродные нанотрубки. 6. Изучение влияния модифицирования УНТ примесными атомами и функциональными группами на их сенсорные и электрические свойства. 7. Обеспечение достижения научных результатов мирового уровня, подготовку и закрепление в сфере науки и образования научных и научно-педагогических кадров, формирование эффективных и жизнеспособных научных коллективов. На основании анализа современного состояния исследований за период выполнения проекта предполагается получить следующие результаты: 1. Будет установлена структура металлоуглеродных нанокомпозитов, представляющих собой системы на основе полимерной углеродсодержащей матрицы, допированной металлическими наночастицами, морфология и фазовый состав в зависимости от условий процесса синтеза, концентрации и соотношения металлов и аморфизирующих присадок, особенности их электронно-энергетического и геометрического строения. 2. Будут проанализированы зависимости основных электрофизических характеристик, коэффициентов отражения и поглощения металлоуглеродных нанокомпозитов на основе полимерной матрицы – пиролизованного полиакрилонитрила (ППАН) - в зависимости от условий процесса синтеза и будут сформулированы наиболее перспективные условия для последующих НИОКР и возможности использования в промышленности. 3. На основании полученных результатов будут сформулированы научные принципы формирования радиопоглощающих материалов на основе металлоуглеродных нанокомпозитов, в которых наночастицы сплавов группы железа (Fe-Ni, Fe-Co, Ni-Co, Fe-Co-Ni) с аморфизирующими присадками (Cu, B, Si) стабилизированы в полимерной матрице. 4. Будут выполнены теоретические исследования металлоуглеродных нанокомпозитов на основе пиролизованного полиакрилонитрила с внедренными в плоскость ППАН парными соединениями Fe-Ni, Fe-Co, Ni-Co, тройными соединениями Fe-Ni-Со, аморфизирующими присадками (Cu, B, Si), ячейками переходных металлов в межплоскостном пространстве ППАН для определения особенностей электронно-энергетического строения металлокомпозита. 5. Будет выполнено моделирование композитных наносистем, представляющих собой взаимодействующие компоненты полимерной матрицы ППАН и однослойных углеродных нанотрубок. Будут выполнены расчеты геометрических параметров, электронного строения и энергетических характеристик основного состояния нанокомпозитов, допированных углеродными нанотрубками, будет установлена структура нанокомпозитов ППАН с присадками УНТ в зависимости их чистоты и слойности, изучены основные электрофизические и оптические характеристики нанокомпозита. 6. Будут предложены механизмы процессов, приводящих к изменению электрических, магнитных свойств полимерных металлоуглеродных нанокомпозитов, обеспечивающие свойство поглощения электромагнитных волн в СВЧ диапазоне, для применения этих материалов в качестве новых эффективных и недорогих радиопоглощающих материалов для защиты выделенных помещений и обеспечения информационной безопасности, обеспечения безопасности государства и защиты от терроризма и киберугроз. 7. Будут определены тактико-технические характеристики защитного экранирующего радиопоглощающего покрытия на основе полимерных углеродосодержащих матриц со стабилизированными в ней ферромагнитными наночастицами и углеродными нанотрубками (так называемого нанопокрытия) при проведении следующих мероприятий: разработка модели угроз информации выделенного помещения, исследование ограничений, постановка оптимизационной задачи. 8. Будут предложены механизмы, обеспечивающие поглощение электромагнитного излучения металлокомпозитом на основе полимерных матриц и объясняющие полученные эффекты. 9. Будут получены нанокомпозитные материалы на основе полиметилметакрилата (ПММА), полипропилена (ПП), допированных углеродными нанотрубками, равномерно распределенными в полимерной матрице. Будет установлена структура нанокомпозитов ПММА, ПП с присадками УНТ в зависимости от массового содержания нанотрубок, их чистоты и слойности, изучены основные механические, электрофизические и оптические характеристики и сформулированы рекомендации по определению условий создания наноматериала и его использованию. 10. Будет выполнено моделирование композитных наносистем, представляющих собой взаимодействующие компоненты полимерной матрицы ПММА, ППАН, ПП и однослойных углеродных нанотрубок. Будут выполнены расчеты геометрических параметров, электронного строения и энергетических характеристик основного состояния нанокомпозитов, армированных углеродными нанотрубками. 11. На основании полученных результатов будут сформулированы научные принципы создания нанокомпозитных материалов с присадками углеродных нанотрубок стабилизированных в полимерной матрице, с переменной проводимостью, зависящей от характеристик внешнего поля и особенностей строения композита. 12. Будут определены основные механизмы, приводящие к улучшению основных физико-химических, механических, электрофизических и оптических характеристик полимерных нанокомпозитов, допированных углеродными нанотрубками. 13. Будут разработаны научные основы технологии синтеза нового класса композитных наноматериалов, эффективных в поглощении электромагнитного излучения в СВЧ-диапазоне и терагерцевом диапазоне, что позволит выработать рекомендации для промышленной реализации и применения этих нанокомпозитов. 14. Будет построена компьютерная модель, описывающая поглощение электромагнитных волн в новых композиционных материалах на основе углеродосодержащих полимерных матриц со стабилизированными в них нанотрубками и металлическими (ферромагнитными) наночастицами. 15. Будет проведено моделирование структуры, в которой предельно короткий оптический импульс и дискретные солитоны будут распространяться перпендикулярно осям УНТ, допированных в полимерную матрицу, при взаимодействии с электронами, находящимися в зоне проводимости, без учета электрического поля подложки. 16. Будет рассчитан баллистический ток, протекающий в изучаемых системах, выполнен расчет энергетических и пространственных характеристик прошедших и отраженных световых пуль, падающих на границу брэгговской и неоднородной среды. 17. Будет разработан алгоритм численного моделирования расчета полученных эффективных уравнений и подобраны наиболее выгодные параметры среды с пространственной модуляцией показателя преломления для наилучшего баланса между дисперсией импульса и нелинейностью среды, а также диссипацией и «подкачкой» энергии. 18. Будут рассчитаны энергетические и пространственные характеристики прошедших и отраженных предельно коротких импульсов при их взаимодействии с тонкой полимерной пленкой, содержащей металлические наночастицы и углеродные нанотрубки. 19. Будет исследовано влияние пространственной неоднородности плотности УНТ, дисперсии и нелинейности среды - полимерной матрицы - на распространение световых пуль. 20. Будет исследовано влияние внешних пространственно неоднородных электрических и магнитных полей с целью получения возможностей управления световыми пулями, исследована роль дефектов полимерной матрицы на процессы распространения предельно коротких оптических импульсов. 21. Будет изучено влияние граничного и поверхностного модифицирования углеродных нанотрубок функциональными группами (карбоксильной, нитро- и аминогруппами), металлическими наночастицами (Ag, Au, Cu, Ni, Pt) и оксидами металлов (CuO, Co3O4, Fe3O4, MnO2, NiO, CeO2, SnO2) на их сенсорную активность в отношении микроколичеств исследуемого вещества (атомов металлов, молекул углекислого газа, органических молекул) и проведено сравнительное исследование эффективности функционализированных различными активными группами УНТ в отношении выбранных веществ. Подобные системы могут вступать в качестве высокочувствительного элемента сенсорных устройств, обладающего селективностью при обнаружении различных материалов, которые может быть использован для медицинских нужд, решения экологических проблем, применим в правоохранительных органах для проведения судебных экспертиз, а также обнаружения микроколичеств наркотических и психотропных веществ. 22. На основе анализа характеристик процессов и свойств модифицированных металлами (оксидами металлов) УНТ будут выбраны наиболее предпочтительные металлы или их оксиды для модифицирования нанотрубок, приводящие к созданию активных реакционных центров. 23. Будут изучены особенности взаимодействия функционализированных нанотрубчатых систем с молекулами газов (NO2, NO, NH3, этанол, H2, ацетон) и определены наиболее предпочтительные материалы для модификации поверхности или границы нанотрубок. 24. На основе анализа полученных результатов будут разработаны рекомендации по выбору модифицирующих соединений, которые позволят с высокой эффективностью идентифицировать ацетон и другие газы (в том числе, в выдыхаемом воздухе) и установлению их количество по отклику нанотрубной системы, определяемому энергией взаимодействия элементов с поверхностно- или гранично-модифицированной углеродной нанотрубкой. 25. Будет изучено влияние структурного модифицирования поверхности углеродных нанотрубок замещающими атомами бора и азота, взятыми в различных процентных соотношениях, с образованием тубулярных систем различного типа и установлена сорбционная активность таких систем в отношении функциональных групп, газофазных молекул, органических молекул и металлических атомов. Будет исследовано влияние замещающих атомов на стабильность формы тубулена при сорбционных процессах. 26. Будет проведен сравнительный анализ сорбционной и сенсорной активности модифицированных углеродных, бороуглеродных нанотрубок различными функциональными группами в отношении металлофазных атомов, молекул некоторых газов и органических молекул и определена их сравнительная эффективность в качестве элементов сенсорных устройств для определения микроколичеств веществ. 27. На основе анализа широкого ряда полимеров, в том числе, с различными функциональными группами, будет определен круг материалов, которые могут быть использованы качестве носителя лекарственного препарата сверхтонкого покрытия медицинских стентов. Будет проанализирован ряд лекарственных препаратов (противосвёртывающие, иммуносупрессанты, обладающие антипролиферативным действием, средства, ускоряющие репарацию, противоопухолевые, средства, подавляющие кристаллизацию) и определен выбор препаратов для допирования полимера-матрицы и создания сверхтонкого лекарственного покрытия, обладающего высокой эффективностью в рамках поставленной лечебной задачи, и ценовой доступностью. 28. Будут изучены особенности структуры некоторых биосовместимых полимеров (поливинилпирролидон, поликапролактон, полимолочная кислота, хитозан) для определения возможности их взаимодействия с лекарственными препаратами, с углеродными нанотрубками и использования в качестве носителя антирезистивных лекарственных препаратов. 29. Будут теоретически изучены механизмы взаимодействия лекарственных препаратов с композитными полимерами для создания гибридного биосовместимого материала для лекарственного нанопокрытия коронарного и билиарного стентов, изучены механизмы диффузии лекарств, снижающих реакции организма на инородное тело, из объемных структурных полостей полимеров-носителей. Выполненные исследования позволят предложить новый состав лекарственного покрытия медицинских инженерных конструкций, обладающий высокой степенью антирезистивности, невысокой стоимостью производства и доступностью предлагаемых компонентов. 30. Будет разработана технология нанесения полимерных лекарственных покрытий химическими и электрохимическими методами на поверхность билиарных и коронарных стентов и выполнена оценка эффективности предложенных методов. Будет определена необходимая концентрация раствора полимера для создания устойчивого покрытия стента. Будет разработана технология введения углеродных нанотрубок в композитную систему «полимерная матрица-носитель – лекарственный препарат» с использованием ультразвукового воздействия и определены параметры ультразвукового воздействия (частота и мощность излучения) на полимерный материал, обеспечивающего равномерное распределение УНТ в объеме матрицы. 31. Будут выполнены исследования (микроскопические, методами сканирующей зондовой микроскопии, молекулярной спектроскопии) созданного полимерного лекарственного покрытия (качество, равномерность толщины, однородность и т.п.). Будут выполнены испытания устойчивости созданных биосовместимых нанопокрытий медицинских стентов к воздействиям биологических сред, в том числе, живых организмов, что позволит рекомендовать созданные технологии и лекарственные покрытия для внедрения в медицинских учреждениях РФ 32. Будет выполнены анализ и систематизация результатов исследования структуры, свойств и механизмов процессов в композитных наноструктурированных материалах, что позволит выработать рекомендации по их применению для насыщения рынка конкурентоспособными материалами, обеспечивающими социально-экономическое развитие РФ и повышение уровня жизни населения за счет планового импортозамещения в области электроники, наноэлектроники и радиотехники, информационной безопасности, медицины. Результаты в 2023 году На основании анализа современного состояния исследований за период выполнения проекта в 2023 году предполагается получить следующие результаты: 1. Будет установлена структура металлоуглеродных нанокомпозитов, представляющих собой системы на основе полимерной углеродсодержащей матрицы, допированной металлическими наночастицами, морфология и фазовый состав в зависимости от условий процесса синтеза, концентрации и соотношения металлов и аморфизирующих присадок, особенности их электронно-энергетического и геометрического строения. 2. Будут проанализированы зависимости основных электрофизических характеристик, коэффициентов отражения и поглощения металлоуглеродных нанокомпозитов на основе полимерной матрицы – пиролизованного полиакрилонитрила (ППАН) - в зависимости от условий процесса синтеза и будут сформулированы наиболее перспективные условия для последующих НИОКР и возможности использования в промышленности. 3. На основании полученных результатов будут сформулированы научные принципы формирования радиопоглощающих материалов на основе металлоуглеродных нанокомпозитов, в которых наночастицы сплавов группы железа (Fe-Ni, Fe-Co, Ni-Co, Fe-Co-Ni) с аморфизирующими присадками (Cu, B, Si) стабилизированы в полимерной матрице. 4. Будут выполнены теоретические исследования металлоуглеродных нанокомпозитов на основе пиролизованного полиакрилонитрила с внедренными в плоскость ППАН парными соединениями Fe-Ni, Fe-Co, Ni-Co, тройными соединениями Fe-Ni-Со, аморфизирующими присадками (Cu, B, Si), ячейками переходных металлов в межплоскостном пространстве ППАН для определения особенностей электронно-энергетического строения металлокомпозита. 5. Будет выполнено моделирование композитных наносистем, представляющих собой взаимодействующие компоненты полимерной матрицы ППАН и однослойных углеродных нанотрубок. Будут выполнены расчеты геометрических параметров, электронного строения и энергетических характеристик основного состояния нанокомпозитов, допированных углеродными нанотрубками. 6. Будут предложены механизмы процессов, приводящих к изменению электрических свойств полимерных металлоуглеродных нанокомпозитов, обеспечивающие свойство поглощения электромагнитных волн в СВЧ диапазоне, для применения этих материалов в качестве новых эффективных и недорогих радиопоглощающих материалов для защиты выделенных помещений и обеспечения информационной безопасности, обеспечения безопасности государства и защиты от терроризма и киберугроз. 7. Будут определены тактико-технические характеристики защитного экранирующего радиопоглощающего покрытия на основе полимерных углеродосодержащих матриц со стабилизированными в ней ферромагнитными наночастицами (так называемого нанопокрытия) при проведении следующих мероприятий: разработка модели угроз информации выделенного помещения, исследование ограничений, постановка оптимизационной задачи. 8. Будут предложены механизмы, обеспечивающие поглощение электромагнитного излучения металлокомпозитом на основе полимерных матриц и объясняющие полученные эффекты. 9. Будут получены нанокомпозитные материалы на основе полиметилметакрилата (ПММА), полипропилена (ПП), допированных углеродными нанотрубками, равномерно распределенными в полимерной матрице. Будет установлена структура нанокомпозитов ПММА, ПП с присадками УНТ в зависимости от массового содержания нанотрубок, их чистоты и слойности, изучены основные механические, электрофизические и оптические характеристики и сформулированы рекомендации по определению условий создания наноматериала и его использованию. 10. Будет выполнено моделирование композитных наносистем, представляющих собой взаимодействующие компоненты полимерной матрицы ПММА, ППАН, ПП и однослойных углеродных нанотрубок. Будут выполнены расчеты геометрических параметров, электронного строения и энергетических характеристик основного состояния нанокомпозитов, армированных углеродными нанотрубками. 11. На основании полученных результатов будут сформулированы научные принципы создания нанокомпозитных материалов с присадками углеродных нанотрубок стабилизированных в полимерной матрице, с переменной проводимостью, зависящей от особенностей строения композита. 12. Будут разработаны научные основы технологии синтеза нового класса композитных наноматериалов, эффективных в поглощении электромагнитного излучения в СВЧ-диапазоне и терагерцевом диапазоне, что позволит выработать рекомендации для промышленной реализации и применения этих нанокомпозитов. 13. Будет построена компьютерная модель, описывающая поглощение электромагнитных волн в новых композиционных материалах на основе углеродосодержащих полимерных матриц со стабилизированными в них металлическими (ферромагнитными) наночастицами. 14. Будет проведено моделирование структуры, в которой предельно короткий оптический импульс и дискретные солитоны будут распространяться перпендикулярно осям УНТ, допированных в полимерную матрицу, при взаимодействии с электронами, находящимися в зоне проводимости, без учета электрического поля подложки. 15. Будут рассчитаны энергетические и пространственные характеристики прошедших и отраженных предельно коротких импульсов при их взаимодействии с тонкой полимерной пленкой, содержащей углеродные нанотрубки. 16. Будет исследовано влияние пространственной неоднородности плотности УНТ, дисперсии и нелинейности среды - полимерной матрицы - на распространение световых пуль. 17. Будет изучено влияние граничного и поверхностного модифицирования углеродных нанотрубок функциональными группами (карбоксильной, нитро- и аминогруппами), металлическими наночастицами (Ag, Cu, Ni) и оксидами металлов (Fe3O4, NiO) на их сенсорную активность в отношении микроколичеств исследуемого вещества (атомов металлов, молекул углекислого газа, органических молекул) и проведено сравнительное исследование эффективности функционализированных различными активными группами УНТ в отношении выбранных веществ. Подобные системы могут вступать в качестве высокочувствительного элемента сенсорных устройств, обладающего селективностью при обнаружении различных материалов, которые может быть использован для медицинских нужд, решения экологических проблем, применим в правоохранительных органах для проведения судебных экспертиз, а также обнаружения микроколичеств наркотических и психотропных веществ. 18. На основе анализа характеристик процессов и свойств модифицированных металлами (оксидами металлов) УНТ будут выбраны наиболее предпочтительные металлы или их оксиды для модифицирования нанотрубок, приводящие к созданию активных реакционных центров. 19. Будет изучено влияние структурного модифицирования поверхности углеродных нанотрубок замещающими атомами бора, взятыми в различных процентных соотношениях, с образованием тубулярных систем различного типа и установлена сорбционная активность таких систем в отношении функциональных групп, газофазных молекул и металлических атомов. 20. Будет проведен сравнительный анализ сорбционной и сенсорной активности модифицированных углеродных и бороуглеродных нанотрубок различными функциональными группами в отношении металлофазных атомов, молекул некоторых газов и определена их эффективность в качестве элементов сенсорных устройств для определения микроколичеств веществ. 21. Будет выполнены анализ и систематизация результатов исследования структуры, свойств и механизмов процессов в композитных наноструктурированных материалах, что позволит выработать рекомендации по их применению для насыщения рынка конкурентоспособными материалами, обеспечивающими социально-экономическое развитие РФ и повышение уровня жизни населения за счет планового импортозамещения в области электроники, наноэлектроники и радиотехники, информационной безопасности. 22. Результаты исследований будут опубликованы в 8 статьях в изданиях, входящих в международные базы цитирования SCOPUS и WEB of SCIENCE, в Перечень ВАК РФ, входящих в ядро РИНЦ., представлены на 4 научных конференциях международного и Всероссийского уровня, войдут в 1 монографию. Предполагается проведение исследований по исследованию модифицирования УНТ металлическими частицами и оксидами металлов с исследовательской группой из Индии под руководством д-ра Г. Муругадосса, Centre for Nanoscience and Nanotechnology, Sathyabama Institute of Science and Technology, Chennai-600119, Tamilnadu, India. У участников данного проекта имеются совместные научные публикации в высокорейтинговых научных журналах, индексируемых WoS/Scopus, с научными сотрудниками, работающими в зарубежных научных центрах и университетах: Roland Bouffanais, Alexander V. Zhukov (Singapore University of Technology and Design), E. G. Fedorov (Technion - Israel Institute of Technology), Hervé Leblond (University of Angers | UA Laboratoire de Photonique d'Angers (LPhiA)), Boris A. Malomed (Tel Aviv University | TAU Faculty of Engineering), Dumitru Mihalache (Horia Hulubei National Institute for R&D in Physics and Nuclear Engineering). Эти исследования посвящены различным фундаментальным аспектам нелинейной и когерентной оптики, взаимодействиям излучения с наноматериалами.