Физика поверхности и наноструктурНИР

Physics of surfaces and nanostructures

Источник финансирования НИР

госбюджет, раздел 0110 (для тем по госзаданию)

Этапы НИР

# Сроки Название
2 1 января 2014 г.-31 декабря 2014 г. Физика поверхности и наноструктур
Результаты этапа: Изучен синтез квазисферических наночастиц серебра в порах нанопористого стёкла и аэрогеля. Выполнена оценка их размера и степени отклонения формы от сферической по спектрам экстинкции. Такие нанопористые материалы и композиты на их основе имеют всё расширяющийся диапазон применений в химии, энергетике, медицине, биоинженерии, пищевой промышленности и других. На их основе разрабатываются высокоэффективные катализаторы, биосенсоры, биомембраны, биоимплантанты, водородные накопители, устройства сепарации, фильтрации и очистки, микрокапсулы для адресной доставки лекарств внутри организма. Продемонстрирована принципиальная возможность решения обратной задачи оптической визуализации — выделения флуоресценции наночастиц на фоне собственной флуоресценции биологической среды с использованием нейросетевых алгоритмов. Показано, что разработанные методы позволяют осуществлять обнаружение флуоресценции УТ и НА на фоне собственной флуоресценции яичного белка с достаточно низким порогом детектирования по концентрации, не превышающим 0.002 мг/мл и 0.004 мг/мл, соответственно. Было также показано, что применение сжатия входных данных путем агрегации или отбора исходных спектральных каналов позволяет дополнительно повысить точность решения обратной задачи в 1.5 раза. Впервые детально исследовано распределение поляризации ближнего поля плазмонного наносфероида, взаимодействующего с плоской электромагнитной волной произвольной поляризации, с также с гауссовой модой TEM01 лазерного пучка в случае линейной и циркулярной поляризаций падающего излучения. Показано, что это распределение имеет сложную структуру и принципиально зависит от поляризации падающего излучения и параметров плазмонного резонанса наночастицы. Полученные аналитические решения охватывают весь спектр частиц с формой, изменяющейся от сферической до игольчатой (наностержни) за счет изменения аспектного соотношения сфероида. Предложен эксперимент для визуализации векторного ближнего поля вокруг плазмонной наночастицы. Исследованы адсорбционные свойства исходных и функционализированных наноалмазов I6 и I6COOH в водных суспензиях по отношению к ионам тяжелых металлов (свинец, медь) и нитратам. В результате применения различных методов корреляционной и абсорбционной спектроскопии, лазерной спектроскопии комбинационного рассеяния (КР) было обнаружено, что оба вида наноалмазов активно адсорбируют и ионы тяжелых металлов и нитрат ионы. Количественные расчеты показали, что адсорбционная активность модифицированного наноалмаза в 3 раза больше, чем исходного по отношению к ионам тяжелых металлов. На основании результатов ИК и КР спектроскопии выдвинута гипотеза о механизмах адсорбции, согласно которой при адсорбции ионов меди превалирующую роль играет физическая адсорбция, а в случае нитрат-ионов -– химическая.
3 1 января 2015 г.-31 декабря 2015 г. Физика поверхности и наноструктур
Результаты этапа: Впервые разработан экспериментальный метод исследования высокоэнергетической области фазовой диаграммы алюминия. Такое состояние достигается при поглощении мощного наносекундного лазерного импульса поверхностью тонкой алюминиевой пленки, нагруженной прозрачным диэлектриком, с последующим возбуждением в ней мощного ультразвукового импульса (так называемый оптико-акустический эффект). Разработанная методика впервые позволила одновременно исследовать временную динамику температуры, давления и плотности алюминия в одном термодинамическом цикле его остывания после окончания действия лазерного импульса. Полученный экспериментально термодинамический цикл, рассматриваемый совместно в переменных температура-давление и температура-плотность, заходит в закритическую область. Наиболее близко этот цикл проходит к значениям температуры, давления и плотности алюминия в критической точке, рассчитанным по модели HS-AIMD (hard-sphere ab initio molecular dynamics), равным соответственно 7.9 кК, 3.5 ГПа и 440 кг/куб.м. Предложенная и экспериментально реализованная методика может применяться и для исследования пленок других металлов при выполнении условия ограничения на их толщину, которая должна быть намного меньше глубины диффузии тепла в исследуемом металле за время действия импульса используемого лазерного излучения. Предложено использовать для терагерцовой оптоэлектроники и фотоники диоксид ванадия, демонстрирующий уникальный высокотемпературный фазовый переход из изолирующего состояния в проводящее. Впервые осуществлена лазерная генерация низкочастотного терагерцового излучения в тонких плёнках диоксида ванадия в условиях фазового перехода. Продемонстрировано существенное (до 30 раз) увеличение эффективности генерации при переходе к проводящему состоянию, а также определяющее влияние на этот процесс границы раздела между плёнкой и подложкой. Создан прототип терагерцового зеркала, эффективность работы которого определяется температурой и интенсивностью лазерного излучения. Полученные результаты открывают новые возможности для создания компактных источников ТГц излучения, а также способствуют решению фундаментальных задач современной нелинейной оптики. Численно проанализирована эффективность поглощения энергии поверхностью солнечной батареи в зависимости от параметров её покрытия наночастицами. Эффективность покрытия зависит от таких параметров, как плотность нанесения частиц на поверхность, размер наночастиц, материал, расположение наночастиц в полимерном слое. Показано, что эффективность покрытия солнечной батареи зависит от угла падения света. Максимум наблюдается при нормальном падении света на поверхность, однако и при больших углах падения наблюдается значительное увеличение эффективности, что существенно для работы в рассеянном свете, а именно для органических тонкоплёночных солнечных батарей. Рассчитаны спектральные зависимости увеличения относительной эффективности для различных металлов, что позволяет сделать выводы об их эффективности на различных длинах волн падающего излучения. Показано преимущество использования серебра, как материала для наночастиц по сравнению с другими металлами. При больших углах падения света сферическая форма части является неэффективной, лучший результат показывают сфероидальные наночастицы. Полученные спектральные характеристики слоя наночастиц позволяют оценить эффективность покрытия для произвольных фоточувствительных слоёв, тем самым сокращая усилия, направленные на поиски оптимальных характеристик солнечных батарей. Показано, что оптическое воздействие может быть успешно использовано для конвертации прекурсора в металлические наночастицы при сверхкритическом осаждении в объёмных нанопористых материалах. Спектроскопия экстинкции позволяет при этом проводить диагностику процесса синтеза в режиме реального времени. Разработанный подход открывает перспективы расширения возможностей метода сверхкритического осаждения с точки зрения скорости синтеза наночастиц, управления их концентрацией и распределением по объёму материала.
4 1 января 2016 г.-31 декабря 2016 г. Физика поверхности и наноструктур
Результаты этапа: 1. Получена функция распределения вероятности для скоростей кластеров. Результаты хорошо согласуются с результатами численного эксперимента. Предложена термодинамическая интерпретация процесса, дано определение эффективной температуры системы свободных кластеров. 2. Для описания динамики роста островков предложен стохастический подход, основанный на уравнении Ланжевена с мультипликативным шумом. Получено распределение размеров островков как решение соответствующего уравнения Фоккера-Планка. Проанализирована зависимость роста островка от его фрактальной размерности. Исследовано влияние мобильности небольших островков на рост больших островков. Полученные аналитические результаты находятся в хорошем соответствии с результатами численного моделирования. 3. Экспериментально показано, что азимутальные зависимости интенсивности поляризованной и деполяризованной составляющих излучения второй гармоники в массиве планарных хиральных наноструктур с элементарной ячейкой, состоящей из одной наноструктуры, являются анизотропными, причем интенсивности этих составляющих сравнимы по порядку величины. На основе численных расчетов факторов локального поля, проведенных методом FDTD, выяснено, что анизотропия интенсивности второй гармоники определяется преимущественно анизотропным распределением локального поля на частоте накачки в G-структурах. 4. Реализован синтез наночастиц с использованием различных прекурсоров, потребовавшая химической модификация поверхности нанопористого материала. 5. Установлено, что концентрацией наночастиц, синтезируемых в сверхкритических условиях, можно управлять в широких пределах путём дозирования облучения. 6. Определены качественные и количественные характеристики ансамблей наночастиц, синтезируемых в различных условиях. Именно, размер частиц во всех случаях составил порядка 2-3 нм, при этом ансамбли частиц, синтезируемые при облучении в условиях открытой атмосферы после удаления сверхкритического флюида, являются более однородными, чем получаемые в сверхкритических условиях. 7. Показано, что при отражении от одномерной фотонно-кристаллической структуры с большим числом слоев (порядка 1000) и адиабатической зависимостью периода от глубины. величина СГХ может превышать превышающее длину волны на несколько порядков и достигать значений порядка 1 мм.
5 1 января 2017 г.-31 декабря 2017 г. Физика поверхности и наноструктур
Результаты этапа:
6 1 января 2018 г.-31 декабря 2018 г. Физика поверхности и наноструктур
Результаты этапа:
7 1 января 2019 г.-31 декабря 2019 г. Физика поверхности и наноструктур
Результаты этапа:
8 1 января 2020 г.-31 декабря 2020 г. Физика поверхности и наноструктур
Результаты этапа:

Прикрепленные к НИР результаты

Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".