Новые перспективные наноматериалы для высокоэффективной энергетики, микро и наноэлектроники: опыт исследований НОЦ Нанотехнологии ДГУ

Нанотехнологии – это слово часто звучит с экранов телевизоров и встречается в текстах современных публикации. Как известно, «нанос» в переводе с греческого означает «карлик», то есть речь идет о технологиях, манипулирующих веществом на уровне атомов и молекул (в диапазоне от 1 до 100 нанометров).

Идея возможности сбора и работы с объектами, которые имеют наноразмеры, была впервые высказана в выступлении речи лауреата Нобелевской премии Ричарда Фейнмана в 1959 году.

Что дают нанотехнологии? Новые свойства – это новые возможности для развития электроники, энергетики, химии и других областей науки.

В энергетике – солнечные батареи, аккумуляторы, топливные элементы, экономичные источники света. В медицине – экспресс-диагностика, нанолекарства и нановакцины.

В электронике – уменьшение размеров микропроцессоров. В автомобилестроении – добавки в топливо и масло, покрытия для деталей двигателя и новые лакокрасочныепокрытия.

Идеи, которые сегодня находятся на стадии исследований, например, квантовые компьютеры, через 10-15 лет будут реализованы в коммерческих продуктах.

Например, нанокапсулы с помещенным в них препаратом могут осуществлять адресную доставку, «настраиваясь» на определенные виды клеток, не задевая остальные.

Так, способность квантовых точек излучать в узком спектральном диапазоне, можно использовать для идентификации и защиты от подделок. Квантовые точки – это наночастицы с размером, близким к длине волны электрона в веществе (обычно размером 1–10 нанометров). Нанесенная на нужный объект (например, на бумагу, ткань, дерево, металл, керамику и все, что угодно), метка из квантовых точек при облучении ее светом выдаст излучение со строго заданной комбинацией

спектральных линий, однозначно определяющим объект и позволяющим закодировать информацию о нем. Причем это излучение легко регистрируется дистанционно.

Сегодня миниатюризация элементов памяти, сенсорных устройств, датчиков различного применения, чипов и т.д. – проблема, на решение которой направлены усилия ведущих мировых центров.

В лабораториях НОЦ «Нанотехнологии» изготавливают нанопорошки, керамику, пленки и слоистые архитектурные структуры, градиентные материалы, имеющие изменяющиеся свойства от поверхности к объему. В основном на основе сверхпроводников, мультиферроиков и оксидов.

Распыляя нанокерамику сверхпроводника, в ДГУ впервые удалось получить пленки сверхпроводника на подложках аморфного кварца, то есть изготовить пленки 3 поколения – без согласующих слоев. Хотя попытки изготовить пленки с согласующими слоямипринимались в центральных лабораториях.

В лабораториях ДГУ удалось получать однофазные наноматериалы купратов, феррита висмута, цирконата бария, без примесных фаз, ухудшающих свойства, содержание основной фазы не менее 95% в один этап синтеза.

Удалось изготовить эффективный для терморезисторов – датчиков температуры, материал с возможностью задания свойств, создавая области с низким сопротивлением в высоомной матрице, тем самым задавать общее сопротивление системы.

Создана портативная система с дистанционным управлением через телефон.

В ДГУ методом АСО изготовили структуры, их называют мемристивные, чувствительные не только к электрическим полям, но и к постоянным магнитным. Это память нового

поколения, основанная на изменении сопротивления при протекании тока через него, а не используется не заряд, как обычно.

Специалисты ДГУ изготовили наноматериалы, перспективные в качестве твердых керамических электролитов. В частности цирконат бария. Создали такую технологию, которая позволяет получать в один этап мгновенного синтеза с основной фазой до 90%, при меньших энергозатратах.

Топливные элементы на основе таких материалов позволяют напрямую, без дополнительных этапов, преобразовывать с высоким КПД энергию химической реакции в электрическую.

В качестве топлива для топливных элементов подходят разнообразные виды топлива – природный газ, водород, пропан, биогаз и др. Такие элементы не разряжаются и не требуют повторной зарядки, также нет необходимости накапливать энергию, так как постоянно вырабатывают электроэнергию по мере поступления топлива и воздуха.

В отличие от традиционных методов, используя топливные элементы, можно осуществить преобразование энергии бесшумно, без создания высокого давления и без выделения вредных веществ. Побочными продуктами выброса при их работе являются тепло и вода в виде пара. Эти качества элементов дают преимущества в портативности при их использовании, особенно при зарядке различной портативной техники в местах без доступа к электросети (например, в Арктике), а также в создании «батарейки с бесконечным зарядом».

Уже есть попытки создания таких устройств питания с картриджами. В картридже, чтобы проходила реакция, в ходе которой выделяется водород. Основная часть выделившегося газа затем проходит через мембрану и превращается в водяной пар, вырабатывая электричество мощностью 10 ватт.

Нашим специалистам удалось обнаружить универсальные зависимости между физическими параметрами, характеризующими ВТСП, что актуально с момента их открытия, поскольку они могут быть ключом к разгадке происхождения сверхпроводимости. Данная связь перспективна для прогнозирования ТС керамик YBCO по данным температурного коэффициента сопротивления и наоборот.

Сегодня усилия, принимаемые в России, направлены на разработки более дешевых, воспроизводимых и надежных методов синтеза материалов.

В ДГУ разрабатываются разные технологии, все они запатентованы или в процессе получения.

Наши преподаватели, аспиранты и студенты в лабораториях ведут свои научные исследования, проходят стажировки, выступают на научных сессиях, семинарах, конференциях, являются исполнителями финансируемых проектов, в том числе госзадания, РФФИ, а также руководителями проектов, в частности УМНИК и др.

Приглашаем к сотрудничеству молодых исследователей, желающих реализовать свой творческий

потенциал. Им будет предоставлена возможность воспользоваться всеми приборными ресурсами и оборудованием НОЦ «Нанотехнологии» Дагестанского государственного университета.

Подробная информация о центре НОЦ «Нанотехнологии», проектах, науке размещена на сайте http:// nano.dgu.ru.

Диана Муталибова