Institute for Theoretical and Applied Electromagnetics RAS

Moscow, 125412, Russia. Tel: +7(495)485-9344; fax: +7(495)484-2633; e-mail: nanocom@yandex.ru

И.А. Рыжиков , ИТПЭ РАН

«Инновационные аспекты разработки новых функциональных

композиционных материалов».

Некоторые составляющие Некоторые составляющие инновационного процессаинновационного процесса

Формирование инновационной средыФормирование инновационной среды::

- генерация знаний;- генерация знаний;

- - подготовка кадров;подготовка кадров;

- создание инновационных продуктов- создание инновационных продуктов (прикладные НИР, НИОКР); (прикладные НИР, НИОКР);

- создание системы привлечения финансовых ресурсов.- создание системы привлечения финансовых ресурсов.

Необходимые условия для старта самоподдерживающегося Необходимые условия для старта самоподдерживающегося инновационного процессаинновационного процесса::

- - конкурентоспособная оплата труда;конкурентоспособная оплата труда;

- постоянная модернизация оборудования;- постоянная модернизация оборудования;

- наличие прибыли;- наличие прибыли;

- наличие базовых основных средств и оплаты труда.- наличие базовых основных средств и оплаты труда.

Схема финансирования Схема финансирования инновационных процессов в ИТПЭ инновационных процессов в ИТПЭ

РАНРАНФПСР(формирование ИС –прикладные НИР, НИОКР)

Бюджет РАН(базовая оплата труда, основные средства)

Гранты РФФИ, ФЦНТП( НИР, поставка научного

оборудования, мобильность, генерация знаний)

Инновации(конкурентная оплата

труда, апгрейд оборудования,

генерация знаний, развитие персонала,

создание инновационных

продуктовПрограммы РАН(НИР) – генерация знаний,

мобильность

Контракты на выполнение НИОКР и

оказание НТУ – формирование прибыли

Подготовка специалистов

НАНОТЕХНОЛОГИЯ НАНОТЕХНОЛОГИЯ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ MATE MATEРИАЛОВРИАЛОВ

Технология формирования с

использование СЗМ

Технология нанокомпозитов с

заданными свойствами

Нанокристаллические,нанопористые и

нановолокнистые материалы

Физика и химия тонкопленочных и

нанодисперсных структур

Нанотехнология функциональных

материалов

Наноразмерныемонокристаллические полупроводниковые

структуры

Обработка и исследование поверхности

Процессы микроэлектроники

НАНОТЕХНОЛОГИЯ НАНОТЕХНОЛОГИЯ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ MATE MATEРИАЛОВРИАЛОВ

Функциональные покрытия и материалы с заданными и управляемыми оптическими и микроволновыми характеристиками

Микросенсоры, микропреобразователи и микроактуаторы

Элементы ближнепольной оптики

Интеллектуальные материалы и покрытия

Технологии тонкопленочных

структур и функциональных

нанокомпозиционных материалов

Основные направления исследований и разработок.

•Металло-полимерные магнитные тонкопленочные структуры.•Прозрачные прводящие покрытия.•Системы на основе тонких пленок фотополупроводников CdS-CdSe.•Нанопористые тонкие пленки.• Полупроводниковые химические газовые сенсоры на основе тонких пленок оксидных полупроводников.•Формирование наноразмерныхобъектов с использованием СЗМ

•Интеррференционные фильтры .•Поглощающие и излучающие покрытия микроволнового диапазона.•Функциональные и интеллектуальные материалы и покрытия.•Металло-полимерные и металло-оксидные нанокомпозиты.•Тонкопленочные магнито-импедансные и магнито-резистивные датчики.•Наноструктурные многофункциональные тонкопленочные покрытия для водородных топливных элементов.

Технологииприменяемые для создания

наноструктурированных тонкопленочных материалов

Резистивное, магнетронное, электронно- и ионно-лучевое распыление тонких пленок металлов,

полупроводников и диэлектриков.

Фотолитография.

Ионно-лучевое, плазмо-химическое и химическое травление.

Жидкофазное, вакуумное и газотранспортное нанесение полимеров.

СЗМ с возможностью формирования наноструктур и модификации поверхности.

Au  

Растровая электронная микрофотография скола зарощенной меза-полосковой лазерной структуры

Стадия нанесения золотого контактаУстановка для исследования СТМ-стимулированных

процессов наноформирования (1991 год)

Установка для формирования тонкопленочных структур методом

молекулярно-пучковой эпитаксии(1987 год)

История: от МПЭ квантово-размерных структур к История: от МПЭ квантово-размерных структур к наноформированию с помощью СТМнаноформированию с помощью СТМ

СТМ-изображение проводящей решетки,

сформированной на поверхности SiWx в

парах диэтилового эфира.

Размер кадра: 11 мкм

СТМ-изображение полосковой проводящей

структуры, сформированной на

поверхности SiWx в парах диэтилового эфира.

Размер кадра: 11 мкм

СТМ-изображение сопряжения круглой

и прямоугольной непроводящих наноразмерных

областей

2

4

1 3

aLsplit

b Lproximc

Наноформирование: темные стрелки — направление движения иглы СТМ (1) и тока, (2) — подложка, светлые стрелки потоки адсорбции и десорбции в газовой среде (3), (4) — полосковая структура; а — формирование рельефного проводящего полоска; b — “эффект расщепления”, c — формирование диэлектрического полоска и “эффект близости”

Формирование наноструктурированных пленок Формирование наноструктурированных пленок Fe –Fe – FeN FeN с заданными высокочастотными свойствами на с заданными высокочастотными свойствами на

полимерных подложкахполимерных подложках методом магнетронного методом магнетронного распыления в вакуумераспыления в вакууме

-20

0

20

40

60

80

100

120

140

0.1 1 10f, GHz

m

Fe - m''(f)

FeN - m''(f)medium

concentration

FeN - m''(f)maximum

concentration of N

I. T. Iakubov, I. A. Ryzhikov at al. JMMM, 2005

Наноструктурированные тонкопленочные композиты

Возможные применения: радиопоглощающие покрытия, СВЧ фильтры, резонаторы, антенны, и пр.

-1 2 0 -9 0 -6 0 -3 0 0 3 0 6 0 9 0 1 2 0У го л ази м у та , гр ад

-3 0

-2 5

-2 0

-1 5

-1 0

-5

0

ЭП

Р, д

Б

Ч асто т а 3 .0 Г Г ц , Е - V VП л а сти н а 1 5 2 1 5 2 м м

1 - м етал л и ч е ск а я п л асти н а1 - с Р П П "Н ап о л ео н -1 " (1 .3 м м )2 - с Р П П Р А Н -1 М (1 .5 м м )

0 3 0 9 0 7 0 5

Тонкие ферро-магнитные пленки

Тонкие ферромагнитные пленки имеют наибольшую СВЧ магнитную проницаемость

среди всех магнитных материалов

Частота, ГГц

Нанокомпозиты на основе тонких ферромагнитных пленок

70 нм

Частота, ГГц

A.N. Lagarkov, ETOPIM 2007

Формирование пленок Формирование пленок ITOITO с с заданным спектром заданным спектром

поглощенияпоглощения

ИТПЭ РАНИТПЭ РАН

Rel

ati

ve

thic

kne

ss

alt

era

tio

n, %

-15

-10

-5

0

5

10

15

20

25

Трехмерные наноструктурированные металл– полимерные пленки с заданными оптическими

характеристиками, полученными с использованием плазмохимического травления через

наноразмерную золотую маску

I.A. Ryzhikov at al. BIANISOTROPICS 2004, September 22-24, Ghent, Belgium

Атомно-силовая микроскопия. Изображения поверхности образцов типа O2/Au/CH4

с различным количеством циклов отжига (N)

Особенности фотопроводимости нанопористых Особенности фотопроводимости нанопористых гранулярных композитов на основе соединений гранулярных композитов на основе соединений

CdSe – CdS.CdSe – CdS.

И.А. Рыжиков и др. Радиотехника и электроника, 2008

Структура композита.

Схема работы управляемого Схема работы управляемого радиоотражающего покрытия обтекателя радиоотражающего покрытия обтекателя

антенны радиолокатораантенны радиолокатора

Cd(S,Se) R, kOhm /Ё

0,01

10 1000

Illumination, lux

Light “OFF”

Light “ON”

100,0

10,0

1,0

0,1

1000,0

100,0

Radome coated by a photosensitive film

Source of light

Screen of low-observable shape

Design A

Design B Needed

Available

Performance of the photosensitive films

Kissel at al. ICMAT 2007,1-6 July 2007. SUNTEC,Singapore

Особенности фотопроводимости нанопористых Особенности фотопроводимости нанопористых гранулярных композитов на основе соединений гранулярных композитов на основе соединений

CdSe – CdS.CdSe – CdS.

И.А. Рыжиков и др. Радиотехника и электроника, 2008

Экстраординарное прохождение света через Экстраординарное прохождение света через случайно расположенный массив случайно расположенный массив

субволновых отверстийсубволновых отверстий

bb

Экспериментальные данные о прохождении Экспериментальные данные о прохождении светасвета через пленки серебра осажденные на через пленки серебра осажденные на поверхность молекулярного фильтраповерхность молекулярного фильтра(curve 2) (curve 2) и и на поверхность сплошной полимерной пленкина поверхность сплошной полимерной пленки (curve 1).(curve 1).

CFC features:

Sensors in “stand by” mode 0.1 mWSensors in operation 10100 mWCell phone 1 WPocket PC 12 WXXI soldier 30 W, 2 kW·h

Dimensions ~ 220.2 cm3

Consumtion Pt < 0.1 mg/см2

Компактные топливные элементыКомпактные топливные элементы

30-100 mm

Pt < 0.1 mg/cm2

Gas-transport electrode

1-3 mm

Membrane

1-2 cm

ИТПЭ РАН

Gas-transport electrode

ИТПЭ РАН

Морфология катализатора на поверхности мембраны

Метод исследования: атомно-силовая микроскопия

Поверхность нафиона до нанесения платины

Поверхность нафиона с нанесенной магнетроном платиной

Поверхность нафиона с нанесенной магнетроном платиной, подвергнутого ионно-плазменной обработке

ИТПЭ ОИВТ РАН

Установка для нанесения пара –поли –ксилилена методом полимеризации в

вакууме

1. Защитное покрытие полипараксилилена толщиной 15 мкм.2. Адгезионный подслой 3. Функциональный слой4. Полимерная подложка

Защита многослойных функциональных покрытий

Структура покрытия

Элемент полимерной оптики

Селективное покрытие (элемент солнечного коллектора)

1.

2.

3.

4.

•Образцы структурированного покрытия оксида сплава АМГ-3 были получены микродуговым оксидированием (МДО).•Такие покрытия применяются в качестве коррозионностойких электродов • Остаточная сквозная пористость полученного слоя является дефектом и негативно отражается на функциональных характеристиках МДО слоя.•Поры в структурированном слое заполнялась полипараксилиленом.•До и после обработки образцов полипараксилиленом измерялось пробивное напряжение и сквозная пористость полученных МДО структурированных слоев.

Модификация МДО покрытий полипараксилиленом

Установка синтеза металлополимерных композитов

•Напыление защитных

полимерных покрытий•Синтез металлополи-

мерных композитов•“In situ” измерение

электрофизических

характеристик покрытий

Образцы металлополимерного композита

0 об.% 1.5об.% 2 об.% 4 об.% 5.3 об.% 6 об.% 8 об.% •Увеличение концентрации серебра в

композите приводит к изменению цвета, что связано с эффектом плазмонного резонанса на частицах серебра. Увеличение концентрации серебра приводит к уменьшению плотности наночастицы (кластера), что сопровождается уменьшением эффективной диэлектрической проницаемости кластера и приводитк сдвигу резонансной частоты. Appl Phys A (2010) Epsilon-near-zero material as a unique solution to three different approaches to cloaking.E. O. Lisnev, A. V. Dorofeenko,A. P. Vinogradov.

ВыводыВыводы

Использование технологий применяемых в микроэлектронике Использование технологий применяемых в микроэлектронике в сочетании с обратной связью основанной на контроле в сочетании с обратной связью основанной на контроле размерности получаемых структур на нанометровом уровне размерности получаемых структур на нанометровом уровне дает возможность получения материалов с уникальными дает возможность получения материалов с уникальными свойствами и с заданной функциональностью.свойствами и с заданной функциональностью.

Создание тонкопленочных структур с многоуровневой Создание тонкопленочных структур с многоуровневой организацией и нанометровой размерностью активных слоев организацией и нанометровой размерностью активных слоев – реальный путь создания сверхлегких и сверхтонких РПП.– реальный путь создания сверхлегких и сверхтонких РПП.

Наноструктурирование поверхности позволяет существенно Наноструктурирование поверхности позволяет существенно повысить управляемость технологии создания оптически повысить управляемость технологии создания оптически прозрачных теплозащитных и радиоотражающих покрытий.прозрачных теплозащитных и радиоотражающих покрытий.

Металлополимерные нанокомпозиты могут использоваться в Металлополимерные нанокомпозиты могут использоваться в качестве сред с заданными оптическими и качестве сред с заданными оптическими и электрофизическими свойствамиэлектрофизическими свойствами

Модификация границ раздела гранулярных нанопористых Модификация границ раздела гранулярных нанопористых полупроводников дает возможность получения материалов с полупроводников дает возможность получения материалов с уникальными значениями фоточувствительности и создания уникальными значениями фоточувствительности и создания экранов с управляемыми спектральными характеристиками.экранов с управляемыми спектральными характеристиками.