Нанотехнологии

1. Синтез и исследование свойств новых, перспективных микро- и наноразмерных флуоресцентных материалов
2. Синтез новых нанокристаллических люминофоров на основе соединений редкоземельных элементов для создания светящихся элементов защиты документов
3. Разработка гибкого солнечного элемента
4. Синтез и особенности текстурных характеристик 2D-структур на основе алюмосиликатов и перспективы их применения в качестве каталитических и сенсорных систем

Описание проектов

1. Синтез и исследование свойств новых, перспективных микро- и наноразмерных флуоресцентных материалов

Руководитель проекта: Соков С.А.

Аннотация: В настоящий момент, несмотря на повсеместную цифровизацию и внедрения электронного документооборота, большая часть информации, связанной с деньгами (ценные бумаги, документы, сами банкноты) находится на бумажных носителях. Они в свою очередь могут быть подделаны. Фирмы, осуществляющие выпуск подобных бумаг и документов (например, ГОЗНАК для России), ежегодно стремятся усложнить способ подделки документов, вводя новые системы защиты. Несмотря на это, средний контакт с бумагой и банкнотой для проверки сравнительно недолгий (в пределах нескольких секунд). Как следствие — проверить все степени защиты физически невозможно, отдается предпочтение легко и быстро проверяемым элементам защиты. Это могут быть водяные знаки, QR-коды или флуоресцентные метки. Преимущество последних — высокая скорость проверки. Используя стандартную УФ-лампу широкого диапазона (например, 365 нм) можно достаточно быстро сверить купюру на оригинальность. Такие метки относятся к машиночитаемым знакам — использование таких знаков позволяет четко и быстро посчитать количество и номинал используемых денежных купюр.

Целью проекта является синтез новых веществ или комбинация уже имеющихся веществ с синергичным увеличением их свойств, чьи растворы обладают устойчивым флуоресцентным эффектом сходным или превосходящим известные аналоги.

Задачи, решаемые в проекте:

– поиск и разработка методик синтеза флуоресцентных веществ,
– планирование и постановка синтезов веществ,
– изучение физико-химических, оптических и биологических свойств полученных веществ и их растворов,
– разработка способа нанесения вещества на физические носители,
– испытание долговечности и эффективности продукта.

Партнеры проекта: Тольяттинский государственный университет

Презентация проекта

2. Синтез новых нанокристаллических люминофоров на основе соединений редкоземельных элементов для создания светящихся элементов защиты документов

Руководители проекта: Мерещенко А.С., Носов В.Г.

Аннотация: Фотолюминесценцей называется явление свечения в результате поглощения света. В современном мире материалы, проявляющие фотолюминесценцию (люминофоры) широко используются в науке, технике и медицине. Нанокристаллические люминофоры активно используются в медицине и биотехнологиях как люминесцентные метки для изучения структуры клеток и диагностики заболеваний. Особый интерес представляют антистоксовые люминофоры - вещества, которые излучают свет с более высокой частотой, чем свет, который они поглощают. Помимо биометок, на их основе изготавливают визуализаторы инфракрасного излучения и приборы ночного видения, ведутся исследования по разработке новых типов пломб с добавками антистоксовых люминофоров, их активно используют для создания защитных знаков документов и денежных купюр. 

Многие соединения редкоземельных металлов обладают выраженными люминесцентными свойствами. Из литературных данных известно, что среди соединений редкоземельных элементов наиболее яркой люминесценцией обладают фторсодержащие соединения, например состава ReF3 или NaReF4, причем, фазовый состав и морфология частиц критически влияет на люминесцентные свойства. Данный проект посвящен синтезу нанокристаллических люминофоров со смешанной кристаллической матрицей, обладающих стоксовой (NaYxGdyEuzF4, NaYxLuyEuzF4, NaYxGdyTbzF4, NaYxLuyTbzF4) и антистоксовой (NaYxGdyYbzTmkF4, NaYxLuyYbzTmkF4, NaYxGdyYbzErkF4, NaYxLuyYbzErkF4) люминесценцией, изучению влияния концентрации исходных реагентов и условий синтеза на интенсивность и спектр люминесценции. Синтез будет проводиться гидротермальным методом, водный раствор будет помещен  в автоклав и нагрет до 180 градусов Цельсия. Будет изучен качественный и фазовый состав полученных материалов, размер и форма частиц. Также в данном проекте будет проведен пробный синтез металлорганических каркасных структур на основе комплексов европия (III) и тербия (III) с ароматическими карбоновыми кислотами (например, терефталевая кислота), обладающих люминесцентными свойствами.

По итогам работы, из полученных материалов будет создан прототип элемента защиты документа, различно светящийся при облучении инфракрасным и ультрафиолетовым светом.

Партнеры проекта: Санкт-Петербургский государственный университет

Презентация проекта
 

3. Разработка гибкого солнечного элемента

Руководитель проекта: Явтушенко И.О., Жмырко Е.В.

Аннотация: Гибкая электроника на данный момент является одним из наиболее активно развивающихся направлений микроэлектроники. Основная проблема существующих полупроводниковых систем на основе кремния - это отсутствие возможности изготавливать тонкие гибкие кристаллические структуры, что открывает большие возможности перед электронными компонентами на основе органических элементов. Исследователями-нанотехнологами ведется поиск новых материалов для гибкой электроники – стабильных к действию влаги, света и сохраняющих работоспособность при повышенных или пониженных температурах. Органические проводники позволяют в полной мере заменить существующие элементы микроэлектроники применяемые для изготовления солнечных элементов, причем их стоимость и стоимость технологического процесса оказываются значительно ниже. Основная проблема солнечных элементов на основе органических элементов - это выход на тот же КПД преобразования солнечного потока, что и их полупроводниковые аналоги.

Партнер проекта: Ульяновский центр трансфера технологий (Ульяновский наноцентр)

Презентация проекта

4. Синтез и особенности текстурных характеристик 2D-структур на основе алюмосиликатов и перспективы их применения в качестве каталитических и сенсорных систем

Руководитель проекта: Грибанов Е.Н.

Аннотация: Алюмосиликаты благодаря своей развитой поверхности и высокой стабильности нашли применение в качестве катализаторов и осушителей газов, при получении композиционных материалов, в химическом анализе на стадии разделения и концентрирования аналитов , при очистке объектов окружающей среды от токсикантов различной природы и т.д. Свойства данного минерала во многом зависят от его текстурных характеристик. Особенность структуры алюмосиликатов связана с наличием в них упорядоченной системы пор, в том числе молекулярного размера. Тем не менее, поры с малым диаметром затрудняют транспорт более крупных молекул внутрь минерала, что приводит к снижению эффективности использования его поверхности и накладывает ограничения на области практического применения. Одним из способов интенсификации процессов с участием алюмосиликатов является переход от массивного тела к низкоразмерным системам, в частности, к микро- и нанопленкам, а также организованным на их основе материалам. В тонких пленках алюмосиликатов минимизированы затруднения на проникновение молекул по системе каналов к активным центрам минерала в его объеме, возможно проявление размерного эффекта и связанные с ним изменения электронной структуры, химических и физических свойств. Области практического использования тонкопленочных материалов на основе алюмосиликатов: высокоэффективные катализаторы; матрицы-носителя наночастиц различной природы и размера; защитные покрытия, в том числе для аэрокосмических сплавов, или микробиоцидные покрытия при изготовлении имплантов; тонкослойная хроматография, а также разработка тест-систем и сенсоров.

Целью проекта является синтез плёнок алюмосиликатов микро- и субмикротолщины на поверхности подложки, систематическое изучение их текстурных характеристик в зависимости от условий получения, а также изучение возможности практического применения в качестве катализаторов и сенсорных систем. 

Задачи, решаемые в проекте:
1. Разработка способа электрохимического синтеза тонкопленочных покрытий на основе алюмосиликатов.
2. Систематическое изучение особенностей текстурных характеристик (морфология поверхности и удельная площадь поверхности) плёнок в зависимости от условий их получения.
3. Изучение фотокаталитической активности пленок в реакции разрушения модельных веществ на поверхности алюмосиликата.
4. Разработка сенсорной тест-системы на основе химически модифицированных пленок алюмосиликата для определения антибиотиков тетрациклинового ряда.

Партнеры проекта: АО «Завод Протон» (Зеленоград), НИУ «МИЭТ», Орловский государственный университет имени И.С.Тургенева

Презентация проекта

Литература

1. Еремин В.В. Теоретическая и математическая химия. Подготовка к химическим олимпиадам. М.: МЦНМО, 2007. 392 с.
2. Сергеев Г.Б. Нанохимия. М.: Изд-во МГУ, 2003. 288 с.

Интернет-ресурсы

1. Ерёмин В. В. Общая химия. Основные понятия химии
2. Ерёмин В. В. Основные приемы решения олимпиадных зада
3. Белов А. Скорость химической реакции
4. Калмыков С.Н. Радиохимия сегодня. Лекция для школьников и не только

Интернет-курсы, рекомендуемые для прохождения (по желанию)

1. Сорбционные технологии на страже гидросферы
2. Атомистическое моделирование и материаловедение
3. Супергидрофобность: несмачиваемые поверхности
4. Сканирующая зондовая микроскопия
5. Введение в нанотехнологии
6. Шкала масштабов композиционных материалов
7. Аддитивные технологии
8. Принципы нано-армирования волокнистых композитов