|
Научные достижения химического факультета
21.04.2021
Дёшево и прозрачно: ученые МГУ придумали новый способ синтеза материалов для оптоэлектроники
Сотрудники
Химического факультета и факультета наук о материалах МГУ им. М.В. Ломоносова
совместно с институтами РАН создали пленки на основе оксида ванадия, обладающие
рекордными показателями. Совокупность этих преимуществ вместе с дешевизной
новой методики синтеза позволяет надеяться на большой прорыв в оптоэлектронике.
Результаты исследования опубликованы в журналах CrystEngComm и Сeramics International. Работа поддержана грантом РНФ 18-73-10212
Терагерцовая оптоэлектроника широко применяется в системах
безопасности. Терагерцовые волны – не ионизирующие (от них в веществе не
образуются ионы, как от рентгеновских волн), но дерево, пластик и керамика для
них прозрачны, в отличие от воды и металла. Поэтому с помощью терагерцовых волн
удобно просвечивать чемоданы. Кроме того, волны данного диапазона можно
применять в контроле качества продуктов питания и строительных материалов, а
также в медицине и в фармацевтике. Можно, но неудобно.
"Сейчас типичные устройства, основанные на принципе управления
потоком терагерцовых волн, довольно громоздки, что ограничивает их
потенциальное применение, -- рассказал один из авторов
работы, к.х.н., сотрудник Химического факультета Артем Макаревич, -- Особенно
если принять во внимание постоянно растущие требования к миниатюризации и
повышению эргономики устройств. Поэтому разработка материалов для компонентов
устройств ТГц-диапазона – датчиков и модуляторов – попала в зону интереса
крупных фундаментальных и коммерческих проектов. Ранее уже было предпринято
множество попыток поиска подхода к созданию высокоэффективных функциональных
материалов, однако эта область все еще мало изучена. Поэтому прорыв в данной
области может сыграть ключевую роль в развитии рынка ТГц-устройств".
Диоксид ванадия (VO2) – одно
из соединений, которое вызывает повышенный интерес в области оптоэлектроники
из-за резкого изменения проводимости на 4-5 порядков при температуре, близкой к
комнатной (68 градусов Цельсия). Такой переход позволяет создавать сверхбыстрые
оптоэлектронные переключатели, управляемые температурой. Также материалы
(например, пленки) на основе оксида ванадия используются в "умных окнах",
инфракрасных датчиках, биосенсорах и др. Однако характеристики материалов из
оксида ванадия напрямую зависят от способа получения. Поэтому одной из главных
задач для ученых стал поиск оптимальной и наиболее эффективной методики синтеза
пленок на основе оксида ванадия.
Химики и материаловеды МГУ с коллегами вырастили гидротермальным
методом пленки диоксида ванадия с необычной структурой, внешне схожей с
ёлочными иголками. Как говорят авторы работы, метод новейший, он использован
всего в 11 работах по всему миру, 3 из которых принадлежат авторству данной
научной группы. С точки зрения синтетического подхода направление не только новое,
но и непростое из-за большого количества параметров. С другой стороны, оно
перспективное, так как воспроизводимое и более дешевое, чем другие методы.
"Пленки, которые мы получили новым методом,
обладают рекордными для данного типа материалов характеристиками, -- рассказала
доцент факультета наук о материалах МГУ к.х.н. Ольга Бойцова . -- К примеру, по
чувствительности в терагерцовом диапазоне: при 1.5ТГц пропускание падает в 8
раз (c 80% до 10%), что
очень много для неполимерных материалов. Также рекордным стал острый
термоэлектрический переход -- при 68 градусах Цельсия величина сопротивления материала
уменьшается почти на 6 порядков (в остальных исследованиях удавалось достичь 4
порядков). Сейчас мы пытаемся уменьшить температуру, при которой происходит
этот переход, так как 68 градусов – весьма неудобная с позиции широкого
применения материалов. Кроме того, для нас важно совместить термоэлектрические
свойства пленок и их чувствительность к воздействию ИК и терагерцового
излучений – это позволит расширить область использования. Материалы с такой
комбинацией свойств используются в ИК-датчиках температуры – в них для
получения результата прибор "считывает" излучение, испускаемое объектом".
На фото: к.х.н., сотрудник Химического факультета Артем Макаревич,
доцент факультета наук о материалах МГУ к.х.н. Ольга Бойцова со студентами;
автоклав для гидротермального синтеза.
Автор фото: Александра Кучерова/пресс-служба химического факультета МГУ
|
