Нанотубулярные структуры оксидов металлов прочно закрепились в нанотехнологической сфере как материалы, обладающие широчайшим спектром приложений и сочетающие в себе зачастую уникальные структурные особенности и специфическую морфологию. Подобные наноструктуры на основе диоксидов гафния находят применение в синтезе, фотокатализе, солнечной и водородной энергетике, опто- и наноэлектронике, медицине и др. Сегодня ведущими учеными всего мира активно ведутся поиски новых композиционных матриц на основе неорганических оксидных нанотрубок с целью оптимизировать их функциональные характеристики и расширить список возможных приложений. Настоящий проект направлен на исследования оригинальных твердотельных структур на основе нанотрубок диоксида гафния с различными структурными и физико-химическими особенностями. В технологической части проекта будут развиты фундаментальные основы синтеза нанотрубок HfO2-x с аморфной и кристаллической структурой различного фазового состава, с варьируемым показателем анионной нестехиометрии и с разным содержанием собственных и примесных дефектов. Будут изучены фундаментальные характеристики нанотубулярных массивов диоксида гафния, проанализировано влияние режимов синтеза и условий последующей термохимической и радиационной обработки на их оптические, люминесцентные и электрофизические свойства. Впервые будут получены фундаментальные данные о термостимулированных механизмах формирования люминесцентного отклика в облученных нанотрубках диоксида гафния. С точки зрения практической значимости полученные результаты предоставят физико-химическую основу для направленной разработки новых функциональных сред для нано- и оптоэлектроники, гибкой и гибридной электроники, а также других высокотехнологических приложений. Результаты исследований, проведенных в рамках проекта, будут представлены на профильных международных и всероссийских конференциях, направлены для регистрации в виде объектов интеллектуальной собственности и опубликованы в авторитетных исследовательских журналах, индексируемых в российских и международных базах научного цитирования.
Ожидаемые результаты:
Научная значимость ожидаемых результатов научного исследования, полученных в ходе реализации проекта, соответствует мировому уровню и является конкурентной в области получения высокофункциональных нанотубулярных структур на основе анодных оксидов с уникальными электрофизическими и люминесцентными свойствами. Нанотрубки диоксида гафния различного фазового и дефектного состава будут синтезированы с использованием различных электрохимических режимов, а также будут изучены их оптические, люминесцентные и электрофизические характеристики. Высокий инновационный потенциал ожидаемых результатов обусловлен хорошими перспективами многоцелевых применений в различных высокотехнологичных областях: опто-, наноэлектронике, гибридной и гибкой электронике, люминесцентной дозиметрии, бетавольтаике и др. В течение первого года планируется синтез и аттестация полученных нанотубулярных массивов с использованием методов электронной микроскопии, рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии, спектроскопии комбинационного рассеяния, рентгеновской диффрактометрии и др. и установление влияния условий синтеза на морфологический и фазовый состав структур, а также исследование оптических и люминесцентных свойств нанотубулярного HfO2.
В течение второго года планируется исследование влияние температур в диапазоне от криогенных до 1000 K на оптические и люминесцентные свойства структур, анализ проявлений эффектов нестихиометрии в анионной подрешётке, механизмов генерации электрон-дырочных пар при радиационном возбуждении и процессов рекомбинации и захвата свободных носителей заряда на оптически активных центрах собственной природы. Полученные результаты послужат научной основой для создания прототипов многофункциональных сред для совершенствования компонентной базы современной наноэлектроники. Фактически планируемые исследования соответствуют направлению Н1 "Переход к передовым цифровым, интеллектуальным производственным технологиям, роботизированным системам, новым материалам и способам конструирования, создание систем обработки больших объемов данных, машинного обучения и искусственного интеллекта". Высокий уровень результатов будет подтвержден публикациями в ведущих научных изданиях, планируется представить 4 статьи в международных изданиях, индексируемых в WoS и Scopus. Для апробации полученных результатов планируется участие в авторитетных конференциях и молодежных научных мероприятиях для получения опыта научного обмена аспирантом и студентом, принимающих участие в исследованиях.
