Новости

28 апреля, 2021 17:13

Дёшево и прозрачно: химики придумали новый способ синтеза материалов для оптоэлектроники

Источник: Менделеев.info
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.
Авторы работы. Источник: Александра Кучерова / МГУ
Автоклав для гидротермального синтеза. Источник: Александра Кучерова / МГУ
3 / 4
Авторы работы. Источник: Александра Кучерова / МГУ
Автоклав для гидротермального синтеза. Источник: Александра Кучерова / МГУ
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».


13 мая, 2021
Пористые наночастицы помогут эффективнее доставлять лекарства длительного действия
Российские химики получили наноконтейнеры для лекарств из металлоорганического материала на основе ц...
12 мая, 2021
Новый подход к созданию материалов для газовых сенсоров и энергетики
Сложные оксиды – оксиды, образованные двумя и более металлами – используются для получения самых раз...