КАРТОЧКА ПРОЕКТА ОПЫТНО-КОНСТРУКТОРСКОЙ РАБОТЫ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ
Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Номер проекта 24-91-25005
НазваниеРазработка нанодисперсных материалов на основе электропроводящих нанонитей для формирования прозрачных электродов матричных фотоприемных устройств на спектральный диапазон 0.4-2.0 микрометра методами жидкофазных технологий и печатной электроники
Руководитель Арсенов Павел Владимирович, Кандидат технических наук
Организация финансирования, регион федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Московский физико-технический институт (национальный исследовательский университет)" , г Москва
Конкурс №3025 - Конкурс 2024 года «Выполнение прикладных научных исследований в рамках стратегических инициатив Президента Российской Федерации в научно-технологической сфере в области производства приборов гибкой и печатной электроники» (3025)
Область знания, основной код классификатора 11 - Технологическое направление «Микроэлектроника»; 11-922 - Расходные материалы для изготовления и корпусирования приборов гибкой и печатной электроники
Ключевые слова синтез наноматериалов, наночастицы, электропроводящие нанонити, нанодисперсии, печатная электроника, аэрозольная печать, прозрачные токопроводящие электроды
ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ
Аннотация
Целью проекта является разработка опытной установки синтеза электропроводящих нанонитей и технологического процесса изготовления нанодисперсных материалов на их основе для применений в оптоэлектронных устройствах. Оптически прозрачные токопроводящие электроды являются одним из ключевых компонентов фотодетекторов, солнечных элементов, светодиодов, дисплеев. Одним из наиболее перспективных материалов для формирования прозрачных электродов являются электропроводящие нанонити, прежде всего, серебряные. Ключевые характеристики прозрачных токопроводящих электродов (прозрачность и слоевое сопротивление) определяются размерными характеристиками нанонитей (диаметр и длина), составом дисперсий на их основе и методом формирования покрытий: нанесение в поле центробежных сил (spin-coating), экструзионная печать (slot-die coating), струйная печать, аэрозольная печать и др.
Одной из проблем, решаемых в проекте, является разработка высокопроизводительного технологического процесса синтеза серебряных нанонитей с большим аспектным отношением размеров длины к диаметру (более 1000) для обеспечения высокой проводимости токопроводящих электродов. Другой проблемой ставится разработка нанодисперсных материалов на их основе, подходящих по своим реологическим характеристикам, для формирования прозрачных электродов матричных фотоприемных устройств методами жидкофазных технологий и печатной электроники. Крайне важно, чтобы вязкость нанодисперсий находилась в диапазоне от 1 до 50 мПа∙с, а поверхностное натяжение в диапазоне от 1 до 50 мН/м, что обеспечивает возможность их адресного нанесения на подложку методами печатной электроники. При этом, температура обработки формируемых токопроводящих электродов не должна превышать 100 °C для технологической совместимости с матричной фоточувствительной структурой на основе коллоидных квантовых точек.
Последней проблемой, решаемой в проекте, является изготовление прозрачных токопроводящих электродов, на основе разработанных нанодисперсных материалов электропроводящих нанонитей, методами жидкофазных технологий и печатной электроники. Главными требованиями являются обеспечение удельного слоевого сопротивления прозрачных токопроводящих электродов менее 100 Ом/квадрат при прозрачности более 80% в спектральном диапазоне 0.4-2.0 микрометра.
В качестве целевых параметров, которые ставятся в качестве ожидаемых результатов в исследованиях и разработках, для изготавливаемых материалов являются:
- синтез электропроводящих нанонитей с обеспечением массовой производительности – не менее 1,5 кг/год;
- длина синтезируемых электропроводящих нанонитей – не менее 10 мкм;
- диаметр – менее 100 нм;
- вязкость изготавливаемых нанодисперсий на основе электропроводящих нанонитей – в диапазоне от 1 до 50 мПа∙с;
- поверхностное натяжение – в диапазоне от 10 до 50 мН/м.
Для синтеза Ag-нанонитей будет применяться полиольный метод, заключающийся в контролируемой термообработке реакционной системы. При этом будет изучено влияние состава реакционной системы и концентрации используемых компонентов, а также условий термообработки (температура и длительность процесса), на микроструктурные свойства образующихся в результате химического восстановления наночастиц серебра.
Наиболее известной технологией масштабируемого синтеза является использование закрытых стеклянных реакторных систем. Такая система дает множество преимуществ, например, относительно простое производственное оборудование, точный синтез и легкую оптимизацию варьируемых параметров. Тем не менее, производственная мощность этой реакционной системы ограничена объемом реактора. Более того, трудно гарантировать воспроизводимость партий, изготавливаемых наноматериалов. С этой целью в проекте будет дополнительно исследован и разработан более эффективный новый подход для реализации масштабируемого высококачественного производства серебряных нанонитей. Данный подход заключается в использовании проточной химии, основанной на процессе микрореакций, которая улучшает смешивание прекурсоров, теплообмен, а также контроль времени реакции. Фактически, по сравнению с закрытой реакторной системой, проточная микрореакция позволяет относительно просто увеличить производительность за счет пропорционального масштабирования синтетического реактора или системы. Однако, в проекте предстоит решить проблемы достижения воспроизводимости синтезируемого материала из-за неравномерного теплового и композиционного распределения по потоку и радиальному направлению.
Для формирования токопроводящих электродов с требуемыми параметрами на основе серебряных нанонитей будут использоваться принципиально новые подходы с использованием современных технологий печати, такие как струйная и аэрозольная печать. Данные технологии позволяют бесконтактно формировать микроструктуры с высоким разрешением печати (до 10 мкм) и высокой производительностью на любом типе подложек. Переход к жидкофазным технологиям и методам адресной печати востребован, так как позволяет многократно снизить себестоимость производства матричных фотоприемных и других оптоэлектронных устройств.
Результаты обзора современного состояния исследований в рассматриваемой области свидетельствуют о том, что тематика, связанная с синтезом серебряных нанонитей и их применением для изготовления прозрачных электродов, на сегодняшний день в России остаётся практически без внимания научного сообщества – с помощью научно-поисковой системы SciFinder найдено всего несколько соответствующих публикаций отечественных авторов, хотя в мире общее количество работ, связанных с изучением серебряных нанонитей, превышает 300 тысяч. Лидером с точки зрения количества публикаций по рассматриваемой тематике на данный момент является Китайская академия наук, за которой следует Калифорнийский университет (США). Данный проект представляет собой серьезный шаг в направлении отечественного развития в области создания нанодисперсных материалов на основе электропроводящих нанонитей. Поэтому реализация проекта создаст технологическую базу для организации микротоннажного производства и импортозамещения данных востребованных материалов для оптоэлектроники.