КАРТОЧКА ПРОЕКТА,
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 20-42-08004

НазваниеCоздание композитных насыщающихся поглотителей на основе различных низкоразмерных материалов (углеродных нанотрубок, графена, 2D материалов, квантовых точек) для лазеров со сверхкороткими импульсами

РуководительОбразцова Елена Дмитриевна, Кандидат физико-математических наук

Организация финансирования, регионФедеральное государственное бюджетное учреждение науки Федеральный исследовательский центр "Институт общей физики им. А.М. Прохорова Российской академии наук", г Москва

Годы выполнения при поддержке РНФ 2020 - 2022 

КонкурсКонкурс 2019 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований международными научными коллективами» (MOST)

Область знания, основной код классификатора 02 - Физика и науки о космосе, 02-204 - Нано- и микроструктуры

Ключевые словаУглеродные нанотрубки, графен, 2D- материалы, квантовые точки, насыщающееся поглощение, синхронизация мод, автокорреляция

Код ГРНТИ29.19.22


 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ


Аннотация
Cверхбыстрые твердотельные лазеры, в которых при использовании насыщающихся поглотителей (модуляторов пучков) реализуется режим самосинхронизации мод, очень популярны в связи с их простой конструкцией, высокой стабильностью, малым влиянием юстировки и низкой стоимостью. Они используются для многих приложений – для оптической связи, биомедицины, синтеза и обработки материалов, зондирования атмосферы и нелинейной спектроскопии. Недавние исследования показали, что наноматериалы, в том числе, одностенные углеродные нанотрубки (ОУН), графен, 2D материалы, квантовые точки, обладают исключительными нелинейно-оптическими свойствами и в матрицах из полимеров могут быть использованы как более эффективные насыщающиеся поглотители, чем широко распространенные сегодня полупроводниковые. Использование различных наноматериалов обеспечивает расширение рабочего спектрального диапазона насыщающихся поглотителей от ультрафиолетовой (УФ) до средней инфракрасной (МК) спектральной области. Одной из ключевых трудностей является достижение высокой и однородной дисперсии наноматериалов в полимерной матрице. Не менее важно использовать термостабильный полимер в качестве матрицы для диспергирования наноматериала при формировании насыщающегося поглотителя, поскольку плотности мощности используемых лазерных пучков велики. В данном проекте впервые будут разработаны и исследованы композиты, содержащие термостабильный полимер (полиимид, модифицированный полиамид и другие) и высокодисперсные наноматериалы (одностенные углеродные нанотрубки, графен, 2D материалы, квантовые точки) для формирования сверхбыстрых насыщающихся поглотителей, используемых для реализации режима самосинхронизации мод и получения сверхкоротких (суб-пикосекундных) импульсов в различных твердотельных лазерах. Использование различных видов наноматериалов обеспечит расширение рабочего спектрального диапазона создаваемых насыщающихся поглотителей. Некоторые из таких композитов будут созданы впервые. В проекте будут участвовать 2 научных команды -из Института общей физики им. А.М. Прохорова РАН (Москва, Россия) (ИОФ РАН) и из Национального университета науки и технологий Тайваня (NTUST, Тайвань), обладающие взаимодополняющими компетенциями и опытом. В 2015-2017 гг. эти две команды успешно выполнили совместный исследовательский проект РФФИ. По его результатам опубликованы 2 совместные статьи. Существующий опыт совместной работы и высокая научная квалификация участников должны обеспечить успешное выполнение данного проекта.

Ожидаемые результаты
В результате выполнения проекта будут разработан подход к унифицированному созданию композитных насыщающихся поглотителей на основе термостойких полимеров и диспергированных в них низкоразмерных материалов (углеродных нанотрубок, графена, 2D-материалов, квантовых точек), которые смогут перекрыть широкую спектральную область от УФ до среднего ИК.


 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ


Аннотация результатов, полученных в 2020 году
1. Предложен и реализован новый подход к массовому синтезу сверхузких графеновых нанолент на основе химического газофазного осаждения по схеме «снизу вверх” на никелевой фольге при достаточно низком вакууме. Существование нанолент подтверждено методами комбинационного рассеяния света и фотолюминесценции. 2. Методом химического осаждения из газовой фазы (CVD) были получены протяженные образцы MoS2, WS2 высокого качества. Переход от островков (80 мкм на SiO2, и 250 мкм на сапфире) к непрерывной пленке контролировался временем напыления. Были проведены исследования методами КР и фотолюминесценции. Спектры КР (и особенно их низкочастотная часть) оказались очень информативными для оценки количества слоев. 3. Осуществлен синтез графена с нагревом при пропускании электрического тока через подложку. Найдены режимы сверхбыстрого синтеза. За цикл длительностью менее 10 минут были синтезированы образцы размером 40х60 мм. Важным параметроv оказался температурный градиент, который неизбежен в случае нагрева фольги током. Были проведены множественные эксперименты для поиска оптимальной геометрической формы и получены значения градиента температуры не более 30 градусов на площади 40х60 мм. 4. Методами просвечивающей электронной микроскопии высокого разрешения и комбинационного рассеяния света подтверждена различная степень допирования одностенных углеродных нанотрубок при их заполнении молекулами акцептора электронов. 5. Было произведено разделение одностенных углеродных нанотрубок с разным диаметром по типу проводимости методом водно-полимерных фаз. Метод основан на разделении двух несмешивающихся полимеров: полиэтиленгликоля (ПЭГ) и декстрана. Верхняя фаза, преимущественно содержащая полиэтиленгликоль, более гидрофобна по сравнению с нижней фазой, преимущественно содержащей декстран. Геометрия нанотрубок определяет их гидрофобность. Для разделения нанотрубок по типу проводимости использовалась натриевая соль холевой кислоты (SC) и лаурилсульфат натрия (SDS). Эти поверхностно-активные вещества по-разному взаимодействовали с нанотрубками различного типа проводимости, приводя к перемещению полупроводниковых нанотрубок в верхнюю фазу, а металлических – в нижнюю фазу. При определенных концентрациях поверхностно-активных веществ (ПАВ) и полимеров в смеси, можно получить устойчивое разделение одностенных углеродных нанотрубок по типу проводимости. Были получены полупроводниковые, и металлические фракции ОУНТ с чистотой до 98%. 6. Изготовлены композиты из полиимида с диспергированными одностенными углеродными нанотрубками. Они использованы в качестве насыщающихся поглотителей в Er+ волоконном лазере. Реализован режим самосинхронизации мод. Порог термической стойкости нанотрубочного насыщающегося поглотителя составил 109 Вт/см2. 7. Проведено сравнение двух режимов синхронизации мод в полностью волоконном гольмиевом лазере: за счет нелинейного вращения поляризации (НВП), и гибридной синхронизации мод (НВП + одностенные углеродные нанотрубки), а также проведено исследование характеристик полученного импульсного излучения. Импульсная генерация была получена на длинах волн 2072 нм и 2082 нм с шириной спектра на полувысоте 3.7 нм и 3.3 нм, соответственно. Показано, что в случае гибридной синхронизации мод отношение сигнал/шум лучше на 3 дБ по сравнению с синхронизацией мод за счет НВП. Отмечена возможность самозапуска лазерной системы, реализованной за счет гибридной синхронизации мод. 8. ZnSe:Fe 2+ лазер с рабочей длиной волны 2940 нм подготовлен для проведения экспериментов по самосинхронизации мод с помощью насыщающегося поглотителя, основанного на одностенных углеродных нанотрубках. Проведены оптические исследования лазерного кристалла методами комбинационного рассеяния света и фотолюминесценции.

 

Публикации

1. Александр А. Тонких, Валентина А. Еремина, Дмитрий А. Мусатов, Александр Ю. Переяславцев, Эско И. Кауппинен, Елена Д. Образцова Tuning of Single-Wall Carbon Nanotube Macrosystem Properties through Doping in the Air for Electrode Material Applications ACS Applied Nano Materials, 2021, 4, 3, 3220-3231 (год публикации - 2020).

2. Виктор И. Клещ, Виталий Поршин, Павел Сербун, Антон С. Орехов, Ринат Р. Исмагилов, Сергей А. Малыхин, Валентина А. Еремина, Петр А. Образцов, Елена Д. Образцова, Дирк Люценкирхен-Хехт Coulomb blockade in field electron emission from carbon nanotubes Applied Physics Letters, 118, 053101 (2021) (год публикации - 2021).

3. Е.Д. Образцова, М.Г. Рыбин, П.А. Образцов Optical Properties of Graphene book "Graphene", ed. by Viers Skakalova, Elsevier Science and Technology, Vila Cordeiro - São Paulo – SP 04583-110 Brazil, - (год публикации - 2021).

4. Е.Д. Образцова, П.В. Федотов, Ф.Д. Васильева, П.В. Винокуров, Е.А. Образцова, В.Р. Исламова, М.Г. Рыбин, С.А. Смагулова OPTICAL PROPERTIES of MoS2, WS2 and GRAPHENE DEPOSITED from GAS PHASE Abstract book of XXXIVth International Winterschool (Euroconference) on Electronic Properties of Novel Materials, стр. 41-42 (год публикации - 2020).

5. Образцова Е.Д., Таусенев А.В., Рыбин М.Г., Быков А.Ю., Мурзина Т.В., Сороченко В. Р., Образцов П.А. Graphene for laser applications Book of abstracts of the First virtual Bilateral Conference on Functional Materials (BiC-FM), Finland - Russia, October 8th - 9th, Venue – zoom Scoltech (Moscow), Russia, p. 44-45., p. 46-47. (год публикации - 2020).


Аннотация результатов, полученных в 2021 году
В 2021 году было синтезировано или сформировано многообразие низкоразмерных материалов. Их формирование было оптимизировано. Была проведена всесторонняя характеризация структурными (электронная микроскопия, атомно-силовая микроскопия) и оптическими (поглощение света, комбинационное рассеяние света, люминесцентная спектроскопия, спектроскопия “накачки-зондирования”) методами. Большая часть из них сформирована на основе углерода: -одностенные углеродные нанотрубки (ОУН), чистые и заполненные молекулами – донорами или акцепторами электронов; - полимерные композиты с включенными ОУН или графеновыми хлопьями; - пленки графена и графеновые квантовые точки, синтезированные методом микроплазмы из биомассы, содержащей цитозан или крахмал; - сверхузкие полосы графена, выращенные методом химического газофазного осаждения с использованием «bottom-up” подхода; - нематические аэрогели, состоящие из Al2O3∙SiO2 волокон c высокой степенью ориентации, покрытых графеновой оболочкой с большим количеством дефектов. Другая часть материалов синтезирована на основе неорганических кристаллов: - тонкие пленки MoS2 и WS2, синтезированные методом химического газофазного осаждения , - малослойные образцы GaSe, GaS, InSe, полученные методом отщепления. 1. Полученные материалы использованы для создания насыщающихся поглотителей для твердотельных лазеров в различных спектральных диапазонах. Оптимизированный насыщающийся поглотитель из графена использован для реализации режима самосинхронизации мод в разработанном многоволновом компактном сверхбыстром лазере на основе одномодового волновода, записанного в кристалле ND:YAG. При изменении параметров накачки продемонстрировано одно-, двух- и многомодовые режимы синхронизации мод. Точный контроль внутрирезонаторных потерь обеспечивал стабильную непрерывную пассивную синхронизацию мод на длине волны 1064 нм и двухволновую синхронизацию мод на длинах волн 1061 и 1064 нм с частотой следования импульсов 9.5 ГГц. 2. Оптимизированный композитный насыщающийся поглотитель на основе одностенных углеродных нанотрубок использован для реализации гибридного режима самосинхронизации мод в источнике субнаносекундных импульсов в спектральном диапазоне 532–600 нм за счет генерации второй гармоники в нелинейных кристаллах ниобата лития и дигидрофосфата калия. Частота следования импульсов составляла 1 МГц, длительность 210 пс и энергия 0,7 нДж до усиления.и 420 пс с энергией 0,9 мкДж -после усиления. 3. Исследованы рабочие режимы и механизмы генерации Fe2+: ZnSe лазера для будущей реализации эксперимента по синжронизации мод в спектральном диапазоне вблизи 3 мкм. 4. Реализован достаточно простой масштабный синтез сверхузких графеновых нанополос (ГНП) с атомно-точной структурой с геометрией 3-AGNR на никелевой фольге в условиях достаточно низкого вакуума. Исследование методом комбинационного рассеяния (КР) света подтвердило структуру и высокое качество полученных ГНП. Яркая фотолюминесценция (ФЛ) наблюдалась в синем спектральном диапазоне с характерными особенностями, расположенными на 430 и 455 нм. Были зарегистрированы спектральные карты ФЛ (возбуждение-эмиссия), подтвердившие одномерную структуру нанополос. Методом «pump-probe” оценена высокая оптическая нелинейность материала. 5. Всесторонне исследованы графеновые квантовые точки (ГКТ), полученные от исследователей из NTUS (Тайвань). Вид карты ФЛ (поглощение- эмиссия) подтвердил 0-мерную природу материала. Измерены спектры комбинационного рассеяния света квантовых точек. Использование возбуждения КР с энергией, большей, чем максимум ФЛ, позволило зарегистрировать спектр КР на нулевом пьедестале. Электронно-микроскопические исследования дали оценку среднего размера ГКТ как 6 нм. Из положения и полуширины линий в спектре КР был оценен размер 1.5 нм. Это расхождение свидетельствует о дефектности ГКТ. Графеновые квантовые точки были диспергированы в прозрачных матрицах из карбоксиметилцеллюлозы. Эти структуры будут служить основой для создания насыщающихся поглотителей на основе ГКТ. для твердотельных лазеров. Проведены предварительные измерения времен релаксации электронных возбуждений в пленках и кинетики фотолюминесценции. 6. Синтезированы и охарактеризованы нематические аэрогели, состоящие из волокон Al2O3∙SiO2 c высокой степенью ориентации, покрытых графеновой оболочкой с большим количеством дефектов. В дальнейшем материал будет испытан в качесте термостойкого насыщающегося поглотителя. 7. Были также получены неуглеродные наноразмерные материалы. Методом послойного отщепления с помощью скотча получены малослойные кристаллы GaSe, GaS, InSe. Они охарактеризованы методами сканирующей электронной микроскопии, атомно-силовой микроскопии, комбинационного рассеяния света и фотолюминесцентной спектроскопии. Наиболее удачно прошел эксперимент с отщепленными слоями GaSe. Cледует заметить, что кристалл селенида галлия известен как один из наиболее перспективных материалов для нелинейной оптики в среднем и дальнем ИК диапазонах. Обнаружены размерные эффекты в тонких слоях GaSe различной толщины. Максимум фотолюминесценции, связанный с прямым переходом свободного экситона, смещается в сторону более высоких энергий при уменьшении толщины кристалла GaSe. При переходе от объемного кристалла GaSe к 6-ти тетраслоям ширина запрещенной зоны увеличивается с 2 эВ. (620 нм) до 2,17 эВ (571 нм). Методом функционала электронной плотности проведено исследование зависимости энергий оптических переходов от числа слоев в двумерном слоистом кристалле GaSe. С этой целью было проведено моделирование структур GaSe, содержащих 6, 8, 10, 12, 20, и 31 слой. Полученные данные были использованы для интерпретации данных фотолюминеценции. Возможности практического применения кристаллов GaSe ограничены низкой микротвердостью и хрупкостью. Проблема улучшения механических свойств селенида галлия является одной из актуальных на сегодняшний день. Легирование кристаллов GaSe изовалентными Se примесями (S) - один из возможных способов улучшения оптических и механических свойств кристалла. В нашей работе кристаллы GaSe были выращены методом Бриджмена. Легирование серой проводилось из расплава. Были зарегистрированы спектры фотолюминесценции, демонстрировавшие четкий сдвиг в сторону более высоких частот от 620 нм (для исходных кристаллов GaSe) до приблизительно 550 нм (для материала, содержащего 11% атомов серы). Таким образом, была продемонстрирована модификация оптических свойств кристаллов GaSe путем замещения Se / S. 8. Сформированы и изучены свойства двумерных материалов WS2, MoS2 и их композитов в виде тонкопленочных покрытий. Получение пленок производилось методом осаждения из газовой фазы с использованием порошкообразных прекурсоров MoO3, WO3 и S. Определены зависимости структурно-морфологических свойств, химического состава получаемых пленок от параметров процесса осаждения. В дальнейшем будут исследованы нелинейно-оптические свойства таких пленок. На данный момент результаты проекта опубликованы в 16 статьях в рецензируемых научных журналах (7 из них - в журналах Q1) и доложены в 6 докладах на российских и международных научных конференциях.

 

Публикации

1. А.Б. Логинов, Р.Р. Исмагилов, С.Н. Бокова-Сирош, И.В. Божьев, Е.Д. Образцова, Б.А. Логинов, А.Н. Образцов Формирование наноструктурированных пленок MoS2, WS2, MoO2 и гетероструктур на их основе Журнал технической физики, том 91, №10, стр. 1509-1516 (год публикации - 2021).

2. Александр А. Тонких, Валентина А. Еремина, Екатерина А. Образцова, Дмитрий А. Мусатов, Александр Ю. Переяславцев, Эско И. Кауппинен, Елена Д. Образцова Tunable Doping and Characterization of Single-Wall Carbon Nanotube Macrosystems for Electrode Material Applications ACS Appl. Nano Materials, т.4, №3, стр. 3220–3231 (год публикации - 2021).

3. В.И. Цебро, Е.Г. Николаев, Л.Б. Луганский, М.И. Кутузов, Р.А. Хмельницкий, А.А. Тонких, А.И. Харьковский Активационный прыжковый транспорт в нематических проводящих аэрогелях ЖЭТФ, т. 161, вып.. 2-3 (год публикации - 2022).

4. Виктор И. Клещ, Виталий Поршин, Павел Сербун, Ринат Р. Исмагилов, Сергей А. Малыхин, Валентина А. Еремина, Петр А. Образцов, Елена Д. Образцова, Дирк Леузенкирхен-хехт Coulomb blockade in field electron emission from carbon nanotubes Appl. Phys. Lett., том 118, стр. 053101 (1-6) (год публикации - 2021).

5. Е.Д. Образцова, М.Г. Рыбин, П.А. Образцов Optical properties of graphene "Graphene. Properties, Preparation, Characterization, and Applications", 2nd Edition, Elsevier, Amsterdam, 529 стр., гл. 7, стр. 133-142 (год публикации - 2021).

6. И. Жлуктова, В. Камынин, Н. Арутюнян, Е. Образцова, Д. Гурьев, А. Трикшев, В. Цветков Hybrid source of subnanosecond pulses in the spectral range 532-600 nm Applied Physics Express, том 14, стр. 112002 (1-5) (год публикации - 2021).

7. И.В. Антонова, Н.А. Небогатикова, Н.П. Степина, В.А. Володин, В.В. Кириенко, М.Г. Рыбин, Е.Д. Образцова, В.А. Голяшов, К.А. Кох, О.Е. Терещенко Grown Bi2Se3/graphene heterostructures with room temperature high carrier mobility J Mater Sci, том 56, стр. 9330–9343 (год публикации - 2021).

8. Мария Понарина, Андрей Охримчук, Тимофей Долматов, Максим Рыбин, Елена Образцова, Владимир Букин, Петр Образцов Intracavity losses effect on mode-locking in a waveguide laser with graphene saturable absorber Laser Physics Letters, том 19, стр. 015001 (1-4) (год публикации - 2022).

9. Н. Ильичев, А. Сидорин, Э. Гульямова, В. Туморин, В. Калинушкин, С. Миронов, А. Гладилин, Е. Гаврищук, М. Чукичев Quenching effect of upper laser level lifetime of Fe2+ ions in ZnSe by free electrons Journ. of Luminescence, том 239, стр. 118363 (1-5) (год публикации - 2021).

10. Н.Р. Арутюнян, Д.В. Рыбковский, Е.А. Образцова, Е.Д. Образцова Size-induced evolution of optical properties in gallium selenide thin layers Journ. of Luminescence, том 242, стр.118546 (1-6) (год публикации - 2022).


Аннотация результатов, полученных в 2022 году
За 3 года выполнения проекта были исследованы углеродные и неуглеродные материалы различной размерности (от 0 до 3х). В 2022 г. много усилий было посвящено исследованию 0-мерных объектов - графеновых квантовых точек (ГКТ), синтезированных в National Taiwan University of Science and Technology. Они оказались полезными не только для нелинейной оптики, но и для решения экологических и биологических проблем. 1. Совместно с Тайваньским государственным университетом науки и технологий (NTUST) проведены синтез методом микроплазмы и всесторонняя оптическая характеризация ГКТ со средним размером 4-8 нм, в том числе, легированных азотом. Обнаружена яркая экситонная люминесценция, положение максимума которой зависит от размера наночастиц. На основе ГКТ и наночастиц золота созданы и испытаны многофункциональные металлоорганические композиты с контролируемой структурой и свойствами, востребованными в оптоэлектронике, доставке лекарств, терапии рака, очистке воды и других экологических применениях. 2. Синтез и изучение гибридных наносистем фосфора и углеродных нанотрубок (УНТ) является перспективным направлением в разработке новых анодных материалов для литий-ионных аккумуляторов. Для определения структуры одномерного P, формирующегося внутри УНТ, были проведены теоретические расчеты полных энергий, спектров комбинационного рассеяния (КР) света и изображений просвечивающей электронной микроскопии высокого разрешения (ПЭМВР). В результате был выявлен одномерный аллотроп P, формирующийся внутри однослойных УНТ. Получено детальное соответствие между моделированием теории функционала плотности, ПЭМВР и низкочастотной КР спектроскопией. Был идентифицирован характерный спектроскопический сигнал, отвечающий местам соединения отдельных цепочек P между собой. Эти результаты раскрывают полную картину зависимости структуры одномерных аллотропов P от диаметра УНТ. 3. Проведено аминирование углеродных точек для применения в органических светодиодах (OLED) Углеродные (не графеновые) точки (УТ) -новый тип наночастиц, характеризующийся малыми размерами (<10 нм). УТ обладают следующими перспективными свойствами: фотолюминесценция (ФЛ) с высоким квантовым выходом, перестраиваемая длина волны излучения, низкая цитотоксичность, хорошая биосовместимость, высокая фотостабильность, химическая инертность, возможность пассивации или функционализации поверхности и др. Из измеренных спектров ФЛ следует, что вследствие аминирования спектр ФЛ смещается в синюю область. 4. Изучены оптические свойства (КР света и ФЛ) нового 2D-материала - пленок MoS2, синтезированных с помощью оригинальной разновидности методики химического газофазного осаждения (CVD) на основе использования газообразных прекурсоров в виде паров молибдена и сероводорода. Осаждение MoS2 производилось на кремниевую подложку, покрытую 300 нм слоем оксида SiO2. Пары Mo создавались путем термического испарения нитей. Поток сероводорода обдувал нагретые Mo нити и переносил пары металла к поверхности подложки. Получаемые пленки представляли собой совокупность пластинчатых кристаллитов MoS2 нанометровой толщины с преимущественной ориентацией вдоль нормали к поверхности подложки (MoS2 наностенки). Продольные размеры кристаллитов изменялись от 100 нм до 0,5-1 мкм в зависимости от длительности процесса осаждения и других его параметров. Разработанный метод синтеза позволил существенно увеличить скорость осаждения пленок MoS2, по сравнению с известными ранее. Пленки с продольными размерами флейков около 100 нм, синтезированные при длительности процесса 1-2 мин, содержали значительное количество монослойных фрагментов MoS2. Состав и кристалличность структуры получаемого пленочного материала подтверждены методом КРС. Спектры КР, зарегистрированные для образцов синтезированных пленок, содержали характерные для кристаллического MoS2 линии на частотах 384 и 407 см-1. При уменьшении размеров флейков, входящих в состав пленок, положения этих характерных линий смещались ближе друг к другу. Такое поведение спектров соответствует уменьшению количества слоев в кристаллитах MoS2, которое коррелирует с уменьшением размеров флейков. КРС в низкочастотной области позволило уточнить количество атомных слоев в MoS2 флейках. Так линия на частоте 25 см-1, обнаруживаемая в кристаллитах размером 100 нм, соответствует 2-3 слоям MoS2 политипа 2H, а в спектрах пленок с размерами флейков 500 нм присутствует линия 32 см-1, соответствующая 5-6 слоям MoS2 политипа 2H. В пленках с размерами флейков порядка 1 мкм таких низкочастотных линий не обнаружено, что говорит о том, что в них преобладают структуры MoS2 политипа 3R с числом слоев более, чем 13. Наличие монослойных структур MoS2 в синтезированных образцах проявилось и в спектрах ФЛ. Спектры ФЛ были нормированы на интенсивность линии рамановского рассеяния 408 см-1? т.к. она слабо зависит от количества слоев. Для низкоразмерных структур интенсивность ФЛ сильно зависит от количества слоев в чешуйчатых кристаллитах. Интенсивнсть ФЛ в пленках с чешуйками размером 100 нм на порядок выше, чем в пленках с размером чешуек от 500 нм до 1 мкм. При этом положение максимума ФЛ немного смещалось в красную сторону, что может быть связано с внутренними механическими напряжениями в пленке. Нелинейно-оптические характеристики пленок будут измерены в будущем. 5. Полимерные композиты на основе ОУНТ. Технология перенесения пленок на торец оптических лазерных элементов Были получены композитные пленки на основе карбоксиметилцеллюлозы и ОУНТ. Была разработана технология перенесения пленок на торец оптических лазерных элементов, в том числе на зеркала резонатора. Для этого пленки после высыхания были помещены на маску, имеющую отверстие, соответствующее лазерному элементу. Для создания адгезии между полимером и кварцевой поверхностью пленка обрабатывалась паром, наносилась на поверхность под прессом и высушивалась в течение 24 часов при 26 С. 6. Полимерные композиты на основе алмазных микроигл. Были получены композиты на основе алмазных микроигл и полимера. Алмазные микроиглы были синтезированы в лаборатории Проф. А. Образцова (физфак МГУ им. М.В. Ломоносова). Микроиглы были диспергированы в различных растворителях, таких как вода и спирт. Несмотря на ультразвуковую обработку суспензии, микроиглы агрегировали или выпадали в осадок. Для суспензии в этаноле при аппроксимации экспериментально измеренной зависимости поглощения на длине волны 250 нм от времени установлено, что характерное время оседания составляет 43 минуты. Была разработана и оптимизирована процедура изготовления композита на основе алмазных микроигл и карбоксиметилцеллюлозы (СМС) для обеспечения равномерного распределения игл в пленке. Изготовлялись 2 типа композитных пленок: с использованием центрифугирования и без. Суспензия алмазных микроигл была обработана с помощью УЗ-диспергатора (мощность 150 Вт) в течение 1 часа, далее она была смешана с 1% раствором СМС в пропорции 1:1. Первый композит был получен высушиванием пленки непосредственно из полученной суспензии, второй – после центрифугирования при 5000 rpm в течение 10 минут с последующим испарением растворителя. При центрифугировании часть алмазных наноигл осела, а наиболее мелкодисперсная фракция осталась в супернатанте, который был использован для формирования композита. Первая пленка из СМС с алмазными микроиглами представляла собой рассеивающий образец молочно-белого цвета. Вторая пленка была оптического качества – прозрачная среда без видимых скоплений. Было установлено (по спектрам оптического поглощения), что запрещенная зона материала составляет более 5 эВ; специфических линий поглощения не выявлено. В спектрах КР и ФЛ алмазных микроигл при возбуждении 532 нм наблюдались линии, характерные для центров окраски – азотных вакансий. Максимумы люминесценции азотных вакансий находились на 575 нм для NV(O) вакансий и 637 нм для NV(-) вакансий. Линия КР алмаза находилась на 1330 см-1 - сдвинута на 2 см-1 относительно обычного положения 1332 см-1. Это свидетельствовало либо о размерных эффектах, либо о механическом напряжении в алмазных микроиглах.

 

Публикации

1. - Ученые очистили воду с помощью квантовых точек и золота "Научная Россия", 22.11.2022 15:45 (год публикации - ).

2. - Воду очистили с помощью квантовых точек и золота "За науку" МФТИ, 22.11.2022 (год публикации - ).

3. - Ученые очистили воду с помощью квантовых точек и золота Nano News Net, 23 ноября, 2022 - 23:01 (год публикации - ).

4. Исламова В.Р., Рыбин М.Г., Тонких А.А., Кондрашов И.И., Губерна Е.А., Нгуен В.С., Образцова Е.Д, Quantitative Estimation of p- and n‑Doping Effects on Electrophysical and Optical Properties of CVD Graphene Journal of Physical Chemistry C, vol.126 (9), p.4620 – 4629. (год публикации - 2022).

5. Курнаван Д., Рахарда М.Р., Федотов П.В., Образцова Е.Д., Остриков К., Чанг В.-Х. Plasma-bioresource-derived multifunctional porous NGQD/AuNP nanocomposites for water monitoring and purification Chemical Engineering Journal, том 451, стр. 139083 (1-12) (год публикации - 2023).

6. Лобанов А..И.., Филатова С..А.., Трикшев А..И.., Садовникова Я..Э.., Камынин В..А., Арутюнян Н. Р., Образцова Е. Д. АВТОМАТИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС ИЗМЕРЕНИЯ ДИНАМИКИ НАСЫЩЕНИЯ ПОГЛОЩЕНИЯ ОПТИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ С ПОНИЖЕННЫМ ТЕРМИЧЕСКИМ ВОЗДЕЙСТВИЕМ Материалы Российской научно-технической конференции с международным участием «Оптические технологии, материалы и системы» (ОПТОТЕХ-2022), 5-10.12.2022, РТУ МИРЭА, Москва, Россия, . (год публикации - 2022).

7. Логинов А.Б., Бокова-Сирош С.Н., Федотов П.В., Божьев И.В., Хмеленин Д.Н., Исмагилов Р.Р., Образцова Е.Д., Логинов Б.А.,Образцов А.Н. Получение и свойства мезопористых пленок MoS2 Физика и техника полупроводников, - (год публикации - 2022).

8. Логинов А.Б., Федотов П.В., Бокова-Сирош С.Н., Сапков И.В., Хмеленин Д.Н., Исмагилов Р.Р., Образцова Е.Д., Логинов Б.А., Образцов А.Н. Synthesis, structural and photoluminescence properties of MoS2 nanowall films Physica Status Solidi B, https://doi.org/10.1002/pssb.202200481 (год публикации - 2022).

9. Образцова Е.Д., Федотов П.В., Курнаван D., Чанг В.-Х. Optical Properties of Bioresource-Derived Colloidal Nitrogen-Doped Graphene Quantum Dots as Biomarkers Proceedings of MRS Fall meeting 2022, Boston (USA) 27.11-2.12.2022, MRS Fall Meeting - 2022, 27.11-2.12.2022, Symposium NM02, 29 November, NM02.06.06, приглашенный доклад (год публикации - 2022).

10. Образцова Е.Д., Федотов П.В., Курнаван Д., Чанг В.-Х. Synthesis and Characterization of Colloidal Nitrogen-Doped Graphene Quantum Dots as Biomarkers Proceedings of "Advances and applications in carbon related nanomaterials: From pure to doped structures including heteroatom layers", Proceedings of "Advances and applications in carbon related nanomaterials: From pure to doped structures including heteroatom layers" (год публикации - 2023).

11. П.В. Федотов, Д.В. Рыбковский, И.В. Новиков, Е.Д. Образцова Optical Properties of 3-Armchair Graphene NanoribbonsProduced by a Combination of Chemical Vapor Depositionwith a Bottom-up Approach Physica Status Solidi B, v. 259 (4), p. 2100501 (1-7) (год публикации - 2022).

12. Рыбковский Д.В., Коротеев В.О., Импеллицери А., Ворфоломеева А.А., Герасимов Е.Ю., Окотруб А.В., Чувилин А., Булушеыв Л.Г., Эвелс К.П. “Missing” One-Dimensional Red-Phosphorus Chains Encapsulated within Single-Walled Carbon Nanotubes ACS Nano, vol. 16 (4), p. 6002-6012 (год публикации - 2022).

13. Томская А.Е., Асанов И.П., Юшина И., Рахманова М.И., Смагулова С.А. Optical Properties of Tricarboxylic Acid-Derived Carbon Dots ACS Omega, т.7, стр. 44093−44102 (год публикации - 2022).

14. Томская А.Е., Смагулова С.А. Исследование свойств углеродных точек для применения в органических светодиодах (OLED) Материалы школы-конференции молодых ученых ЭПрохоровские недели, 18-20 октября 2022 г., Материалы 5-ой Школы-конференции молодых ученых «Прохоровские недели», 18 - 20 октября 2022 года, Москва, Россия, стр. 94. (год публикации - 2022).

15. Чен Я.И., Курнаван Д., Федотов П.В., Образцова Е.Д., Чанг В.-Х. Bioresource-Derived Colloidal Nitrogen-Doped Graphene Quan-tum Dots as Ultra-sensitive and Stable Nanosensors for Cancer and Neurotransmitter Biomarkers Journ. of Materials Chemistry B, т. 10, стр. 9654–9661 (год публикации - 2022).


Возможность практического использования результатов
Отравление воды тяжелыми металлами вызывает долговременные и тяжелые заболевания. Печальную известность получили события в Японии, где в заливе Минамата в начале ХХ века был запущен химический завод, сбрасывавший промышленные отходы по каналу в морскую воду. Это вызвало отравление морских обитателей, местных жителей и домашних животных. Проведенный анализ показал, что в устье канала находятся частицы селена, таллия, марганца, меди, свинца и ртути. Болезнь поражала центральную нервную систему, вызывая онемение, ухудшение зрения, речи и слуха, а в тяжелых случаях — летальный исход. К сожалению, это не единственный случай массового отравления ртутью, заставивший в результате обратить пристальное внимание на качество воды, особенно на наличие токсичных ионов тяжелых металлов Hg 2+ и Cr(VI), а это весьма непросто: они бесцветны, хорошо растворимы в воде и практически неуязвимы. Побочным результатом данного проекта стал синтез и характеризация материала - композитных квантовых точек из графена и золотых наночастиц, который активно связывает тяжелые металлы. При этом материал ярко люминесцирует, и люминесценция заметно меняется в присутствии тяжелых металлов, что дает информацию о концентрации загрязнения. Таким образом, мембраны из квантовых точек перспективны для очистки воды. Наши тайваньские коллеги уже провели успешные пробные эксперименты.