КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
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 18-73-10212
НазваниеСинтетические подходы стабилизации свето- и термочувствительных материалов на основе сложных оксидных систем со спинодальным распадом
Руководитель Бойцова Ольга Владимировна, Кандидат химических наук
Организация финансирования, регион федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова Российской академии наук , г Москва
Конкурс №30 - Конкурс 2018 года по мероприятию «Проведение исследований научными группами под руководством молодых ученых» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными
Область знания, основной код классификатора 03 - Химия и науки о материалах; 03-601 - Химия новых неорганических функциональных и наноразмерных материалов
Ключевые слова Термо и фотохромные материалы, наноматериалы, оксиды переходных металлов, спинодальный распад, метастабильные материалы, композитные материалы, пленки и покрытия, оптические свойства, терагерцовое излучение
Код ГРНТИ31.17.15
ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ
Аннотация
Проект направлен на разработку новых синтетических подходов для стабилизации системы со спинодальным распадом в виде порошков, эпитаксиальных пленок и покрытий. Основной задачей проекта является синтез и исследование физико-химических характеристик термо- и фоточувствительных материалов на основе системы VO2-TiO2. Решение этой задачи позволит выработать общие принципы прогнозирования функциональных свойств электрохромных/фотохромных и термохромных устройств на основании ключевых характеристик их компонентов.
Поставленная в проекте задача представляет собой комплексное междисциплинарное исследование, направленное на разработку фундаментальных основ создания материалов на основе оксидных систем переходных металлов со спинодальным распадом с помощью различных приемов стабилизации, включая самоорганизацию с помощью ориентирующей матрицы и внешней подложки с заданными кристаллическими параметрами, и экспериментальное и теоретическое исследование их функциональных характеристик в широком диапазоне условий. Уникальная возможность удерживать метастабильные состояния поверхности для наночастиц и собирать их с помощью кристаллических подложек, сурфактантов, матриц полимеров и жидких сред в ориентированные ансамбли, и в тоже же время направленно воздействовать на размер кристаллитов и их взаимное расположение, позволит приблизить фундаментальные исследования системы VO2-TiO2, где TiO2 представляет собой широкозонный изолятор с фотокаталитической активностью, а VO2 проявляет весьма резкий переход металл-диэлектрик при 342К, к реальным устройствам. Ожидается, что создание структур на основе соседствующих обогащенных и обедненных титаном слоев VO2-TiO2 или ориентированных ансамблей отдельных теснограничащих кристаллитов, с высокой вероятностью может понизить температуру перехода металл-диэлектрик и вместе с тем позволит управлять коэффициентом пропускания системы.
Актуальность планируемых в рамках настоящего проекта исследований обусловлена, во-первых, открытием спинодального распада в системе VO2-TiO2 четырьмя годами ранее, что сопровождается устойчивым ростом числа публикаций и патентов по данной тематике, особенно в 2017 году, во-вторых, значительным интересом, проявляемым исследователями и представителями промышленности к созданию и применению термо- и светоуправляемых устройств в высокотехнологичных отраслях таких как оптика, сенсорика, фотоника, аэрокосмическая отрасль, медицина, обеспечение безопасности и др.
В ходе данного проекта на примере VO2-TiO2 будет проведен комплексный анализ факторов (в том числе условий синтеза и постобработки, эпитаксиального роста, размера зерен и ориентации кристаллических фаз и многое другое), определяющих характеристики возможных термохромных материалов, электрохромных материалов, материалов для терагерцовой оптики и др. Также результатом выполнения проекта будут разработанные методики для получения мезокристаллов TiO2, VO2 и твердых растворов VxTi1–xO2 и физико-химические аспекты и особенности образования неорганических ориентированных оксидов переходных металлов в матрице полимера. Установленные зависимости на основе in-situ техник, несомненно, внесут вклад в знания о кристаллизации гибридных материалов, позволят проектировать свойства материалов и выдвигать гипотезы относительно потенциальных особенностей применения получаемых композитов.
Научная значимость поставленной задачи обусловлена необходимостью развития фундаментальных представлений о физико-химических процессах, протекающих в системах со спинодальным распадом, и разработки общих неэмпирических подходов к созданию таких материалов на основе оксидов переходных металлов с высокими функциональными характеристиками. Объединение двух соединений, обладающих такими большими различиями в свойствах как VO2 и TiO2, делает ее уникальной и интересной с точки зрения практической значимости. Стоит отметить, что в других системах со спинодальным распадом разница в компонентах чаще всего не столь существенна.
Достижимость успешного решения поставленной задачи и получения запланированных результатов обусловлена следующими факторами. Авторы предлагаемого проекта имеют многолетний экспериментальный опыт в области синтеза кристаллических оксидных материалов переходных металлов в виде порошков, пленок и покрытий с использованием различных подходов, включая сольвотермальный метод (в том числе с дополнительным микроволновым воздействием), метод химического осаждения из газовой фазы, а также значительный опыт анализа структуры подобных объектов с использованием современных методов. Исполнители проекта имеют большой опыт в области создания фотоактивных материалов на основе диоксида титана, в т.ч. гибридных органо-неорганических композитов, диоксида ванадия и других оксидных систем переходных металлов, а также анализа их свойств и математического моделирования. Коллектив авторов имеет в своем распоряжении ряд экспериментальных установок (в т.ч. уникальных) для анализа электрических свойств, свойств проводимости и оптических характеристик.
У авторов проекта имеется экспериментальный задел, подтвержденный публикациями в высокорейтинговых журналах и патентами, свидетельствующий о возможности получения материалов на основе предложенной системы с высокими эксплуатационными характеристиками.
ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ