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 25-79-00140
НазваниеПлазменный синтез флуоресцентных азот-допированных углеродных квантовых точек в газожидкостных средах.
Руководитель Тютрин Александр Александрович, Кандидат физико-математических наук
Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт лазерной физики Сибирского отделения Российской академии наук , Новосибирская обл
Конкурс №110 - Конкурс 2025 года «Проведение инициативных исследований молодыми учеными» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными, приоритетного направления деятельности Российского научного фонда «Поддержка молодых ученых»
Область знания, основной код классификатора 09 - Инженерные науки; 09-302 - Корпускулярные, плазменные и лучевые источники для исследований и практики
Ключевые слова Углеродные квантовые точки, плазменный синтез, люминесценция, допирование, наноматериалы, люминесцентная спектроскопия, фотоника, наноинженерия
Код ГРНТИ29.19.22
ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ
Аннотация
Проект направлен на создание научно-технических основ плазменного синтеза флуоресцентных азот-допированных углеродных квантовых точек в газожидкостных средах для формирования и совершенствования новых функциональных оптоэлектронных материалов и фотонных устройств на их основе.
Разработка метода, позволяющего синтезировать углеродные квантовые точки с высоким квантовым выходом флуоресценции, с высокой скоростью и с меньшими энергетическими и сырьевыми затратами является важной научной проблемой. Решение одного или нескольких пунктов данной научной проблемы будет способствовать более активному внедрению углеродных квантовых точек в различные отрасли науки и техники. В частности, работы в данном направлении потенциально востребованы для применения углеродных квантовых точек в оптоэлектронике, биовизуализации и сенсорах. Соответственно, разработка и исследование новых методов синтеза углеродных квантовых точек является актуальным.
В проекте будет использован метод плазменного синтеза углеродных квантовых точек в жидкофазных средах. В этом методе генерация плазмы происходит в жидкофазной среде при атмосферном давлении, вызванная высоковольтным электрическим разрядом между электродами, погруженными в раствор. Известно, что допированные гетероатомами углеродные квантовые точки, в частности, допированные азотом, имеют значительно более высокий квантовый выход флуоресценции в сравнении с недопированными квантовыми точками. В проекте азот-допирование углеродных квантовых точек будет реализовано использованием азотсодержащих органических прекурсоров. При генерации плазмы происходит быстрая диссоциация молекул с последующим формированием различных радикалов, которые участвуют в формировании углеродной структуры за счет процессов полимеризации и карбонизации. Выбор прекурсора является неединственным параметром, который влияет на свойства синтезируемых частиц. Их свойства (размер, структура, состав) также будут зависеть от условий генерации плазмы и времени синтеза. С одной стороны, совокупность параметров, влияющих на свойства синтезируемых частиц плазменным методом расширяет возможности для синтеза частиц с желаемыми свойствами, с другой стороны, поиск оптимальных режимов синтеза частиц является сложной научно-технической задачей.
Данный метод синтеза углеродных квантовых точек является новым и перспективным, а также имеет ряд преимуществ в сравнении с другими методами синтеза наночастиц. К основным преимуществам метода можно отнести высокую скорость синтеза, возможность контроля свойств вещества за счет изменения условий генерации плазмы и широкий выбор прекурсоров.
Отличительной чертой используемого метода в нашем проекте является введение буферного газа в межэлектродном пространстве в процессе генерации плазмы, что позволит уменьшить напряжение пробоя между электродами вследствие локального уменьшения плотности среды. Данная модификация метода плазменного синтеза флуоресцентных углеродных квантовых точек, c одной стороны, позволит снизить требования к высоковольтному источнику, с другой стороны, может существенно повлиять на свойства синтезируемых материалов.
Научная новизна проекта заключается в том, что впервые будет систематически изучено влияние азотсодержащих прекурсоров на флуоресценцию углеродных квантовых точек, полученных плазменным синтезом в газожидкостных средах. В проекте будет использован ряд азотсодержащих органических прекурсоров, которые впервые будут применены для синтеза углеродных квантовых точек данным методом.
Ожидаемые результаты
В ходе реализации проекта планируется получить следующие результаты:
1. Будет разработана экспериментальная установка для плазменного синтеза азот-допированных углеродных квантовых точек в газожидкостных средах, включающая плазменный реактор, регулируемый высоковольтный источник напряжения, системы перемешивания и подачи буферного газа;
2. Будут измерены электрические, оптические и температурные параметры разряда: будут зарегистрированы формы напряжения и тока в момент пробоя, до и после введения буферного газа в раствор, в зависимости от межэлектродного расстояния, будет измерен спектр излучения плазмы, будут получены зависимости температуры раствора от мощности и длительности разряда;
3. Будет произведен плазменный синтез азот-допированных углеродных квантовых точек в газожидкостных средах в зависимости от состава и концентрации прекурсора, мощности и длительности разряда, скорости потока газа;
4. Будут определены наиболее эффективные режимы экспериментальной установки для синтеза углеродных квантовых точек с квантовым выходом флуоресценции более 30 %. Будут получены зависимости параметров синтеза (см. пункт 3) на люминесцентные и структурные свойства углеродных квантовых точек;
5. Будут проведены эксперименты по применению синтезированных углеродных квантовых точек в качестве люминесцентных сенсоров ионов металлов.
Развитие плазменных технологий для создания новых оптических материалов с уникальными свойствами и их применение в оптоэлектронике и фотонике в значительной мере определяет мировой научно-технический прогресс. Эта тематика соответствует приоритетным направлениям фундаментальных и поисковых научных исследований (ПФНИ), а также направлениям стратегии научно-технологического развития Российской федерации (СНТР). Это определяет актуальность проблемы, предлагаемой в решение в данном проекте.