УрФУ: новые материалы позволят создать электронные приборы с уникальными характеристиками

25.11.2016

В ближайшие 5-10 лет производители многих электронных приборов — компьютеров, телефонов, оборудования для энергетики и медицины — смогут начать выпуск данной продукции с использованием совершенно новых материалов на основе низкоразмерных модификаций углерода. Это позволит значительно — до нескольких порядков — увеличить скорость работы электронных приборов, а также уменьшить их размер.

Ученые Уральского федерального университета совместно с коллегами из Уральского отделения Академии наук, а также из других университетов и предприятий ведут исследования по созданию уникальных низкоразмерных материалов для новой отрасли науки и техники — углеродной нано-, микро- и оптоэлектроники. Проект ориентирован на разработку и освоение технологий получения углеродных нано-материалов с заданным набором уникальных свойств.

 Получение и практическое применение данных материалов на сегодняшний день является глобальной научнотехнологической задачей. Разработка фундаментальных основ и создание элементной базы новой отрасли науки и техники станет настоящим прорывом, который радикальным образом изменит подходы к разработке и производству приборов едва ли не в любой сфере деятельности человека — от миниатюрных устройств микро-, нано-, оптоэлектроники, холодных катодов до функциональных покрытий микросистемной техники и специальных медицинских инструментов.

 «Еще со школы многие знают о таких модификациях углерода как графит, алмазы, фуллерены, нано-трубки, графены, — говорит директор Физико-технологического института УрФУ Владимир Рычков. — Углерод образует большое количество форм — как в живой, так и в неживой материи. Фактически, это кирпичики, из которых сложена материя, и все эти модификации обладают уникальными свойствами. Многие органические материалы уже широко исследуются и используются. В неживой же материи тоже нужно учиться складывать из углерода цепочки в нужном размере и нужном состоянии. Углеродные атомы выстраиваются в цепочки, которые собираются в гексагональную форму, которая обладает определенными свойствами».

 В случае успешного решения поставленной уральскими учеными задачи практически все отрасли отечественной промышленности смогут повысить свою конкурентоспособность за счет использования достижений отрасли углеродных нано-материалов. Одной из основных областей применения низкоразмерных модификаций углерода является создание новых уникальных приборов электронной техники. В частности, на основе линейноцепочечного углерода могут быть созданы новые типы дисплеев и источников света, рентгеновские трубки, приборы ночного видения, термоэлектрические преобразователи с повышенной эффективностью и ядерные батареи. Применение современных углеродных материалов позволит значительно повысить функциональные характеристики приборов, одновременно уменьшив их себестоимость. В этой связи потребителями разрабатываемых материалов могут стать предприятия российского и зарубежного электронного приборостроения.

Чрезвычайно перспективным приложением низкоразмерных модификаций углерода является также разработка сверхминиатюрных компонентов для нано-электроники: конденсаторов, диодов Шоттки, полевых транзисторов, элементов памяти. В частности, низкая работа выхода электрона и возможность управления шириной запрещенной зоны, характерные для одномерного карбина, делает его чрезвычайно привлекательным для использования в электронике. Использование линейноцепочечных структур может заинтересовать международных производителей микроэлектронных элементов. Наличие магнитных свойств наночастиц, нанесенных на графен или помещенных в нано-трубки, даст возможность создавать материалы, свойствами которых можно эффективно управлять.

 По мнению Владимира Рычкова, по своему масштабу поставленная задача сопоставима с проблемой создания новых двумерных 2D-материалов (графена, силицена, германена, фосфорена). Поставленные в данном проекте цели соответствуют самому современному мировому уровню, а по некоторым направлениям опережают его.

 «Достижение глобального лидерства в данной области возможно за счет интеллектуального потенциала, компетенций и профессионализма сотрудников и зарубежных партнеров, а также использования эффективной организационной структуры, — отмечает Владимир Рычков. — Кадровый потенциал, техническая база и научный задел коллектива дают все основания рассчитывать на успешное его выполнение. Мы планируем использовать уникальные методы и технологии. В совокупности это позволяет осуществлять направленный синтез и прецизионное допирование линейноцепочечных углеродных материалов. Также будут задействованы сложившиеся тесные международные связи для использования уникального оборудования, отсутствующего в России. В частности, выход на специализированные источники синхротронного излучения в США, Беркли (Advanced Light Source) и Канаде (Canadian Light Source)».

 В исследованиях низкоразмерных модификаций углерода будут участвовать как основные, штатные сотрудники Уральского федерального университета, так и совместители из числа ученых Уральского отделения РАН. К работе будут привлечены иностранные постдоки, а также аспиранты и магистранты. Исследования проводятся при взаимодействии и сотрудничестве с зарубежными коллегами из Германии, Франции, Италии, Канады, Японии, Китая.          

 Ключевой индустриальный партнер университета в исследованиях низкоразмерных модификаций углерода — московская компания «Углеродные технологии», с которой Физико-технологический институт УрФУ уже создал и укомплектовал оборудованием лабораторию «Перспективные углеродные материалы» под руководством доцента кафедры физических методов и приборов контроля качества Анатолия Зацепина.

 «Это во многом революционные фундаментальные исследования, которые в будущем очень серьезно изменят мир, — считает Владимир Рычков. — Здесь мы ориентируемся, прежде всего, на электронику. Углеродная электроника — это новые компьютеры, чипы, которые будут в десятки раз меньше и быстрее нынешних. Кремниевая электроника себя уже исчерпывает, и ее дальнейшая миниатюризация невозможна. Весь мир сейчас идет в этом направлении. Интерес к нашим исследованиям проявляют многие организации, которые готовы вкладывать в это большие деньги».

 Исследования низкоразмерных модификаций углерода  связаны с одним из основных направлений деятельности Стратегической академической единицы (САЕ) УрФУ «Институт естественных наук и математики» (ИЕНиМ). Цель создания САЕ ИЕНиМ — формирование исследовательского и образовательного центра мирового уровня, обеспечивающего значительное повышение академической и научной репутации УрФУ в международном сообществе, подтвержденное позициями университета в предметных рейтингах «Физика», «Химия», «Материаловедение» и «Математика».

Источник: И-Маш 


ВКонтакт Facebook Одноклассники Twitter Яндекс Livejournal Liveinternet Mail.Ru
Комментарии