Ученые из Пензенского государственного университета (ПГУ) и Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета «ЛЭТИ» запатентовали способ диагностики нановключений в тонкопленочных нанокомпозитах. Разработка поможет создавать материалы нового поколения и найдет широкое применение в микро- и наноэлектронике, сообщили ТАСС в пресс-службе ПГУ.

«Предложенный способ диагностики нановключений в тонкопленочных нанокомпозитах позволит создавать и диагностировать новые функциональные материалы, в том числе наноструктурированные, также оптимизировать их структуру и свойства для конкретного применения. Запатентованный способ диагностики может использоваться на начальном этапе разработки высокотехнологичных устройств с улучшенными потребительскими характеристиками, включая высокочувствительные и селективные газовые сенсоры, миниатюрные и энергоэффективные датчики вакуума, а также суперконденсаторы», – сообщили в вузе.

Как пояснил один из авторов патента РФ на изобретение, кандидат физико-математических наук, доцент кафедры «Нано- и микроэлектроника» ПГУ Андрей Карманов, диагностика – один из ключевых этапов разработки новых технологий получения материалов с нановключениями. Она необходима для прогнозирования влияния внешних факторов на их свойства.

«Современные классические методы нанодиагностики практически не позволяют "увидеть» эволюцию нановключений в материале, то есть установить их наличие и проследить, как они меняются со временем. Кроме того, методы, обнаруживающие нановключения, дорогостоящие и сложные в реализации. Мы предлагаем дешевый, эффективный и доступный метод, он обеспечивает исследование эволюции нановключений в материале, что позволяет существенно упростить разработку устройств, где материал играет ключевую функциональную роль. Например, с помощью запатентованного решения можно оптимизировать структуру чувствительного элемента газового сенсора таким образом, чтобы он селективно детектировал только один газ и позволял регистрировать сверхмалые концентрации окислительных или восстановительных газов (на уровне 10 частиц молекул газа на миллиард любых других частиц)", – поделился Карманов.

Обнаружить и отследить

Способ анализа эволюции нановключений в тонкопленочных нанокомпозитах основан на методе внутреннего трения. По запатентованному способу ученых Пензы и Санкт-Петербурга образец необходимо нагреть и «привести в колебание». Амплитуда затухающих колебаний несет информацию об эволюции нановключений.

«Мы механическим воздействием влияем на образец. Он дает сигнал о своей внутренней структуре. Образец будет "колебаться» по-разному в зависимости от количества нановключений. Проведя измерения серии образцов, полученных при различных условиях синтеза, мы получаем информацию об эволюции нановключений", – поделился Карманов.

Ноу-хау исследователей в том, что запатентованный способ позволяет как обнаружить нановключения в образцах, так и отслеживать их изменения в динамике. Это позволяет подбирать оптимальное количество нановключений в материал, создаваемый под конкретную задачу, например, для чувствительных элементов высокоэффективных газовых сенсоров.

«К примеру, перед нами стоит задача создать высокочувствительный сенсор аммиака для медицины и фармацевтики. Для этого понадобится специальная добавка. Ее процентное содержание может быть разное. Мы можем посмотреть, как разное количество той или иной "примеси» будет влиять на структуру материала, после сравнения выбрать самое оптимальное процентное содержание под конкретную задачу", – привел пример Карманов.

Ученым Пензенского государственного университета уже удалось создать чувствительный элемент газового сенсора с модифицированным материалом. Его проверка осуществлялась в том числе с помощью способа анализа эволюции нановключений в тонкопленочных нанокомпозитах. Совместно с коллегами из Саратовского государственного технического университета имени Ю. А. Гагарина они создали и запатентовали газоаналитический мультисенсорный чип. Карманов уверен, что запатентованный способ диагностики найдет широкое применение в отраслях промышленности, где необходимо создавать новые материалы.