Основные научные результаты

Основные научные результаты 2014 г.

  • Исследование процессов перекристаллизации наноалмазов детонационного синтеза с характерным размером кристаллов около 4 нм при температурах выше 1000 °С и давлениях около 7 ГПа, позволило выявить условия получения монокристаллов алмаза субмикронных размеров, со значительной концентрацией люминесцентных азот-вакансионных дефектов, создающихся без предварительно облучения частицами высоких энергий.

  • Изучена удельная электропроводность гидрозолей 4 нм частиц детонационного наноалмаза (ДНА) с отрицательным электрокинетическим потенциалом. Для определения удельной электропроводности частиц исследуемых гидрозолей при различных значениях рН и концентрации фонового электролита использовались зависимости эффективной удельной электропроводности гидрозолей от объёмной доли частиц. Установлено, что аномально высокая электропроводность таких растворов, наблюдавшаяся ранее, связана с неполной очисткой гидрозолей ДНА от остаточных примесей. Предложен метод дополнительной сверхвысокой очистки исходных гидрозолей ДНА от примесей, снижающий фоновую электропроводность на порядок.

  • Разработана и экспериментально проверена лабораторная методика модификации поверхности нанометровых частиц алмазов детонационного синтеза ионами трехвалентных металлов, в том числе гадолинием и европием.

  • В результате проведенных исследований разработан способ получения стабильных гидрозолей 4 нм гидрозолей детонационных наноалмазов с положительным и отрицательным дзета-потенциалом. Указанный способ защищен двумя патентами РФ, разработана и утверждена технологическая инструкция ФТИ им.А.Ф.Иоффе на «Метод получения стабильной магнито-чистой суспензии детонационных наноалмазов»

    Основные научные результаты 2009-2013 гг.

  • На уровне изобретения разработан лабораторный метод контроля очистки детонационных наноалмазов промышленного синтеза.

  • Решена важнейшая проблема технологии и применения детонационных наноалмазов – получены стабильные водные суспензии изолированных монокристаллических алмазных частиц размером 4 нм без использования прямого механического воздействия, и предложена модель, объясняющая их стабильность. Впервые получены водные суспензии детонационных наноалмазов с положительным и отрицательным знаком электрокинетического потенциала. Разработан способ трансформации водных суспензий детонационных наноалмазов в гели при большой конщентрации алмазных частиц.

  • Критически проанализирована применимость метода динамического светового рассеяния для определения размеров наночастиц в гидрозолях, показаны методические ограничения и источники ошибок при практическом использовании самых современных приборов мирового рынка, реализующих метод.

  • Проведены экспериментальные исследования спектров оптической плотности гидрозолей детонационных наноалмазов. На основе теоретического расчета предложена интерпретация результатов с учетом рассеяния Ми и поглощения в углеродных цепочках на поверхности наноалмазных частиц.

  • Разработана лабораторная методика синтеза оксида графена из природного кристаллического графита на основе метода Хаммерса (Hammers). Определены технологические параметры, позволяющие формировать пленки графена на поверхности кремния с размерами однородных областей 50×50 мкм, что превосходит лучшие опубликованные мировые результаты. Исследована трансформация химического состава и электронной структуры пленок оксида графита на разной стадии термообработки в водороде. Показано, что, изменяя степень восстановления оксида графита до графена, возможно изменять ширину запрещенной зоны в «графеновых» слоях в пределах 3.2–0 эВ (от диэлектрика до проводника). Исследования проводятся совместно с лабораториями «Диагностики материалов и структур твердотельной электроники» и «Атомных столкновений в твердых телах» ФТИ им.А.Ф.Иоффе.

  • Методом ЭПР показано наличие в составе оксида графена ионов Mn+2, связанного с условиями синтеза и играющего роль легирующей примеси в получаемых полупроводниковых материалах. Исследования выполнены в сотрудничестве с Университетом Бен-Гуриона, Израиль.

  • Изучены свойства детонационного наноалмаза как носителя металла-катализатора. Исследовано влияние соотношения в углеродном носителе компонентов с различной гибридизацией связи С-С на активность и селективность металл-углеродных наноструктурированных катализаторов в дегидрировании. Получены результаты, свидетельствующие о высокой каталитической активности в реакциях гидрирования палладия, нанесённого на наноалмаз. Исследования выполнены совместно с Институтом проблем физической химии (Черноголовка), Институтом органической химии (Москва) и Институтом элементоорганических соединений (Москва).

  • Методом инфракрасной спектроскопии проведено исследование функциональных групп на поверхности детонационных наноалмазов, модифицированных бивалентными комплексами ионов меди. Исследования проведены совместно с Токийским технологическим институтом (Япония) и Университетом Бен-Гуриона (Израиль).

  • Продемонстрирована возможность термической модификации поверхности детонационных наноалмазов молекулярным хлором. Исследования выполнены в сотрудничестве с Университетом Бен-Гуриона и лабораторией «Новых неорганических материалов» ФТИ им.А.Ф.Иоффе)

  • Проведены исследования спектров рамановского рассеяния и поверхностного плазмонного резонанса в образцах нанографита луковичной формы Исследования проведены совместно с Токийским технологическим институтом (Япония) и СПб университетом информационных технологий, механики и оптики.

  • Теоретически исследовано влияние электрон-фононного взаимодействия на полевую эмиссию углеродных наноструктур. Построена модель полевой эмиссии из углеродных нанотрубок, декорированных наноалмазами.

  • Проведено исследование ряда композитов на основе нано- и микрокристаллических алмазов, направленное на выяснение механизмов теплопроводности и получение материалов с высокой теплопроводностью для теплоотводов: алмаз-парафин с размерами алмазных частиц 400 и 180 мкм, медь/детонационный наноалмаз с массовым содержание алмазной фракции в порошках от 0.5 до 5.0 %.

  • Методом капиллярной инфильтрации меди в слой частиц алмаза размером 400 мкм с предварительно нанесенным вольфрамовым покрытием получен композитный материал с высокой теплопроводностью (до 910 Вт/(м·K), по совокупности характеристик обладающий рядом преимуществ по сравнению с другими материалами, предназначенными для теплоотводов. Исследования выполнены совместно с СПб Государственным технологическим институтом.

  • Проведен анализ существующих моделей теплопроводности композитов наноалмаз - металл и установлено, что основным фактором, ограничивающим теплопроводность, является качество границ между частицами (зернами) композита. Предложена новая модель передачи энергии через границу металл-диэлектрик, конкретизованная применительно к композиту медь-алмаз. Методом Кубо выведена формула для теплосопротивления границы металла и диэлектрика.

  • Проведен синтез сверхтвердых кристаллических материалов в системе B-C-N при высоком давлении и высокой температуре. Спектры дифракции рентгеновских лучей показали, что получены соединения: a-C3N4 и кубическая фаза BC2N.

  • Впервые исследованы особенности состава и структуры алмазов динамического синтеза, получаемых в ударной волне при импульсной лазерной абляции графита. Исследования выполнены в сотрудничестве с компанией Ray Techniques Ltd.,, Израиль.