![]() |
ИСТИНА |
Войти в систему Регистрация |
ИСТИНА ИНХС РАН |
||
Проект направлен на создание новых полупроводниковых материалов на основе производных фуллеренов и углеродных нанотрубок и их композитов с полимерными матрицами для газосенсорных приложений. Ключевой идеей проекта является возможность p-легирования углеродных нанотрубок галогенпроизводными фуллеренов с повышенными электроноакцепторными свойствами для повышения работы выхода и концентрации носителей заряда гибридного материала при сохранении их высокой подвижности. Использование гибридного материала в качестве чувствительного слоя в газовых сенсорах, позволит повысить их чувствительность к слабодонорным компонентам газовой фазы. В проекте будут разработаны методы получения, определены состав, строение, морфологические особенности и электрофизические свойства тонких пленок гибридных углеродных материалов и их композитов в полимерной матрице. На их основе будут сконструированы и протестированы тонкопленочные газовые сенсоры. Для устройств будут зарегистрированы вольтамперные характеристики, измерены удельное сопротивление, эффект Холла, адсорбционно-резестивный эффект в присутствии различных газов. На основании полученных данных будут определены характеристики сенсоров (селективность, пределы обнаружения, время отклика, время восстановления, стабильность). Будет осуществлена оптимизация электрического дизайна газовых сенсоров; на основе материалов, продемонстрировавших лучшие характеристики в ходе тестовых испытаний, будет создан прототип газового сенсора и проведена оценка его пригодности для массового производства.
1) Впервые будет исследован эффект легирования полупроводниковых нанотрубок представительным рядом галогенпроизводных фуллеренов (F, Cl, Br, CF2 и CF3 производными). Будут разработаны методы получения гибридных наноструктур УНТ/галогенпроизводное фуллерена и установлены особенности их строения. Будет установлена связь между свойствами галогенпроизводных фуллерена (электроноакцепторность, природа галогена, тип связывания с УНТ) и электрофизическими характеристиками гибридных наноструктур. 2) Впервые будут апробированы гибридные полупроводниковые материалы на основе углеродных нанотрубок и галогенпроизводных фуллеренов в качестве чувствительных материалов для газовых сенсоров, функционирующих на основе адсорбционно-резистивного эффекта. Ожидается, что легирование высокоакцепторными производными фуллерена позволит повысить чувствительность сенсора к слабодонорным компонентам газовой фазы. Будут впервые сконструированы тонкопленочные газовые сенсоры на основе созданных гибридных материалов и их композитов в полимерной матрице, проведены тестовые испытания и определены характеристики.
Российская группа имеет большой опыт в разработке методов синтеза, спектральной и структурной идентификации, а также исследовании физико-химических и электронных свойств фуллеренов и их производных. Разработаны методы региоселективной функционализации трифторметилпроизводных фуллеренов, позволяющих варьировать электроноакцепторные свойства и управлять связностью пи-сопряженной системы фуллеренового каркаса при помощи зарядового состояния молекулы. Показано, что фторпроизводные фуллеренов являются эффективными добавками для легирования полупроводниковых полимеров, и на их основе сконструированы тонкопленочные светоизлучающие диоды и фотовольтаические устройства на органической основе. Предложена простая сухая технология легирования одностенных углеродных нанотрубок с использованием озона для получения тонких оптически прозрачных пленок ОСУНТ с низким удельным электрическим сопротивлением. Зарубежная научная группа имеет необходимый опыт по синтезу многостенных углеродных нанотрубок методом аэрозольного осаждения из газовой фазы, их очистке и функционализации, а также изготовлению на их основе наноструктурированных полимерных композитов. Впервые было налажено производство МУНТ из фракций азербайджанской нефти. Была разработана оригинальная методика изготовления наноструктурированных композитов МУНТ в полимерной матрице, позволяющая эффективно диспергировать в различных полимерных матрицах не только функционализированные МУНТ, но и нефункционализированные. В лабораторном масштабе отработана вся технологическая цепочка по изготовлению композитов МУНТ/полимер, начиная с синтеза МУНТ, их очистки, функционализации, диспергирования в жидких полимерах и полимеризации в твердый композит.
грант РФФИ |
# | Сроки | Название |
1 | 24 апреля 2018 г.-25 апреля 2019 г. | Этап 1. Новые гибридные материалы на основе производных фуллеренов и углеродных нанотрубок и их композиты с полимерными матрицами для газосенсорных приложений |
Результаты этапа: Для легирования углеродных нанотрубок и полупроводниковых полимеров синтезированы галогенфуллерены. Установлено появление полос поглощения в диапазоне ближнего ИК (700-1000 нм) и эффект тушения флуоресценции P3HT при его легировании C60F48, измерены квантовые выходы флуоресценции. Методом масс-спектрометрии МАЛДИ подтверждено частичное дефторирование C60F48 в матрице P3HT. Оптимизирован метод создания тонких пленок полупроводникового полимера P3HT, легированного карбоксилированными полупроводниковыми одностенными нанотрубками (SWCNT) и C60F48. Созданы гибридные материалы на основе многостенных углеродных нанотрубок, полупроводникового полимера P3HT и акцепторного фторфуллерена C60F48. Методом атомно-силовой микроскопии определены особенности наноморфологии полученных тонких пленок. Сконструированы тонкопленочные устройства ITO/P3HT:C60F48:SWCNT/Ag и измерены их вольтамперные характеристики. Показано, что легирование P3HT фторфуллереном C60F48 приводит к увеличению концентрации свободных носителей заряда на два порядка. | ||
2 | 29 апреля 2019 г.-30 июля 2020 г. | Этап 2. Новые гибридные материалы на основе производных фуллеренов и углеродных нанотрубок и их композиты с полимерными матрицами для газосенсорных приложений |
Результаты этапа: Разработаны новый метод синтеза хлорфторфуллеренов и фторфуллеренов с нетипичным для фторфуллеренов расположением аддендов. Метод основан на использовании фторида серебра(I) одновременно как активирующего и фторирующего агента. Выделен ряд новых производных C60Cl(6-n)Fn и C60Fn, n=1-6, строение соединений установлено на основании спектров 19F ЯМР, интерпретированных с привлечением методов квантово-химического моделирования. Показано, что разработанный метод перспективен для синтеза низших хлорфторпроизводных и фторпроизводных фуллерена С70, которые впервые были идентифицированы в рамках настоящего проекта. Предложен вероятный механизм реакции и выполнена его верификация путем анализа достижимости образования экспериментально обнаруженных соединений методом квантово-химического моделирования на уровне теории функционала плотности. Впервые синтезированы и спектрально исследованы дифторметиленпроизводное эндоэдрального фуллерена [6,6]-открытого Sc3N@C80-Ih. Строение Sc3N@C80(CF2) установлено методом спектроскопии 19F, 13C ЯМР. Проведено квантово-механическое моделирование вероятных путей образования Sc3N@C80(CF2), показано, что реакция контролируется кинетическими факторами и наиболее вероятный путь включает нуклеофильную атаку анионного интермедиата CF2Cl(-) фуллеренового остова с последующим внутримолекулярным замещением и образованием [6,6]-открытого Sc3N@C80(CF2). Методом циклической вольтамперометрии установлены особенности электрохимического поведения Sc3N@C80(CF2). Показано, что присоединение группы CF2 приводит к росту электроноакцепторных свойств эндоэдрального соединения при сохранении энергетического зазора НВМО-ВЗМО. Для получения неклассических фуллереновых каркасов, обладающих повышенными электроноакцепторными свойствами были выполнены работы по структурной модификации каркаса IPR фуллерена D5h-С70 в ходе его высокотемпературной обработке с SbCl5. Были выделены и впервые структурно охарактеризованы хлориды некалссических non-IPR фуллеренов состава C70Cl6 и C70Cl8, содержащих две пары конденсированных пятичленных карбоциклов. |
Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".