|
ИСТИНА |
Войти в систему Регистрация |
ИСТИНА ИНХС РАН |
||
Разработка новых методов наноскопии для определения и направленной модификации строения, физико-химических и электрофизических характеристик 2-D наноразмерных структур для энергонакопителей и катализаторов на основе углеродных материалов и биополимеров.НИР
Development of new methods of nanoscopy for identification and directed modification of the structure, physico-chemical and electrical characteristics of the 2-D nanoscale structures for energy storage and catalysts based on carbon materials and biopolymers
- Руководитель НИР: Яминский И.В.
- Участники НИР: Ахметова А.И., Большакова А.В., Дудник А.О., Мешков Г.Б., Синицына О.В., Шарифуллина (Сагитова) А.В.
- Подразделение: Научно-исследовательский институт физико-химической биологии имени А.Н.Белозерского
- Срок исполнения: 1 июня 2016 г. - 31 декабря 2019 г.
- Номер договора (контракта, соглашения): 16-29-06290 офи_м
- Номер ЦИТИС: 115061607295
- Тип: Фундаментальная
- Приоритетное направление научных исследований: Структура и функция биологических мембран. Биоэнергетика. Фотосинтез.
- ПН России: Энергоэффективность, энергосбережение, ядерная энергетика
- Направление технологического прорыва России: Энергоэффективность и энергосбережение
-
Рубрики ГРНТИ:
- 29.19.16 Физика тонких пленок. Поверхности и границы раздела
- 29.19.17 Диффузия и ионный перенос в твердых телах
- 29.19.19 Методы исследования кристаллической структуры и динамики решетки
- 29.19.22 Физика наноструктур. Низкоразмерные структуры. Мезоскопические структуры
- 29.19.33 Диэлектрики
- 31.01.05 Материалы общего характера
- 31.05.35 Приборы многоцелевого применения для химии
- 31.15.33 Электрохимия
- 31.15.35 Поверхностные явления. Адсорбция. Хроматография. Ионный обмен
- 34.05.17 Методы биологических исследований
-
Ключевые слова:
сканирующая зондовая микроскопия, анодное окисление, нанокапилляры, пьезоэлектрохимическая микроскопия, наноструктура поверхности, катод
piezoelectrochemical microscopy, cathode, surface nanostructure, catalyst, nanocapillaries, scanning probe microscopy, anodic oxidation -
Описание:
Проект направлен на установление взаимосвязи между локальной структурой (геометрией и физико-химическим составом) поверхности углеродных и полимерных материалов с их электрофизическими свойствами. Методы сканирующей зондовой микроскопии будут применены как для изучения морфологии и свойств 2-D наноразмерных наноструктур для энергонакопителей и катализаторов, так и их контролируемого нанесения с помощью направленной контролируемой литографии и локального анодного окисления. В проекте будут получены новые экспериментальные данные о распределении электрического потенциала, тока заряда и разряда, поверхностной концентрации ионов, каталитической активности наноструктурированной поверхности с пространственным разрешением в единицы и десятки нанометров. Будут предложены практические рекомендации по созданию высокоэффективных материалов для накопителей энергии и катализаторов.
-
Основные результаты:
Создание геометрии структурированной поверхности графита и графена методом локального анодного окисления с точностью до единиц нанометра. Разработка нанокапиллярной доставки реагентов и окислителей с помощью многоканального зонда. Количество каналов капиллярного зонда – 2-7, выходной диаметр канала должен варьироваться контролируемым образом в диапазоне 5-500 нм. Осуществление контролируемой доставки веществ (окислителей, электролита, реагентов) в исследуемую область поверхности энергонакопителя и/или катализатора с помощью нанокапиллярной технологии сканирующей ион-проводящей микроскопии. Определение локальной ионной проводимости каналов биополимерных мембран с пространственным разрешением не хуже 10 нм в растворах электролита. Публикация 2-х статей в журналах, цитируемых в Web of Sciences, одного обзора по методам сканирующей зондовой микроскопии применительно к исследованию материалов для энергоэффективных технологий.
- Добавил в систему: Яминский Игорь Владимирович
Источник финансирования НИР
| грант РФФИ |
Этапы НИР
| # | Сроки | Название |
| 1 | 1 июня 2016 г.-31 декабря 2016 г. | Разработка новых методов наноскопии для определения и направленной модификации строения, физико-химических и электрофизических характеристик 2-D наноразмерных структур для энергонакопителей и катализаторов на основе углеродных материалов и биополимеров. |
| Результаты этапа: При выполнении проекта существенно модернизирована электронная система сканирующего зондового микроскопа, что позволило проводить измерения электрического тока в сканирующей туннельной микроскопии и сканирующей резистивной микроскопии в пикоамперном диапазоне. Аналогичные значения тока можно измерять в сканирующем капиллярном микроскопе. Полоса частот измеряемых токов 0-10 кГц. Погрешность измерений – не хуже 0,1%. Впервые в мире разработана конструкция совмещенного атомно-силового и сканирующего капиллярного микроскопа. Проведены тестовые измерения структурированной поверхности графита, пленок фосфолипида и поверхности эритроцитов в буферном растворе. Точность измерений сверхмалых токов находится на уровне лучших мировых аналогов – приборов для электрофизиологических измерений клеток и биологических объектов. Создана оригинальная экспериментальная установка для атомно-силовой и сканирующей капиллярной микроскопии на базе инвертированного сканирующего зондового микроскопа Nikon TI-U. Разработанную установку можно адаптировать и к другим моделям микроскопов (ЛОМО, Zeiss и др.). Получена структурированная поверхность графита с чередующимися на нанометровом масштабе проводящими и непроводящими (оксид графита) областями. Достигнута точность литографического рисунка на уровне единиц нанометра. Впервые в мире разработана конструкция совмещенного атомно-силового и сканирующего капиллярного микроскопа. Проведена оценка возможностей такого прибора. Получены следующие рекордные технические параметры: регистрация пикоамперных токов с точностью на уровне вплоть до 0,1% в полосе частот 0-10 кГц. Разработана оригинальная технология создания многоканальных капилляров с контролируемым диаметром выходных отверстий в диапазоне 1-100 нм. Предложен метод внедрения металлической платины в один из каналов нанокапилляра для создания химического сенсора для регистрации активных форм кислорода. Подготовлены публикации Мешков Г. Б. , Сагитова А. В. , Синицына О. В. , Яминский И. В. Методы сканирующей зондовой микроскопии в разработке энергоэффективных технологий // Наноиндустрия. — 2016. — № 6. — С. 48–51. Яминский И. В., Ахметова А. И., Мешков Г. Б. Физические методы обнаружения вирусов и бактерий c использованием инструментов сканирующей зондовой микроскопии // Наноиндустрия. — 2017. — Т. 3, № 73. — С. 56–59. Синицына О. В., Яминский И. В. Сканирующая капиллярная микроскопия // Медицина и высокие технологии. — 2016. — № 4. — С. 20–21. Яминский И. В., Мешков Г. Б., Ахметова А. И. Методы наноскопии в исследовании углеродных материалов и биополимеров // Наноиндустрия. — 2017. — № 4 (принята в печать). Яминский И. В., Мешков Г. Б., Ахметова А. И. Центры молодежного инновационного творчества – маршруты НБИКС // «НБИКС-НТ». - 2017. - №1. - с. 157-160. | ||
| 2 | 21 сентября 2017 г.-31 декабря 2017 г. | Разработка новых методов наноскопии для определения и направленной модификации строения, физико-химических и электрофизических характеристик 2-D наноразмерных структур для энергонакопителей и катализаторов на основе углеродных материалов и биополимеров. |
| Результаты этапа: В рамках выполнения проекта осуществлена направленная модификация углеродной поверхности методами атомно-силовой микроскопии во влажной среде и методами сканирующей ион-проводящей микроскопии в электролите. Выполнена нанолитография наноструктурированной поверхности, состоящей из графита и оксида графита по заданному шаблону. Осуществлена химическая модификация поверхности углеродных материалов методом локального анодного окисления. Химическая модификация углеродных материалов (графита, графена) реализована за счет адресной доставки реагентов с помощью многоканального нанокапилляра. В рамках этапа выполнения проекта исследована кинетика интеркаляции и деинтеркаляции ионов лития из материала катода аккумулятора. Установлена взаимосвязь между топографией поверхности и её электро-физическими свойствами с пространственным разрешением на уровне десятка нанометров. Подготовлены публикации в журналах, цитируемых в RSCI (Web of Sciences), составлен обзор по методам сканирующей зондовой микроскопии применительно к исследованию материалов для энергоэффективных технологий. А.Ахметова, Ю.Белов, И.Яминский. Трехкоординатный фрезерно-гравировальный центр с ЧПУ ATCNano // Наноиндустрия, (5(76) 62-65, 2017. И.Пылев, И.Яминский. Эталон нанометра // Наноиндустрия, (5(76) 52-57, 2017. А.Ахметова, И. Яминский. Центр перспективных технологий: производство и инновации // Наноиндустрия, (6(77) 110-112, 2017. | ||
| 3 | 1 января 2018 г.-28 сентября 2018 г. | Разработка новых методов наноскопии для определения и направленной модификации строения, физико-химических и электрофизических характеристик 2-D наноразмерных структур для энергонакопителей и катализаторов на основе углеродных материалов и биополимеров |
| Результаты этапа: | ||
| 4 | 1 января 2019 г.-2 декабря 2019 г. | Разработка новых методов наноскопии для определения и направленной модификации строения, физико-химических и электрофизических характеристик 2-D наноразмерных структур для энергонакопителей и катализаторов на основе углеродных материалов и биополимеров |
| Результаты этапа: | ||
Прикрепленные к НИР результаты
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".