ИСТИНА

Недавно нами было обнаружено значительное увеличение интенсивности сигнала комбинационного рассеяния (КР) света в кремниевых наноструктурах определённой формы при возбуждении непрерывным лазерным излучением с длиной волны 1.064 мкм. Наблюдаемое усиление КР составило порядка 800-1000 для кремниевых нанонитей. Полученные результаты свидетельствуют о возрастании эффективности взаимодействия света с веществом вследствие значительного увеличения времени жизни фотона в исследуемых наносистемах. Основная идея предлагаемого проекта заключается в исследовании оптических свойств кремниевых нанонитей и использование эффекта увеличения времени жизни фотона в кремниевых наноструктурах для создания новых типов сенсоров на молекулы токсичных и взрывоопасных веществ, принцип действия которых основан на регистрации характерного сигнала КР от этих молекул. Анализируемые молекулы свободно проникают в пористую структуру сформированных образцов кремниевых нанонитей и дают усиленный оптический отклик вследствие эффекта увеличения времени взаимодействия света с веществом. Данные сенсоры будут работать при комнатной температуре, характеризоваться высоким быстродействием, а также будут компактнее и дешевле их современных аналогов за счёт малых размеров и сравнительно простого метода их формирования. Они могут быть использованы для значительного повышения эффективности экспресс-контроля опасных веществ в аэропортах и других общественных местах повышенного риска. На данный момент отработана технология получения образцов кремниевых нанонитей и обнаружено увеличение сигнала комбинационного рассеяния света в кремниевых наноструктурах. В ходе работ будут получены ансамбли кремниевых нанонитей при разных условиях приготовления. Будут снять спектры отражения и пропускания в видимом и инфракрасном диапазоне спектра, спектры фотолюминесценции и комбинационного рассеяния света при разных длинах волн возбуждения, а также будет исследовано влияние параметров приготовления образцов на их структурные и оптические свойства, чтобы определить наилучшие параметры для создания сенсоров на молекулы токсичных веществ. НИР будет выполняться с использованием современных материально-технической базы и методик, и обеспечивать получение актуальных результатов. Для анализа свойств наночастиц будет использовано такое оборудование, как сканирующий электронный микроскоп Lyra Tescan, просвечивающий электронный микроскоп LEO912 AB OMEGA, ИК-спектрометр с обратным Фурье – преобразованием Bruker IFS 66v/S, набор лазеров с различными длинами волн и оборудование для изучения фотолюминесцентных характеристик наночастиц. На основании полученных данных будет возможность создать оптические сенсоры на молекулы токсичных веществ. Данные сенсоры будут компактнее и дешевле их современных аналогов. Так себестоимость не будет превышать 1000 руб. за один сенсор (на одно вещество). Они будут быстродейственными (время срабатывания менее 1 секунды), т.к. это оптические сенсоры, а не резистивные, которые имеют большое время срабатывания за счёт больших ёмкостей.

Recently, we observed a significant increase in the Raman signal (Raman) signal intensity in silicon nanostructures of a certain shape when excited by continuous laser radiation with a wavelength of 1.064 μm. The observed enhancement of Raman scattering was about 800-1000 for silicon nanowires. The obtained results indicate an increase in the efficiency of the interaction of light with matter due to a significant increase in the photon lifetime in the nanosystems under study. The main idea of ​​the proposed project is to study the optical properties of silicon nanowires and use the effect of increasing the photon lifetime in silicon nanostructures to create new types of sensors for molecules of toxic and explosive substances, whose operation is based on recording the characteristic signal of Raman spectra from these molecules. Analyzed molecules freely penetrate into the porous structure of the formed samples of silicon nanowires and give enhanced optical response due to the effect of increasing the time of interaction of light with matter. These sensors will work at room temperature, characterized by high speed, and will also be smaller and cheaper than their modern counterparts due to their small size and relatively simple method of their formation. They can be used to significantly increase the effectiveness of express control of hazardous substances in airports and other public places at high risk. At the moment, the technology for obtaining samples of silicon nanowires has been worked out and an increase in the Raman scattering signal in silicon nanostructures has been observed. In the course of the work, ensembles of silicon nanowires will be produced under different conditions of preparation. Spectra of reflection and transmission in the visible and infrared spectral range, photoluminescence and Raman scattering spectra at different excitation wavelengths will be removed, and the effect of sample preparation parameters on their structural and optical properties will be investigated to determine the best parameters for creating sensors for toxic molecules substances. R & D will be carried out using modern material and technical facilities and techniques, and ensure the receipt of relevant results. To analyze the properties of nanoparticles, equipment such as Lyra Tescan scanning electron microscope, transmission electron microscope LEO912 AB OMEGA, Bruker IFS 66v / S inverse Fourier transform spectrometer, a set of lasers with different wavelengths and equipment for studying the photoluminescence characteristics of nanoparticles . Based on the data obtained, it will be possible to create optical sensors for molecules of toxic substances. These sensors will be more compact and cheaper than their modern counterparts. So the cost price will not exceed 1000 rubles. for one sensor (for one substance). They will be high-speed (the response time is less than 1 second), because these are optical sensors, and not resistive ones, which have a long response time due to large capacitances.

В ходе работ будут получены образцы кремниевых нанонитей, сформированных при разных режимах химического травления, а затем исследованы их структурные свойства методами электронной микроскопии. Будут измерены спектры оптического отражения и пропускания, фотолюминесценции и комбинационного рассеяния света ансамблей кремниевых нанонитей в видимом и инфракрасном диапазонах спектра, что позволит выявить влияние структурных параметров на оптические свойства полученных образцов. Будут проведены работы по исследованию возможностей применения полученных образцов нанонитей в фотонике, молекулярной сенсорике и биомедицине.

Была освоена методика получения кремниевых нанонитей с диаметрами от 20 до 200 нм при помощи 2-х ступенчатого процесса каталитического травления кристаллического кремния. Было обнаружено значительное увеличение интенсивности сигнала комбинационного рассеяния света в кремниевых наноструктурах определённой формы при возбуждении непрерывным лазерным излучением с длиной волны 1.064 мкм. Наблюдаемое усиление комбинационного рассеяния света составило порядка 800-1000 по сравнению с сигналом от кремниевой подложки. Полученные результаты свидетельствуют о возрастании эффективности взаимодействия света с веществом вследствие значительного увеличения времени жизни фотона в исследуемых наносистемах. Также наблюдалась фотолюминесценция в видимом диапазоне спектра, что свидетельствует о присутствии на поверхности нитей кремниевых нанокристаллов с размерами 3-5 нм. В настоящее время по тематике предлагаемой научно-исследовательской работе опубликовано 5 статей и 10 тезисов докладов на международных и всероссийских конференциях и защищена 1 дипломная работа.

В ходе работ были получены образцы кремниевых нанонитей, сформированных при разных режимах химического травления, а затем исследованы их структурные свойства методами электронной микроскопии. Были измерены спектры оптического отражения и пропускания, фотолюминесценции и комбинационного рассеяния света ансамблей кремниевых нанонитей в видимом и инфракрасном диапазонах спектра, что позволит выявить влияние структурных параметров на оптические свойства полученных образцов. Были проведены работы по исследованию возможностей применения полученных образцов нанонитей в фотонике, молекулярной сенсорике и биомедицине.