Исследователи из СПбГЭТУ «ЛЭТИ» разработали защитные покрытия на основе углеродных нанотрубок, которые упрочнят элементы оптоэлектроники и защитят их от воздействия внешних факторов.
08.10.2022
Сегодня наноматериалы активно используются в радиоэлектронном приборостроении, медицине, и в информационных технологиях. Подложки на основе сульфида цинка (ZnS) функционируют в диапазонах длин волн от 0,35 мкм до 15 мкм, поэтому они используются в инфракрасной фотонике при разработке полупроводниковых лазеров, ИК-прозрачных окон, линз и призм. В отдельные категории входит их применение в качестве детекторов радиоактивности и материалов для светодиодов.
Для сохранения эксплуатационных характеристик ZnS-материалов, необходимо обеспечивать защиту от проникновения влаги, механического, лазерного и термического воздействия. Эти проблемы предлагается решить посредством использования специальных покрытий.
Ученые кафедры фотоники СПбГЭТУ «ЛЭТИ» и отдела «Фотофизики наноструктурированных материалов и устройств» ГОИ им. С.И. Вавилова под руководством профессора кафедры Наталии Владимировны Каманиной разработали защитные покрытия для полупроводниковых ZnS-материалов, на основе лазерно-осаждаемых углеродных нанотрубок. Благодаря использованию этих структур можно добиться большей механической и лазерной прочности защитных экранов и фотодатчиков для нужд оптоэлектроники, а также защитить подложки от воздействия внешних условий.
«Технологическая уникальность нашего изобретения заключается в его экологичности и точности – для нанесения покрытия используется бесконтактный управляемый метод. Также, что важно, в том, что ускоряемые в электрическом поле углеродные нанотрубки разрушают связи и имплантируются в решетку ZnS, создавая совершенно новый композит».
Научная новизна проекта заключается в бесконтактном способе нанесения углеродных нанотрубок, который заключается в нагревании подложки под действием моделируемого лазерного излучения с длиной волны 10,6 мкм. Из-за формируемого градиента температур углеродные нанотрубки движутся в сторону подложек ZnS, затем ускоряются электрическим полем сетки с заданными параметрами и имплантируются в матрицу ZnS. При нанесении слоя используется схема лазерного ориентированного осаждения, которая состоит из лазера, оптической схемы, вакуумного поста и управляющего источника.
По словам ученых, на данный момент аналогов разработанной технологии не существует.
«В России таких примеров не существует. Есть отдельные производители ZnS и отдельные производители углеродных нанотрубок, однако рецепт и оборудование для контролируемого лазерного переноса нанотрубок на поверхность ZnS существуют, на данном этапе, только у нас», – объясняет Наталия Владимировна.
Исследователи планируют запатентовать методы нанесения нанотрубок, заложенные в данном проекте, и продолжать выходить на работу с другими материалами по этой технологии. Планируется также подвергнуть данные поверхности жесткому УФ-облучению для просмотра возможности использовать данные слои в вакуумном ультрафиолете.
Разработка частично поддержана грантом конкурса научно-исследовательских, опытно-конструкторских и технологических проектов СПбГЭТУ «ЛЭТИ». Проект получил финансирование на реализацию в размере 2 миллионов рублей. В проекте участвуют аспиранты кафедры фотоники Андрей Тойкка и Ярослав Барнаш. На начальных этапах научно-исследовательские работы по этой теме были поддержаны в рамках ФЦП НТБ «Нанокоатинг-ГОИ».
Работы в данной области соответствуют научно-исследовательской и молодежной политикам университета в рамках программы развития «Приоритет 2030».
