Сотрудники лаборатории роста кристаллов НИИ перспективных материалов и технологии ресурсосбережения ЮУрГУ успешно завершили эксперимент на площадке НИЦ «Курчатовский институт». Темой исследования стало изучение продуктов химической и радиационной карбонизации пленок фторсодержащего полимера ПВДФ. Благодаря эксперименту ученые получили важнейшую информацию, которая в будущем позволит создать новый полупроводниковый материал.
ПВДФ – универсальный технический материал, пригодный для производства компонентов в нефтехимической, химической, металлургической, пищевой, бумажной, текстильной, полупроводниковой, фармацевтической и атомной отраслях. Полимер этот давно известен, но ученые ЮУрГУ модифицируют его путем химического или радиационного воздействия. После модификации получается новый материал, который изучают при помощи метода фотоэлектронной спектроскопии.
Исследовательская работа проводится в рамках стратегического проекта «Фундаментальные основы синтеза и эксплуатации перспективных материалов» по программе «Приоритет 2030» (национальный проект «Наука и университеты»).
«Основная идея проведённого эксперимента, – рассказывает заведующий лабораторией роста кристаллов НИИ перспективных материалов и технологий ресурсосбережений, доцент кафедры материаловедения и физико-химии материалов Владимир Живулин, – основана на факте удаления атомов фтора и водорода из полимерных цепей при химическом и/или радиационном воздействии. При этом остающиеся в модифицируемом материале атомы углерода изменяют своё валентное состояние, образуя одинарные и кратные связи. Таким образом, продукты карбонизации могут содержать фрагменты одномерного углерода. Теоретические расчёты предсказывают уникальные физико-химические свойства цепей из чистого углерода. Однако огромная реакционная способность одномерных форм углерода существенно ограничивает возможность системного экспериментального изучения их свойств. Перспективным способом преодоления немедленного взрывного превращения цепочечного углерода в материал более высокой размерности нам представляется комбинированная химико-радиационная карбонизация ПВДФ».
НИЦ «Курчатовский институт» располагает великолепными научно-исследовательскими лабораториями, оборудование которых позволяет получать новые научные результаты мирового уровня. В частности, для исследования продуктов предварительной химической карбонизации ПВДФ был использован метод фотоэлектронной спектроскопии, в котором и возбуждение фотоэмиссии, и последующая радиационная карбонизация образцов осуществляется монохроматизированным рентгеновским излучением. Данный метод чувствителен к процессам, происходящим в поверхностном слое материала толщиной всего несколько межатомных расстояний. С его помощью можно изучать малейшие изменения химического состава, валентного состояния атомов, а также получать информацию об их ближайшем окружении.
Эксперимент выполняла исследовательская группа в составе Леонида Песина, Владимира Живулина и Дмитрия Живулина.
«Результаты проведенного эксперимента содержат важнейшую информацию о химическом составе, структуре материала, валентном состоянии атомов. Для того, чтобы её извлечь и выявить особенности характера и механизмов химического и радиационного дегидрофторирования ПВДФ, полученный в ходе эксперимента обширный объём спектроскопических данных требует серьезной математической обработки и последующего анализа», – рассказывает научный руководитель проекта, д.ф.-м.н. Леонид Песин.
Ученый отметил, что даже предварительные оценки, выполненные непосредственно в лаборатории по ходу эксперимента, демонстрируют новые интересные свойства исследованных материалов, что позволит в дальнейшем представить результаты для публикации в журнале РАН «Поверхность. Рентгеновские, нейтронные и синхротронные исследования».
«Кстати, о курчатовском синхротроне! Следующий проект мы планируем осуществить также с его помощью. Плавное изменение энергии фотонов позволит выявить концентрационные градиенты химических элементов в приповерхностном слое ферритов и модифицированных полимеров. Детальное изучение пространственного перераспределения состава вещества между объёмом и поверхностью, овладение способами управления этим процессом, который определяющим образом влияет на характер взаимодействия материала и изделий из него с окружающей средой, важно не только в научном, но и практическом плане», - комментирует младший научный сотрудник лаборатории роста кристаллов НИИ перспективных материалов и технологий ресурсосбережений, старший преподаватель кафедры материаловедения и физико-химии материалов Дмитрий Живулин.
Нужно отметить, что результаты проведенного эксперимента на текущий момент имеют поисковый характер, необходимый для выявления и понимания фундаментальных закономерностей процесса комбинированной карбонизации ПВДФ. Однако ученые уверены, что это позволит создать новый полупроводниковый гетерослойный материал, который найдёт применение в опто- и микроэлектронике.
Техническую и консультационную помощь в организации и проведении эксперимента команде ЮУрГУ оказал сотрудник НИЦ «Курчатовский институт» Ратибор Чумаков.
Южно-Уральский государственный университет – это университет трансформаций, где ведутся инновационные исследования по большинству приоритетных направлений развития науки и техники. В соответствии со стратегией научно-технологического развития РФ университет сфокусирован на развитии крупных научных междисциплинарных проектов в области цифровой индустрии, материаловедения и экологии. В 2021 году ЮУрГУ победил в конкурсе по программе «Приоритет 2030». Вуз выполняет функции регионального проектного офиса Уральского межрегионального научно-образовательного центра мирового уровня (УМНОЦ), который призван решить задачи национального проекта «Наука и университеты».
СМИ о нас:
- Новейшие материалы ЮУрГУ успешно прошли испытания в Курчатовском институте
- MegaScience в действии: Новейшие материалы ЮУрГУ прошли испытания в Курчатовском институте