Проведение фундаментальных и прикладных исследований по направлениям: разработка новых молекулярных материалов, технологий и устройств с использованием жидкокристаллических и фотоннокристаллических структур, их применение в оптоэлектронике; разработка технологий получения и применения наноструктурированных порошков, пленок, покрытий.

Основные направления

• разработка физико-технических основ и технологий получения ультрадисперсных порошков и пленок, а также многофункциональных материалов и покрытий на их основе; исследование свойств наноструктурированных материалов и покрытий;
• разработка новых молекулярных материалов для применения в оптоэлектронике и нанофотонике;
• развитие способов управления физическими свойствами оптоэлектронных и фотоннокристаллических материалов и устройств на их основе;
• развитие технологий получения и методов исследования физико-химических свойств молекулярных материалов.

Основные достижения

Исследованы закономерности стабильности анодного электрода в виде микросетки со структурой «ядро-оболочка» в органической электрохромной композиции при различной геометрии токонесущего (Ag) и защитного (Pd) слоёв микросетки. Геометрия слоёв изменялась посредством настройки самоорганизованного шаблона in-situ в процессе вакуумного напыления металла. Показано, что при определённых настройках шаблона достигается полная степень перекрытия защитного и токонесущего слоёв, при которой за 160 часов непрерывной работы при напряжении 0,9 В изменений в разности между просветленным и затемненным состоянием не наблюдалось, в то время как незащищённая сетка при аналогичных условиях необратимо растравливается за время менее 1 минуты. Тем самым показана перспективность разработанного управляемого самоорганизованного шаблона в задаче создания стабильных прозрачных электродов для электрохромных плёнок.
Исследованы закономерности формирования и применения шаблона нового типа для использования в обратной литографии. На основе данного шаблона изготовлены образцы гибкого прозрачного микросетчатого электрода, соответствующего толщине вакуумного напыления металла 1,6 мкм. Разработанная лабораторная технология успешно масштабирована до уровня опытно-промышленного производства (совместно с ООО «Центр Плёночных Технологий», г. Новосибирск) по схеме «roll to roll».
Изучены условия плазменно-дугового испарения токопроводящих материалов и проведения управляемых плазмохимических реакций в контролируемой реакционной среде при регулировании температуры катода 300 – 1100 К, номинальном токе источника питания дугового испарителя 2,3 кА, стационарном токе разряда 20-500 Н, давлении газа в рабочем объеме камеры 10-1200 Па. Установлены механизмы смешанного коагуляционного и диффузионного формирования наночастиц CuO из кластерной плазмы и пересыщенного пара. Показано, что логнормальное распределение наночастиц характерно при давлениях газа 10 Па, а нормальное – при 80 Па. В области давлений 10 – 1200 Па обнаружена корреляционная связь между зависимостями размеров наночастиц и напряжением на разрядном промежутке дугового испарителя от величины давления в плазмохимическом реакторе.
Исследованы физико-механические и трибологические свойства квазикристаллических покрытий на основе сплава Al₆₅Cu₂₃Fe₁₂, полученных плазменным напылением. Установлены закономерности процесса фазообразования при конкурирующем взаимодействии икосаэдрической ψ и кубической β фаз. Определена корреляция между величиной микротвердости и содержанием в покрытии икосаэдрической фазы. Проведены испытания и выявлена приоритетная роль квазикристаллической фазы в формировании высоких трибологических характеристик покрытий.
Фотосинтезирующие органы клеток растений рассмотрены как фотонный одномерный кристалл с малой величиной модуляции показателя преломления в слоях. Для подобных структур характерны зоны селективного отражения, спектральное положение этих зон сильно зависит от параметров слоёв (толщины, показателя преломления, угла наклона падающего света). Для хлоропластов, обеспечивающих энергетический баланс клеточных процессов, часть этих параметров динамически изменяется, но, кроме этого, следует учитывать дисперсию (изменение показателя преломления от длины волны) веществ, входящих в структуру мембран. На линиях поглощения красителей, входящих в фотосинтезирующий комплекс, происходит увеличение плотности фотонных состояний, вследствие чего повышается вероятность протекания фотохимических процессов.
Исследованы капли хирального нематика при нормальной ориентации ЖК на границе раздела. В таких каплях формируется закрученная структура с точечным или поверхностным линейным дефектом. Показано, что линейный дефект имеет форму закрученной двойной спирали. В этом случае наблюдаемая оптическая текстура существенным образом зависит от направления наблюдения по отношению к оси симметрии распределения поля холестерической спирали. Показаны характерные оптические текстуры, наблюдаемые в поляризационный микроскоп, продемонстрирована связь наблюдаемых текстур с ориентацией линейного дефекта, полученные экспериментальные данные наблюдения линейного дефекта согласуются с результатом численных расчетов структуры капель.
Исследована динамика электрооптического отклика жидкокристаллической ячейки на основе нематика, допированного ионным сурфактантом, при переходе от гомеопланарной конфигурации директора к твист-структуре. При управлении прямоугольным электрическим импульсом величиной 3.3 В времена включения (τ_on) и выключения (τ_off) экспериментального образца составляют 0.57 с и 0.46 с, которые могут быть улучшены путем варьирования формы управляющего электрического импульса. Так, например, использование дополнительного импульса обратной полярности на выключении позволяет снизить τ_off до 15 мс, что открывает возможность создания ЖК устройств с низким управляющим напряжением и малыми временами переключения, управляемых за счет оригинального способа электрически перестраиваемого поверхностного сцепления.
Исследована переориентация директора в жидкокристаллических ячейках с ионно-сурфактантным управлением, заполненных нематиками, имеющими положительную, отрицательную и нулевую диэлектрическую анизотропию. Показано, что геометрия ориентационно-структурного перехода жидкого кристалла не зависит ни от знака, ни от величины диэлектрической анизотропии. Полученные результаты показывают, что ионно-сурфактантный метод позволяет использовать все многообразие существующих ЖК для электрооптических ячеек, в отличие от широко применяемого эффекта Фредерикса, для которого принципиально невозможно управление жидкими кристаллами, имеющими малую и нулевую диэлектрическую анизотропию.

Основные приборы и оборудование

• Поляризационно-оптический микроскоп Axio Imager D1 (Carl Zeiss, Germany) в моторизованной конфигурации.
• Предназначен для исследования морфологических параметров, ориентационной структуры и анизотропии оптических свойств композитных жидкокристаллических материалов.
• Установка для исследования электрооптических характеристик ЖК материалов.
• Предназначена для исследования электрооптических и динамических характеристик оптоэлектронных элементов на основе композитных жидкокристаллических материалов.
• Фотометр КФК 3-01.
• Фотометр фотоэлектрический КФК предназначен для измерения коэффициентов пропускания и оптической плотности прозрачных растворов и прозрачных твердых образцов.
• Вакуумный универсальный пост ВУП-5М.
• Прибор предназначен для получения пленок из различных материалов с высокой производительностью методом магнетронного распыления, а также для подготовки объектов, исследуемых с помощью электронного микроскопа или других аналитических приборов.
• Ультразвуковые диспергаторы УЗДН-А и УЗДН-2Т (водоохлаждаемый).
• Приборы предназначены для получения суспензий и эмульсий из различных веществ, отмывки мелких деталей от механических загрязнений, экспериментальных работ по изучению воздействия ультразвука на различные процессы.
• Шкаф сушильный СНОЛ 67/350.
• Предназначен для сушки различных материалов и изделий, проведения аналитических работ в воздушной среде, отпуска металла и металлических изделий, термообработки пластмасс и др., для сушки лабораторной посуды и реактивов.
• Лабораторный стенд spray-напыления наноструктурированных пленок.
• Предназначен для формирования тонких пленок углеродных нанотрубок, оксида графена, проводящих полимеров. Также используется для формирования самоорганизованного шаблона на криволинейных поверхностях.
• Лабораторная установка формирования тонких пленок методом стержня Мейера.
• Предназначена для формирования самоорганизованного шаблона толщиной от 5 до 150 мкм на подложках формата А4.
• Установка магнетронного напыления Шунгит.
• Предназначена для напыления пленок металлов толщиной от 10 нм до 10 мкм (Ag, Cu, Al, Fe, Ni и т.д.) на подложки диаметром до 15 см.
• Установка роста углеродных нанотрубок CVDomna.
• Предназначена для синтеза углеродных наноструктур методом осаждения из газовой фазы, может использоваться для синтеза многостенных углеродных нанотрубок и графена.
• Установка для макроэлектрофореза, аналитические весы AMD, торсионные весы, дистиллятор
• В работе используются также исследовательское оборудование и технологические установки Центра коллективного пользования КНЦ СО РАН.

Методы исследований

• Оптическая микроскопия, электронная сканирующая и просвечивающая микроскопия, атомно-силовая микроскопия для исследования морфологии микросетчатых покрытий и композитов на их основе.
• Оптическая спектроскопия для исследования оптических параметров микросетчатых покрытий
• Методы исследования статических электрических характеристик микросетчатых покрытий.
• Методы исследования механических (изгиб, циклирование) и адгезионных параметров микросетчатых покрытий.
• Метод векторного анализатора цепей для исследования коэффициентов отражения и пропускания микросетчатых покрытий в СВЧ диапазоне.
• Численное моделирование методом конечных элементов для определения распределения Джоулева тепла в микросетчатых покрытиях.
• Поляризационно-оптическая микроскопия для исследования морфологических параметров, ориентационной структуры и анизотропии оптических свойств композитных жидкокристаллических материалов.
• Методы исследования электрооптических и динамических характеристик оптоэлектронных элементов на основе композитных жидкокристаллических материалов.
• Численное моделирование ориентационного упорядочения жидких кристаллов (ЖК) в рамках теории эластического континуума Франка, учитывающей упругую энергию искажения поля директора, поверхностную энергию взаимодействия ЖК с межфазной границей и энергию дисклинаций.
• Методы измерения спектрального коэффициента направленного пропускания, оптической плотности и скорости изменения оптической плотности прозрачных жидкостных растворов, а также для определения концентрации веществ в растворах. Принцип действия фотометра основан на сравнении потока излучения Фо, прошедшего через "холостую пробу" (растворитель или контрольный раствор, по отношению к которому производится измерение) и потока излучения Ф, прошедшего через исследуемый раствор.

Сотрудники

Заведующий лабораторией Зырянов Виктор Яковлевич доктор физико-математических наук, профессор +7 391 2494510 zyr@iph.krasn.ru