Наноматериалы и нанотехнологии | 2017 ИФХЭ РАН

Наноматериалы и нанотехнологии

САМООРГАНИЗОВАННЫЕ СУПРАМОЛЕКУЛЯРНЫЕ СИСТЕМЫ

Работы, направленные на решение проблемы самоорганизации молекул и доменов в наноструктурированных планарных системах, способных к быстрому и высокоспецифичному отклику на внешние воздействия, позволили разработать инновационные подходы и уникальные экспериментальные методики. Благодаря им были обнаружены новые эффекты и успешно реализована комплексная стратегия создания управляемых супрамолекулярных (наноразмерных) систем.

  • Разработан принципиально новый способ иммобилизации однослойных пленок Ленгмюра-Блоджетт (ПЛБ) на гидрофобных поверхностях и проведена прецизионная самосборка комплементарных комбинаций нуклеотидов в организованные бислои («двойные плоскости») на двумерных темплатах из металлокомплексов дифильных цикленов (рис.1а). Принцип темплатной сборки был использован при создании сенсорных чипов, совместимых с различными аналитическими методами, для количественного определения ионов переходных металлов, имидов и фосфат-ионов при физиологических условиях.
  • Созданы не имеющие аналогов наноразмерные «молекулярные насосы» – интеллектуальные мембраны, сочетающие транспортные и аккумулирующие зоны, и переводящие диффундирующие в них ионы металлов в нерастворимую форму за счет специфического механизма латерального ионного транспорта. На основе таких мембран собраны высокоспецифичные сенсорные элементы с ультранизким пределом обнаружения (до 10-11 М) и быстрым откликом (до 10 сек) для селективного определения ионов кальция в водных растворах в присутствии мешающих ионов.
  • Реализована сборка гибридных наносистем путем направленного роста неорганических структур в органической матрице за счет латеральной межслоевой диффузии из контактирующего с ПЛБ гелевого резервуара (рис. 1б, в).
  • Впервые установлен эффект спонтанного образования ортогональных организованных латеральных структур в смешанных кислотно-основных ПЛБ-матрицах и разработаны способы управления самоорганизацией функционального «рисунка» поверхности (рис.1г).
  • Выявлен эффект самопроизвольной организации наночастиц, стабилизированных смешанными монослоями, в упорядоченные кристаллоподобные планарные структуры, обладающие высоким коэффициентом отражения (рис.1д, е).
  • 2_nano_ENLARGE

    Рис.1. Самоорганизованные супрамолекулярные системы. Темплатная сборка нуклеотидов в двойные плоскости на макроциклических матрицах (а); диффузионно-индуцированный рост дендритных «дорожек» сульфида свинца в ПЛБ стеарата свинца (б); ПЛБ дицетилциклена, содержащая ионы серебра, после химической микролитографии гелевым штампом (агароза/KJ), размер кадра 300 мкм (в); кислотно-основная ПЛБ-матрица (стеариновая кислота/октадециламин) с градиентной морфологией (ортогональная/линейная), размер кадра 700 мкм (г); дендритные «нанозеркала» на основе наночастиц золота, стабилизированных кислотно-основными ПЛБ, оптические микрофотографии в отраженном свете (д) и в темном поле (е), размер кадра 120 мкм.

ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ НАНОСОСТОЯНИЯ ВЕЩЕСТВА

Развиваемые в институте теоретические подходы к описанию и управлению устойчивостью и процессами самоорганизации коллоидных и дисперсных наносистем успешно используются при получении нанопорошков, в решении проблем нефтедобычи, при очистке поверхностей водоемов от нефтяных загрязнений и т.д.

Для этих исследований была создана сотрудниками института серия приборов и методик для изучения поверхностных характеристик материалов, получивших международное признание.

В качестве примера на фото представлена автоматизированная установка для определения параметров сидящих капель на основе цифровой обработки видеоизображений, позволяющая с высокой точностью отслеживать все изменения физико-химических и топологических свойств поверхностей в процессе их получения и обработки.

5_phychem

Высокая результативность применения разработанных методик для анализа состояния поверхности современных наноструктурированных композитных и пористых материалов, была продемонстрирована при создании целого ряда оптоэлектронных устройств, таких как фотонные кристаллы, коротковолновые оптические фильтры, микрорезонаторы высокой добротности. На рис. 2 и 3 представлены примеры поверхностей полупроводниковых материалов, используемых для создания таких новых оптических устройств.

6_phychem
Рис.2. Изучение свойств поверхности пористого кремния по динамике изменения краевых углов

Изучение свойств поверхности пористого кремния по динамике изменения краевых углов (рис.2) позволило отработать режимы и методы травления поверхности, обеспечивающие необходимые пористость, однородность структуры пор и физико-химические характеристики поверхности.

Изучение свойств наноструктурированных пленок Ge, полученных методом лазерной абляции, на основе анализа смачивания тестовыми жидкостями (рис.3) подтвердило топологическую однородность и аморфное состояние наночастиц германия, образующих наноструктурированное покрытие.

8_phyche

Рис.3. Изучение свойств наноструктурированных пленок Ge, полученных методом лазерной абляции, на основе анализа смачивания тестовыми жидкостями

 
 
shadow shadow
Яндекс.Метрика