Разработка струйной печати оптических наноструктур

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 16-19-10346

НазваниеРазработка струйной печати оптических наноструктур

Руководитель Виноградов Александр Валентинович, Доктор химических наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет ИТМО" , г Санкт-Петербург

Конкурс №13 - Конкурс 2016 года на получение грантов по приоритетному направлению деятельности РНФ «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 09 - Инженерные науки; 09-206 - Нано- и мембранные технологии

Ключевые слова струйная печать, золь-гель, планарный волновод, наноконструкция, гетероструктура

Код ГРНТИ29.19.22

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Оптические наноструктуры, предназначенные для управления светом, имеют высокую практическую и фундаментальную значимость. Исследования взаимодействия электромагнитного излучения с низкоразмерными полупроводниковыми и диэлектрическими средами предполагают протекание многофакторных процессов, которые в совокупности определяют возможность управления оптическими эффектами. Разработка новых методов и подходов, позволяющих контролировать структурообразование в наноразмерных конструкциях, является не только ценной научной информацией, предполагающей открытие механизмов морфологического управления оптическими эффектами в гетероструктурах, но и приближает нас к созданию новых фотонных устройств и материалов. В частности в данном проекте планируется освоение методов печати планарных волноводов, трафаретной печати фотон-индуцированных панелей и разработка высококонтрастной интерференционной печати на основе прозрачных гетероструктур TiO2/AlOOH. Однако получение диэлектрических и полупроводниковых сред для распространения световой волны предполагает наличие множества ограничений (высокая фазовая однородность, отсутствие пористости, прозрачность, малый размер, показатель преломления и др.), которые существенно влияют на способы их создания. Чаще всего для этих целей используют литографию и лазерную эпитаксию. Несмотря на технологическое совершенство этих методов и разнообразие их применения в оптике, они не приспособлены к масштабированию и полностью ограничены пространством рабочей камеры. Кроме этого, они предполагают использование высокочистых веществ в условиях сверхвысокого вакуума 10−8 Па. Исходя из этого научная новизна проекта заключается в исследовании механизмов осаждения наночастиц на основе золь-гель материалов методом струйной печати с точностью до нескольких нанометров. Этот подход позволит реализовать использование универсальной и широкодоступной технологии струйной печати для получения оптических наноструктур и конструкций. Этот метод успешно зарекомендовал себя в области биосенсорики и электроники, в том числе при создании микрочипов и микроинтегральных схем. Его использование в оптической индустрии сегодня ограничивается возможностями материальной базы, из-за отсутствия подходящих для этих целей «чернил» и инженерного управления их нанесением. Необходим поиск условий, при которых формирование полупроводниковых и диэлектрических сред в процессе струйной печати был бы аналогичен по качеству с более сложными методами литографии и лазерного осаждения. Отсутствует количественное описание фазовых и морфологических превращений вещества в процессе конденсации и твердофазного взаимодействия. Требуется комплексное исследование возможности послойного формирования твердого тела из жидкости, воспринимаемое светом как однородный массив. Для решения обозначенных проблем, авторами будут разработаны композиции, содержащие дисперсии золей кристаллических наночастиц с различными показателем преломления и реологически совместимые с печатающей головкой принтера (пьезоэлектрической и термокапельной), отвечающей за образование капли и ее осаждение. Предполагается использование в качестве чернил золей на основе диоксида титана, магнетита и бемита, которые обладают высокой стабильностью и переходят в состояние геля уже после нанесения при естественном испарении растворителя. Предварительные результаты исследований продемонстрировали уникальную перспективу этого подхода– впервые разработана концепция струйной печати голографических изображений с использованием избирательного маскирования микроэмбоссированных полимеров (статья в журнале Advanced Functional Materials (2015), IF=11.8). Результатом проделанной работы является разработка и апробация концепции струйной печати чернилами на основе нанокристаллического диоксида титана с образованием контролируемого нанометрового слоя. Учитывая перспективу этого направления и имеющийся задел проект позволит реализовать полномасштабное научное исследование, обладающее перспективой открытия новой области знаний, такой как «струйная печать оптических наноструктур».

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Сафарян С., Слабо В., Копыль С., Романюк К., Бикини И., Васильев С., Зеленовский П., Шур В.Я., Услащен Е.А., Пидько Е.А., Виноградов А.В., Холкин А.Л., Diphenylalanine-Based Microribbons for Piezoelectric Applications via Inkjet Printing ACS Appl. Mater. Interfaces, 2018, 10 (12), pp 10543–10551 (год публикации - 2018)
10.1021/acsami.7b19668

2. Келлер. К., Яковлев А., Грачова Е.В., Виноградов А.В., Inkjet Printing of Multicolor Daylight Visible Opal Holography advanced functional materials, 2018, 28, 1706903 (год публикации - 2018)
10.1002/adfm.201706903

3. Клестова А., Чеплагин Н., Келлер К., Слабов В., Заретская Г., Виноаградов А.В., Inkjet Printing of Optical Waveguides for Single‐Mode Operation advanced optical materials, 2018, 1801113 (год публикации - 2018)
10.1002/adom.201801113

4. Слабов В., Виноградов А., Яковлев А., Inkjet printing of specular holograms based on a coffee-ring effect concave structure J. Mater. Chem. C,, 2018, 6, 5269-5277 (год публикации - 2018)
10.1039/C8TC01208C

5. Софья Сафарян, Александр Яковлев, Евгений Пидько, Александр Виноградов, Владимир Виноградов Reversible sol–gel–sol medium for enzymatic optical biosensors Journal of Materials Chemistry B, J. Mater. Chem. B, 2017, 5, 85--91 (год публикации - 2017)
10.1039/c6tb02559e

6. Елена Еремеева, Александр Яковлев, Евгений Пидько, Александр Виноградов UV-curable hybrid organic–inorganic composite inks with a high refractive index for printing interference images and holograms Journal of Materials Chemistry C, J. Mater. Chem. C, 2017, 5, 5487 (год публикации - 2017)
10.1039/c7tc00392g

7. Александра Фурасова, Владимир Ивановский, Александр Яковлев, Валентин Миличко, Владимир Виноградов, Александр Виноградов Inkjet fabrication of highly efficient luminescent Eu-doped ZrO2 nanostructures Nanoscale, Nanoscale, 2017, 9, 13069–13078 | (год публикации - 2017)
10.1039/c7nr03175k

8. Софья Сафарян, Александр Яковлев, Владимир Виноградов, Александр Виноградов Inkjet printing of the chromogen free oxidase based optical biosensor Sensors and Actuators B 251 (2017) 746–752, Sensors and Actuators B 251 (2017) 746–752 (год публикации - 2017)
10.1016/j.snb.2017.05.112

9. Александр В.Яковлев, Валентин А. Миличко, Евгений А. Пидько, Владимир В.Виноградов, Александр В.Виноградов Inkjet printing of TiO2/AlOOH heterostructures for the formation of interference color images with high optical visibility Scientific Reports 6, 10.2016 (год публикации - 2016)
10.1038/srep37090

10. Александр В. Яковлев, Евгений А. Пидько, Александр В.Виноградов Inkjet printing of transparent sol-gel computer generated holograms Opt. Mater. Express, 6, 3794-3803 (год публикации - 2016)
10.1364/OME.6.003794

Публикации