Фазовые превращения и гигантские эффекты в новых функциональных наноматериалах

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 17-19-01748

НазваниеФазовые превращения и гигантские эффекты в новых функциональных наноматериалах

Руководитель Коледов Виктор Викторович, Доктор физико-математических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт радиотехники и электроники им. В.А.Котельникова Российской академии наук , г Москва

Конкурс №18 - Конкурс 2017 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 09 - Инженерные науки; 09-704 - Микро- и наноэлектромеханические устройства

Ключевые слова функциональныей материалы, микросистемная техника, фазовые переходы, термоупругий мартенситный переход, эффект памяти формы, нанопинцет, поверхность твердых тел, ферромагнетизм, магнитное управление эффектом памяти формы, ионная литография, просвечивающая электронная микроскопия, эффект Казимира

Код ГРНТИ29.19.22

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Проект направлен на исследование фазовых превращений и связанных с ними гигантских эффектов в нанообъемах функциональных наноматериалов в электрическом и тепловом полях. Фазовые превращения на наноуровне будут рассмотрены на примере материалов с термоупругим мартенситным фазовым переходом и эффектом памяти формы (ЭПФ) в сплавах на основе TiNi а также на примере вискеров квазиодномерных проводников с волной зарядовой плотности (КОП с ВЗП) TaS3, NdS3 и др. Кроме того будет изучено превращение аморфное твердое тело – кристалл и жидкость – твердое тело в каплях и частицах металлов и сплавов наноразмера (In, Ga, Ar). Будут изучены теоретически и экспериментально предельные минимальные размеры образцов, в которых возможно проявление таких явлений, как ЭПФ и деформация, определяемая свойствами ВЗП и др. Функциональные наноматериалы будут исследованы новыми, оригинальными методами, разработанными в ходе проекта РНФ 2014-2016 гг. Будут решены следующие новые задачи. КОП с ВЗП будут исследованы в качестве генераторов-примников механических колебаний СВЧ диапазона. На наноразмерных образцах КОП с ВЗП с разной степенью натяжения будут исследованы разные моды механических колебаний (крутильных, изгибных) На КОП с ВЗП будет проведен поиск и исследование нового электромеханического эффекта: синхронизации скольжения ВЗП внешними механическими колебаниями. Будут исследованы проявления термоупруого мартенситного перехода в различных сплавах с ЭПФ в широком диапазоне температур и толщин слоев. Будет проверяться гипотеза о существовании такого масштаба размеров на наношкале, когда температура давления пригодны для описания превращения («мезомасштаб»), а атомные флуктуации еще пренебрежимо малы. Будут изготовлены композитные структуры с ЭПФ из различных сплавов с применением разработанных авторами оригинальных методов. Будут изучены их управляемые деформации вблизи физических пределов проявления теромупругого мартенситного перехода. В рамках выполнения проекта будет изучено взаимодействие частиц на субмикронном и наноуровне расстояний. Теоретически и экспериментально будут оценены силы притяжения и отталкивания, с учетом вкладов электростатического, Ван-дер-Ваальса и других, возникающие при сближении отдельных нанообъектов, в частности наноинструментов из функциональных материалов. Будет проведена теоретическая работа, проверена «мезоскопическая» гипотеза, сформулированная по результатам проекта 2014-2016 гг о существовании характерного предела толщины материала, когда атомные флуктуации еще незначительны, и давление и температура адекватно описывают протекание фазовых переходов в конденсированной среде. Для исследованных материалов будет определен «мезоскопический» предел и построена термодинамическая модель перехода. Будут проведены расчеты на основе этой модели для описания изменения формы и размеров наноинструментов из функциональных материалов. Будут создан прототип микропинцета, управляемый протекающим через него электрическим током. Такой актюатор по предположению авторов будет иметь существенно лучшее качество управления. Будет изучена возможность использования электрического поля, создаваемое подачей на актюатор и образец разности потенциалов, для организации захвата и освобождения объектов в процессе манипулирования нанообъектами. Будут изучаться также переходы типа аморфное твердое тело – кристалл на наноуровне размеров в функциональных сплавах. Будут изучаться процессы перехода жидкость – твердое тело в каплях металлов и сплавов наномасштаба размеров. Новизна проекта заключается в том, что авторы проекта подошли в своих исследованиях физико-механических свойств материалов к такому размеру образцов (приблизительно 20-30 нм), за которым не только переходы внутри твердого состояния, но и переходы жидкость – твердое тело понижают свою температуру, проявляют размерные эффекты и эффекты близости. Будут применены уже разработанные и созданы новые методы для исследования фундаментальных свойств материалов на этом масштабе размеров («мезомасштабе»). В ходе проекта на основе его результатов будут изготовлены и испытаны прототипы рекордных по миниатюрности и параметрам мехатронных и наномеханических устройств на основе вискеров КОП с ВЗП и композитов с ЭПФ. Так как работа по проекту будет проводиться в тесном контакте с индустриальным партнером ООО «Наноактюатор». Г. Саранск, то в случае успеха проекта, его достижения будут немедленно воплощены в серийных изделиях микросистемной техники. В плане прикладных перспектив, настоящая фундаментальная поисковая НИР направлена на создание принципиальных основ новой технологии сборки нанообъектов «снизу вверх», которая весьма актуальна в различных областях нанотехнологии и бионанотехнологии.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Шеляков А.В., Коледов В.В., Ситников Н.Н., Березин М.Ю. Microtweezers on the Basis of Two-Way Shape Memory Alloy Ribbon 2018 International Conference on Manipulation, Manufacturing and Measurement on the Nanoscale (3M-NANO) IEEE Xplore, 114-117 (год публикации - 2019)
10.1109/3M-NANO.2018.8552249

2. Зао К., Невеш Ф., Корреа Х.Б., Лю К., Браш Фернандеш Ф.М., Коледов В.В., Фон Гратовски С.В., Ксу С, Хуанг Х Mechanical activation of pre-alloyd NiTi2 and elemental Ni for the synthesis of NiTi alloys Journal of Materias Science, v. 53 (19), 13432-13441 (год публикации - 2018)
10.1007/s10853-018-2560-5

3. Помсуванчароен Н., Юплао П., Амри И.С., Азиз М.С., Сингх Г., Али Дж., Юпапин П., Коледов В., Фон Гратовски С.В., Граттаа К.Т.В. Electron Mobility Sensor Scheme Based on a Mach Zehnder Interferometer Approach IEEE Photonics Technology Letters, v. 30(10), 887-890. (год публикации - 2018)
10.1109/LPT.2018.2822288

4. Орлов А.П., Лега П.В., Орлов А.В., Зыбцев С.Ю., Покровский В.Я., Коледов В.В. Composiate nanotools with shape mempory effect for nanostructure assembly 2018 International Conference on Manipulation, Automation and Robotics at Small Scales (MARSS) IEEE Xplore, pp. 1-4 (год публикации - 2018)
10.1109/MARSS.2018.8481173

5. Бородако К.А., Шеляков А.В., Федин П.А., Коледов В.В. Формирование обратимого эффекта памяти формы в быстрозакаленных сплавах Ti2NiCu под воздействием облучения ионами титана и железа Нелинейный мир, т.16, №2, стр. 27-29 (год публикации - 2018)

6. Бородако К.А., Шеляков А.В., Н.Н.Ситников Creation of a function material with two-way shape memory effect using influence of high energy beams Труды 3 международной конференции сплавы "Сплавы с эффектом памяти формы", Челябинск, 2018. (год публикации - 2018)

7. Кумар П., Коледов В., Фрн Гратовски С., Пратап Р., Иржак А., Талукдер С., Жихарев А., Кумар С., Орлов А. Electrical Jointing at Micro- and Nanoscale by Electromigration and Mechanical Nanomanipulation for Bottom up Nanoassembling 2018 International Conference on Manipulation, Manufacturing and Measurement on the Nanoscale (3M-NANO) IEEE Xplore (2019 г.), 167-170 (год публикации - 2018)
10.1109/3M-NANO.2018.8552248

8. Орлов А.П., Фролов А.П., Смолович А.М., Лега П.В., Чунг Ф.В., А.В.Иржак, Баринов Н.А., Кланов Д.В., Власенко В.С., Коледов В.В. Ti2NiCu Based Composite Nanotweezers with Shape Memory Effect and Its Use for DNA Bunches 3D Maqnipulation AIP Conference Proceedings (год публикации - 2019)

9. Орлов А.П., Фролов А.В., Лега П.В.,Смолович А.М., Клинов Д.В., Баринов А.Н., Коледов В.В. Assembling nanostructures from DNA using a composite with shape memory effect 2018 IEEE International Conference on Manipulation, Manufacturing and Measurement on the Nanoscale (3M-NANO) IEEE Xplore, 118-121 (год публикации - 2018)
10.1109/3M-NANO.2018.8552165

10. Коледов В.В., ФотГратовски С.В., Иржак А.В., Шавров В.Г., Шеляков А.В., Ведаманикам С., Лега П.В. Орлов А.П, Маширов А.В. Nano-Manipulation, Nano-manufacturing, Nano-Measurements by New Smart Material-Based Mechanical Nanotools 2018 IEEE International Conference on Manipulation, Manufacturing and Measurement on the Nanoscale (3M-NANO) IEEE Xplore, 171-176 (год публикации - 2018)
10.1109/3M-NANO.2018.8552172

11. Сонг З. Ван Зю Лиу Л. Ли Л. Коледов В.В., фон гратовски С.В., Кучин Д. Иржак А., Interaction Forces on Nanoscale: Manipulator-Object-Surface IEEE Explorer IEEE International Conference on Manipulation, Manufacturing and Measurement on the Nanoscale, 3M-NANO 2018, № 8552236, pp. 110-113 (год публикации - 2019)
10.1109/3M-NANO.2018.8552236

12. Фон Гратовски, Лега П.В., Сонг З., Фролов А., Орлов А., Коледов В.В., Ван З., Нагараджа В.С., Ирэак А.В., Нитья Ж.Н. Ли Л. Кумар П. Study of the sticking effects during mechanical nano-manipulation using shape memory nanotools 2019 IEEE International Conference on Manipulation, Manufacturing and Measurement on the Nanoscale, 3M-NANO 2019 – Proceedings (год публикации - 2019)

13. Иржак А.В., Коледов В.В., Журавлева Т. Melting of In nano particles for nanoassembling IEEE Xplorer 2018 IEEE International Conference on Manipulation, Manufacturing and Measurement on the Nanoscale (3M-NANO) (год публикации - 2019)

14. Бородако К., Шеляков А., Коледов В. Simulation of local laser annealing of amorphous TiNiCu alloy to create nanostructured material for manufacturing nanotweezers 2019 IEEE International Conference on Manipulation, Manufacturing and Measurement on the Nanoscale (3M-NANO) (pp. 1-4). IEEE (год публикации - 2019)

15. Никонов С.А., Зыбцев С.Г., Павловский В.В., Покровский В.Я., Коледов В.В. Shapiro steps in NbS3-II at the temperatures of the charge-density wave transition 2019 IEEE International Conference on Manipulation, Manufacturing and Measurement on the Nanoscale (3M-NANO) (pp. 1-4). IEEE. (год публикации - 2019)

16. Шарма М., Иржак А., Кумар П., фон Гратовски С., Пратап Р., Лега П., Шавров В., Коледов В. Electric current driven formation of micro and nano sized beads in thin Cr films 2019 IEEE International Conference on Manipulation, Manufacturing and Measurement on the Nanoscale (3M-NANO) (pp. 1-4). IEEE.Xplorer (год публикации - 2019)

17. Лега П.В., Недоспасов И., Коледов В., Орлов А., Табачкова Н., Иржак А. On the fundamental limits of the size of the shape memory nanoactuators posed by martensitic transition in Ti2NiCu shape memory alloy on nano-scale. 2019 IEEE International Conference on Manipulation, Manufacturing and Measurement on the Nanoscale (3M-NANO) (pp. 1-4). IEEE Xplorer (год публикации - 2019)

18. Фролов А., Орлов А., Санченко А. House of Cards: Nuances of Fabricating Stable Stacked Junction Structures in Layered Crystals 2019 IEEE International Conference on Manipulation, Manufacturing and Measurement on the Nanoscale (3M-NANO) (pp. 1-4). IEEE Xplorer (год публикации - 2019)

19. Шеляков А.В., Ситников Н.Н., Бородако К.А., Коледов В.В., Хабибуллина И.А., Вон Гратовски С. Design of microgrippers based on amorphous-crystalline TiNiCu alloy with two-way shape memory. In2019 International Conference on Manipulation, Automation and Robotics at Small Scales (MARSS), MARSS 2019, статья № 8860932 (год публикации - 2019)
10.1109/MARSS.2019.8860932

20. Бородако К.А., Шеляков А.В., Ситников Н.Н., Иржак А.В., Табачкова Н.Ю., Иванов А.А., Коледов В.В. Application of laser radiation for creation of metamaterial based on rapidly quenched TiNiCu shape memory alloy IOP Journal of Physics: Conference Series (год публикации - 2019)

21. С. вон Гратовски, В. Коледов 3D mechanical bottom up nano-manipulation and nano-assembling using shape memory alloy nanogripper for nano-optic, nano-photonics, nano-plasmonics IOP Journal of Physics: Conference Series (год публикации - 2019)

22. А.В. Фролов, Н.А. Баринов, Д.В. Клинов, В.В. Коледов, П.В. Лега, А.П. Орлов, А.М. Смолович Нанесение и визуализация молекул ДНК на графене, полученном механическим расщеплением на подложке с подслоем эпоксидного клея Радиотехника и электроника, .331 (год публикации - 2018)

23. Кучин Д.С., Лега П.В., Орлов А.П., Коледов В.В., Иржак А.В. The smallest & the fastest shape memory alloy actuator for micro & nanorobotics International Conference on Manipulation, Automation and Robotics at Small Scales, MARSS 2017 - Proceedings (год публикации - 2017)
10.1109/MARSS.2017.8001932

24. Иржак А.В.,Коледов В.В.,Касьянов Н.Н.,Кучин Д.С., Лега П.В.,Орлов А.П.,Табачкова Н.Ю., Шеляков А.В. Мартенситный термоупругий переход в зависимости от температуры и толщины Перспективные материалы и технологии. Материалы международного симпозиума (22-26 мая 2017, Витебск, Беларусь) (год публикации - 2017)

25. С. Фон Гратовски, В. Коледов, В.Шавров, С.Петренко, А.Иржак, А.Шеляков, Р. Йеде Advanced System for Nanofabrication and Nanomanipulation Based on Shape Memory Alloy Frontiers in Materials Processing, Applications, Research and Technology. Springer, Singapore, pp 135-154 (год публикации - 2017)
10.1007/978-981-10-4819-7_13

26. Д.С. Кучин,П.В. Лега, А.П. Орлов, А.В. Фролов,А.В. Иржак, А.М. Жихарев, А.П. Каманцев, В.В. Коледов, А.В. Шеляков, В.Г. Шавров Высокоскоростной композитный микроактюатор на основе сплава Ti2NiCu с эффектом памяти формы Физика твердого тела (год публикации - 2018)

27. Р.А. Антонов, А.П. Каманцев, В.В. Коледов, Л.В.Коледов, Д.С. Кучин, П.В. Лега, Е.В.Морозов, А.П. Орлов, А.П.Сиваченко, В.Г.Шавров, А.В. Шеляков Эффект запаздывания при импульсном возбуждении актюатора на основе быстрозакаленного сплава Ti2NiCu с термоупругим мартенситным переходом Физика твердого тела (год публикации - 2018)

28. Лега П., Коледов В.,Орлов А.,Кучин Д., Фролов А.,Шавров В., Мартынова А.,Иржак А., Шеляков А.,Сампат В.,Ховайло В.,Ари-Гур П. Composite Materials Based on Shape-Memory Ti2NiCu Alloy for Frontier Micro- and Nanomechanical Applications ADVANCED ENGINEERING MATERIALS, Volume 19, Issue 8, Article Number: 1700154 (год публикации - 2017)
10.1002/adem.201700154

29. Иржак А.В., Коледов В.В., Кучин Д.С., Лега П.В., Орлов А.П., Шеляков А.В. Быстродействующий композитный наноактюатор на основе сплава с ЭПФ Ti2NiCu ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ТЕХНОЛОГИИ Материалы международного симпозиума. В 2-х частях. Под редакцией В.В. Рубаника. 2017 Издательство: Витебский государственный технологический университет (Витебск) (год публикации - 2017)

Публикации