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 21-79-00302
НазваниеТехнологии контролируемого синтеза гибридных светопоглощающих наноматериалов методами лазерной абляции в жидкости для высокоэффективной фототермической конверсии солнечного излучения
Руководитель Гурбатов Станислав Олегович, Кандидат физико-математических наук
Организация финансирования, регион федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Дальневосточный федеральный университет" , Приморский край
Конкурс №60 - Конкурс 2021 года «Проведение инициативных исследований молодыми учеными» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными
Область знания, основной код классификатора 09 - Инженерные науки; 09-710 - Новые материалы для наноэлектронных приборов
Ключевые слова Импульсная лазерная абляция в жидкостях, суспензии, кремниевые наночастицы, резонансы Ми, гибридные металл-полупроводниковые наночастицы, фототермическая конверсия солнечного излучения, испарение и очистка воды
Код ГРНТИ29.33.47
ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ
Аннотация
Индуцированные внешним электромагнитным полем резонансные колебания электронной плотности в наночастицах благородных металлов обеспечивают, за счет наличия в них высоких омических потерь, эффективную конверсию падающей энергии в тепло. Такое преобразование позволяет использовать возобновляемую энергию солнечного излучения для создания эффективных фототермических конвертеров, компактных опреснителей и очистителей воды и т.д (F. Zhao, et.al., Nature Reviews Materials, 5, 388 (2020)). Вместе с этим, недавние исследования показали, что сопоставимую с плазмонными наночастицами эффективность индуцированного оптическим излучением нагрева демонстрируют дешевые и нетоксичные суб-микронные частицы кремния, поддерживающие высокодобротные резонансы Ми. Очевидно, что модификация фазового и химического состава Ми-резонаторов на основе частиц кремния за счет их допирования и/или декорирования позволит посредством оптимизации радиационных и нерадиационных потерь в материале резонатора добиться еще большей эффективности фототермической конверсии. Кроме того, комбинация свойств плазмонных и полупроводниковых наночастиц с учетом их характерных резонансных размеров в рамках гибридных наноструктур может стать ключевым подходом, обеспечивающим эффективную фототермическую конверсию в широком спектральном диапазоне, максимально согласованном со спектром солнечного излучения. Применение высокопроизводительных методов импульсной лазерной абляции в жидкости может стать искомой высокоэффективной и экономически обоснованной технологией синтеза наноматериалов с комплексной геометрией, химическим и фазовым составом. Однако, в настоящее время, опубликовано лишь несколько работ о применении лазерной абляции в жидкости для получения сферических наночастиц кремния субмикронного размера, допированных или декорированными атомами других веществ. При этом, понимание основных процессов и механизмов образования таких гибридных частиц, а также факторов, позволяющих управлять их морфологическими, структурными и химическими свойствами, остается на фрагментарном уровне.
Данный проект направлен на детальное изучение фундаментальных процессов взаимодействия лазерных импульсов различной длительности с объемными полупроводниковыми мишенями и суспензиями полупроводниковых порошков, диспергированных в жидкости с различным химическим составом, с целью разработки простого и эффективного метода получения уникальных гибридных наноматериалов с возможностью контроля размера, морфологии и фазового состава. В результате таких исследований будут впервые разработаны простые и эффективные протоколы изготовления, а также получены и полностью охарактеризованы уникальные гибридные наноматериалы – допированные и декорированные сферические кремниевые наночастицы с комплексным фазовым и химическим составом, а также геометрией, оптимизированными под задачи фототермической конверсии солнечного излучения. С использованием полученных наноматериалов будут изготовлены нанодисперсии и функционализированные наночастицами мембраны, обладающие высокоэффективным широкополосным оптическим поглощением солнечной энергии. На основе полученных функциональных наноматериалов будут реализованы и протестированы эффективные фототермические преобразователи солнечной энергии, работающие как на принципах объемного, так и локализованного нагрева.
ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Публикации
1.
Гурбатов С., Пузиков В., Стороженко Д., Модин Е., Мицай Е., Черепахин А., Шевлягин А., Герасименко А., Кулинич С., Кучмижак А.
Hybrid Au-Si microspheres produced by laser ablation in liquid (LAL) for temperature-feedback optical nano-sensing and anti-counterfeit labeling
arxiv, arXiv:2204.05124 [physics.optics] (год публикации - 2022)
10.48550/arXiv.2204.05124
2.
Хафзан Исхак М.К., Шанкар П., Турабаев М., Кондо Т., Хонда М., Гурбатов С., Окамура Ю., Ивамори С., Кулинич С.
Biodegradable Polymer Nanosheets Incorporated with Zn-Containing Nanoparticles for Biomedical Applications
Materials, Vol. 15, Is. 22, P. 8101 (год публикации - 2022)
10.3390/ma15228101
3.
Гурбатов С.О., Пузиков В., Стороженко Д., Модин Е., Мицай Е., Черепахин А., Шевлягин А., Герасименко А., Кулинич С.А., Кучмижак А.А.
Multigram-Scale Production of Hybrid Au-Si Nanomaterial by Laser Ablation in Liquid (LAL) for Temperature-Feedback Optical Nanosensing, Light-to-Heat Conversion, and Anticounterfeit Labeling
ACS Applied Materials & Interfaces, Vol. 15, Is. 2, Pp. 3336–3347 (год публикации - 2023)
10.3390/nano13040670
4.
Минчева Н., Суббиа Д., Турабаев М., Гурбатов С., Раяппан Дж., Кучмижак А., Кулинич С.А.
Gas Sensing of Laser-Produced Hybrid TiO2-ZnO Nanomaterials under Room-Temperature Conditions
Nanomaterials, Vol. 13, Is. 4, p. 670 (год публикации - 2023)
10.3390/nano13040670
5.
Гурбатов С., Пузиков В., Модин Е., Шевлягин А., Герасименко А., Мицай Е., Кулинич А., Кучмижак А.
Ag-Decorated Si Microspheres Produced by Laser Ablation in Liquid: All-in-One Temperature-Feedback SERS-Based Platform for Nanosensing
Materials, Vol. 15, Is. 22, P. 8091 (год публикации - 2022)
10.3390/ma15228091
Публикации
1.
Гурбатов С., Пузиков В., Стороженко Д., Модин Е., Мицай Е., Черепахин А., Шевлягин А., Герасименко А., Кулинич С., Кучмижак А.
Hybrid Au-Si microspheres produced by laser ablation in liquid (LAL) for temperature-feedback optical nano-sensing and anti-counterfeit labeling
arxiv, arXiv:2204.05124 [physics.optics] (год публикации - 2022)
10.48550/arXiv.2204.05124
2.
Хафзан Исхак М.К., Шанкар П., Турабаев М., Кондо Т., Хонда М., Гурбатов С., Окамура Ю., Ивамори С., Кулинич С.
Biodegradable Polymer Nanosheets Incorporated with Zn-Containing Nanoparticles for Biomedical Applications
Materials, Vol. 15, Is. 22, P. 8101 (год публикации - 2022)
10.3390/ma15228101
3.
Гурбатов С.О., Пузиков В., Стороженко Д., Модин Е., Мицай Е., Черепахин А., Шевлягин А., Герасименко А., Кулинич С.А., Кучмижак А.А.
Multigram-Scale Production of Hybrid Au-Si Nanomaterial by Laser Ablation in Liquid (LAL) for Temperature-Feedback Optical Nanosensing, Light-to-Heat Conversion, and Anticounterfeit Labeling
ACS Applied Materials & Interfaces, Vol. 15, Is. 2, Pp. 3336–3347 (год публикации - 2023)
10.3390/nano13040670
4.
Минчева Н., Суббиа Д., Турабаев М., Гурбатов С., Раяппан Дж., Кучмижак А., Кулинич С.А.
Gas Sensing of Laser-Produced Hybrid TiO2-ZnO Nanomaterials under Room-Temperature Conditions
Nanomaterials, Vol. 13, Is. 4, p. 670 (год публикации - 2023)
10.3390/nano13040670
5.
Гурбатов С., Пузиков В., Модин Е., Шевлягин А., Герасименко А., Мицай Е., Кулинич А., Кучмижак А.
Ag-Decorated Si Microspheres Produced by Laser Ablation in Liquid: All-in-One Temperature-Feedback SERS-Based Platform for Nanosensing
Materials, Vol. 15, Is. 22, P. 8091 (год публикации - 2022)
10.3390/ma15228091