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