Формирование лазерно-индуцированного графена с варьируемыми параметрами для применения в электронике и оптоэлектронике

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 22-72-00017

НазваниеФормирование лазерно-индуцированного графена с варьируемыми параметрами для применения в электронике и оптоэлектронике

Руководитель Михеев Константин Георгиевич, Кандидат физико-математических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки "Удмуртский федеральный исследовательский центр Уральского отделения Российской академии наук" , Удмуртская Республика

Конкурс №70 - Конкурс 2022 года «Проведение инициативных исследований молодыми учеными» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными

Область знания, основной код классификатора 02 - Физика и науки о космосе; 02-204 - Нано- и микроструктуры

Ключевые слова лазерно-индуцированный графен, поверхностная структура, суперконденсатор, электрическая емкость, гидрофобность, гидрофильность, фототок

Код ГРНТИ29.33.47

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Лазерно-индуцированный графен (ЛИГ) представляет собой графеноподобную пористую (пенистую) пленочную структуру, непосредственно формирующуюся на поверхности углеродосодержащего (обычно полимерного) материала при пиролизе лучом лазера, который движется по поверхности по заранее заданной программе. Формирование ЛИГ осуществляется в реальном масштабе времени в воздушной атмосфере при небольшой плотности мощности лазерного излучения, т.е. без применения дорогостоящего оборудования, дорогостоящих химических реагентов и без проведения сложных химических реакций, и различных рутинных манипуляций. ЛИГ является новым многофункциональным материалом, который может быть использован для изготовления электрокатализаторов, газоразделительных мембран для очистки водорода, различных сенсоров и т.д. ЛИГ является превосходным материалом для изготовления гибких микросуперконденсаторов различной геометрической формы. При всех преимуществах ЛИГ вследствие ограниченности глубины проникновения излучения СО2 лазера в полиимидную пленку почти все пленки ЛИГ имеют толщину не более 40-60 мкм, что позволяет получать конденсаторы емкостью не более 1-4 мФ/см2. Увеличение мощности лазера или повторное лазерное воздействие на уже сформированный слой ЛИГ не позволяют существенно увеличить толщину ЛИГ, следовательно, и удельную емкость. В связи с этим возникает проблема увеличения толщины ЛИГ и получения более объемных слоев ЛИГ по сравнению с теми, что образуются при традиционном способе синтеза, когда в качестве прекурсоров используются промышленные полимерные пленки. Также крайне важны физико-химические свойства поверхности ЛИГ, например, ее лиофильность, влияющая на смачиваемость различными жидкостями, например, электролитами, что важно при изготовлении микросуперконденсаторов. В зависимости от области применения ЛИГ и решаемой задачи нужны либо ЛИГ с выраженными лиофобными, либо лиофильными свойствами, а также с промежуточными характеристиками. Получение ЛИГ с варьируемой толщиной и варьируемыми электрическими характеристиками также актуально с точки зрения разработки на его основе быстродействующих фотоприемников, работающих в широком спектральном диапазоне, а также для разработки и создания различных датчиков и сенсоров. Помимо этого, при изготовлении некоторых типов датчиков, например, датчиков влажности, необходимо формировать ЛИГ в виде узкой нити шириной несколько микрометров. Формирование ЛИГ с такими параметрами с помощью CO2 лазеров невозможно. Для этих целей необходимо использовать лазерные источники, генерирующие излучение в синей и ультрафиолетовой областях оптического спектра. Таким образом, целью данного проекта является формирование ЛИГ с варьируемыми параметрами (толщина, степень гидрофильности поверхности, электропроводность, концентрация и подвижность носителей заряда, коэффициент преобразования лазерной мощности в фототок в широком диапазоне длин волн) с помощью непрерывного длинноволнового СО2 (длина волны 10.6 мкм) и коротковолнового импульсно-периодического диодного лазеров (длина волны 0.45 мкм) для разработки и создания различных элементов электроники и оптоэлектроники с улучшенными характеристиками. При выполнении проекта также будут проведены работы по исследованию анизотропии электропроводности пленочных структур ЛИГ и его влияния на характеристики быстродействующих ЛИГ-фотоприемников, предназначенных для регистрации временных форм импульсов лазеров, работающих в широком спектральном диапазоне, охватывающем ультрафиолетовый, видимый и инфракрасный диапазоны длин волн. Все планируемые исследования находятся на передовом фронте мировой науки, а ожидаемые результаты будут обладать научной и изобретательской новизной.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Михеев К.Г., Сюгаев А.В., Зонов Р.Г., Булатов Д.Л., Михеев Г.М. Лазерно-индуцированный графен и его модификация полипирролом для увеличения емкости микросуперконденсатора Физика твердого тела (год публикации - 2023)
10.21883/ftt.2023.02.54313.529

2. Михеев К.Г., Зонов Р.Г., Булатов Д.Л., Могилева Т.Н., Фатеев А.Е., Михеев Г.М. ПОРИСТЫЙ 3D ГРАФЕН НА ПОЛИИМИДНОЙ ПОДЛОЖКЕ: ПОЛУЧЕНИЕ И ПРИМЕНЕНИЕ В ОПТОЭЛЕКТРОНИКЕ Енисейская Фотоника – 2022. Всероссийская научная конференция с международным участием. Тезисы докладов., Енисейская Фотоника – 2022. Всероссийская научная конференция с международным участием. Тезисы докладов. 19–24 сентября 2022 года, Красноярск. Т. 1. – Изд-во ИФ СО РАН, 2022. – 340 с. (год публикации - 2022)

3. Михеев К.Г., Зонов Р.Г., Булатов Д.Л., Фатеев А.Е., Стяпшин В.М., Михеев Г.М. Лазерно-индуцированный графен и его применение Материалы XIV Всероссийской школы-конференции молодых учёных с международным участием "КоМУ-2022", Материалы XIV Всероссийской школы-конференции молодых учёных с международным участием "КоМУ-2022": Ижевск: УдмФИЦ УрО РАН, 2022. - 278 с. (год публикации - 2022)

4. Сюгаев А.В., Зонов Р.Г., Михеев К.Г., Маратканова А.Н., Михеев Г.М. Electrochemical impedance of laser-induced graphene: Frequency response of porous structure Journal of Physics and Chemistry of Solids, Volume 181, Octover 2023, 111533 (год публикации - 2023)
10.1016/j.jpcs.2023.111533

5. Михеев К.Г., Чучкалов Н.В., Зонов Р.Г., Булатов Д.Л., Стяпшин В.М., Михеев Г.М. Влияние параметров синтеза лазерно-индуцированного графена на его свойства Аморфные и микрокристаллические полупроводники : сборник трудов Международной конференции, 3–5 июля 2023 г., Санкт-Петербург, стр. 34-35 (год публикации - 2023)

6. Михеев К.Г., Зонов Р.Г., Чучкалов Н.В., Михеев Г.М. Электросопротивление лазерно-индуцированного графена, синтезированного непрерывным CO2-лазером Физика твердого тела, вып. 2, том 66, с. 280-288 (год публикации - 2024)
10.61011/FTT.2024.02.57252.5

7. Злобин И.А., Стяпшин В.М., Булатов Д.Л., Михеев К.Г., Михеев Г.М. Исследование электрохимических свойств лазерно-индуцированного графена, полученного при помощи коротковолнового диодного лазера МАТЕРИАЛЫ XV МЕЖДУНАРОДНОЙ ШКОЛЫ-КОНФЕРЕНЦИИ МОЛОДЫХ УЧЁНЫХ «КоМУ-2023», 51с (год публикации - 2023)

8. Стяпшин В.М., Злобин И.А., Михеев К.Г., Михеев Г.М. Получение лазерно-индуцированного графена с помощью импульсного лазера на длине волны 450 нм Аморфные и микрокристаллические полупроводники : сборник трудов Международной конференции, 3–5 июля 2023 г., Санкт-Петербург, стр. 27 (год публикации - 2023)

Публикации