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 24-22-00240
НазваниеМатериалы на основе многостенных углеродных нанотрубок для применения в гибкой портативной микроэлектронике
Руководитель Митина Алёна Александровна, Кандидат физико-математических наук
Организация финансирования, регион федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем технологии микроэлектроники и особочистых материалов Российской академии наук , Московская обл
Конкурс №89 - Конкурс 2023 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований малыми отдельными научными группами»
Область знания, основной код классификатора 02 - Физика и науки о космосе; 02-203 - Поверхность и тонкие пленки
Ключевые слова углеродные нанотрубки, полифталоцианин, суперконденсаторы, альтернативная энергетика
Код ГРНТИ44.01.11
ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ
Аннотация
Растущее применение портативного электронного оборудования требует создания ряда компонент, совмещающих высокие рабочие характеристики с гибкостью и малым весом. Среди таких актуальных компонент гибкие электроды для портативных источников питания, электроды для суперконденсаторов, широкополосные эмиттеры и поглотители оптического излучения. Все перечисленные устройства могут быть реализованы на углеродных нанотрубках и композитных материалах на их основе.
Несмотря на то, что углеродные нанотрубки достаточно активно изучаются как перспективные материалы для микроэлектроники, для практических приложений существует ряд проблем. Во-первых, электронные компоненты должны обладать высокими рабочими характеристиками (например, в случае суперконденсатора высокой ёмкостью и устойчивостью к циклированию), во-вторых, технология создания материала должна быть энергоэффективна, технологична и химически безопасна. Именно таким критериям отвечает разрабатываемая на базе ИПТМ РАН технология создания гибких электродов на основе многостенных углеродных нанотрубок (МУНТ).
Среди задач проекта – создание композитных электродов на основе нанотрубок с наночастицами оксидов, создание углеродного материала, легированного атомами металла, создание углеродного композита с высоким содержанием активных атомов азота, а также повышение горизонтальной электропроводности углеродного композита за счёт связующего контактного компонента. Три последних задачи составляют научную новизну проекта.
Коллектив обладает как современными подходами и технологиями, так и соответствующим опытом и серьёзным научным заделом, требуемым для успешного выполнения проекта. Анализ литературы подтверждает перспективность выбранного подхода, а проведённые на данный момент эксперименты уже дали положительный результат. В связи с этим есть основания рассчитывать, что запланированная работа приведет к успешному выполнению проекта.
ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Аннотация результатов, полученных в 2024 году
Многостенные углеродные нанотрубки, выращенные непосредственно на поверхности алюминиевой фольги, получали методом осаждения из газовой фазы (CVD). Данный материал отличается высокой удельной площадью поверхности и низким сопротивлением. Использование материала МУНТ/Al в качестве проводящей основы для формирования с композита с псевдоёмкостными материалами, такими как полифталоцианины и оксиды переходных металлов, может позволить получать гибкие электроды суперконденсаторов без использования связующих веществ.
Рассмотрена возможность создания композитных материалов МУНТ/Al с полифталоцианинами кобальта, железа и меди. Композитный материал получали методами осаждения из газовой фазы и жидкофазного синтеза. Была изучена зависимость удельной ёмкости материала от способа осаждения полифталоцианина и координирующего металла в структуре полимера. Так для материала СоPPc/МУНТ/Al, полученного методом осаждения из газовой фазы (CVD), значения удельной ёмкости составили 25 Ф/г и 17 мФ/см2 соответственно. Из материалов полученных методом жидкофазного синтеза наименьшее значение удельной ёмкости имеет образец СоPPc/МУНТ/Al (8 Ф/г и 12 мФ/см2), а наибольшее – СuPPc/МУНТ/Al (95 Ф/г и 27 мФ/см2). С другой стороны, композитный материал FePPc/МУНТ/Al показал высокие значения удельной ёмкости рассчитанной из площади электрода (35 мФ/см2).
Изучена возможность создания композитных материалов на основе многостенных углеродных нанотрубок (МУНТ) и оксидов переходных металлов на гибких алюминиевых подложках. Формирование композитного материала Fe2O3/МУНТ/Al проводили методом электрохимического окисления материала МУНТ/Al в смеси 0,1 М водного раствора Fe(NH4)2(SO4)2 (аммония-железа сернокислого) и 0,08 М CH3COONa (натрия уксуснокислого) в соотношении 1:1. Предложенные подходы к созданию композитных электродов на основе МУНТ/Al и оксидов переходных металлов обеспечивают превосходные эксплуатационные характеристики: выдающуюся циклическую стабильность и высокое быстродействие. Впервые получен композитный материал Fe2O3/МУНТ/Al методом электрохимического окисления Fe2+ на поверхности МУНТ, выращенных непосредственно на алюминиевой фольге. Значение удельной ёмкости полученного композитного материала достигает 175 Ф/г при скорости сканирования 100 мВ/с. Потеря ёмкости при циклических измерениях не превышает 25% после 10000 циклов заряда/разряда.
Результаты доложены на 16 Международной конференции «Углерод: фундаментальные проблемы науки, материаловедение, технология».