Лаборатория физикохимии наноструктур

Лаборатория была создана в 2007 г. на основе научного коллектива Лаборатории поверхностных явлений в полимерных системах Института физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина РАН.

Основными направлениями деятельности лаборатории являются:

коллоидно-химический синтез наночастиц с заданными размером, формой, структурой и исследование их оптических свойств в связи с использованием в наноплазмонике
разработка методов формирования упорядоченных двумерных ансамблей наночастиц на подложках различной природы (в том числе с использованием методов блоксополимерной литографии) с целью создания ультратонких гетерогенных оптических сред, высокоэффективных фотоэлементов и т. д.

Коллектив лаборатории состоит из 8 человек. Заведующий лабораторией - кандидат химических наук Виктор Моисеевич Рудой. Научные сотрудники:

Staff

к.х.н. О.В. Дементьева - руководство работами в области разработки новых коллоидно-химических методов синтеза наночастиц разной природы и сборки их ансамблей;
к.х.н. М.Е. Карцева - синтез наночастиц с диэлектрическим или магнитным ядром и металлической оболочкой и формирование их двумерных ансамблей на различных подложках;
М.А. Филиппенко - синтез наночастиц с диэлектрическим ядром и металлической оболочкой и исследование их оптических свойств;
Т.Б. Румянцева - синтез наночастиц с серебряным ядром и оболочкой из кремнезема и формирование их двумерных ансамблей;
В.В. Терехин - конструирование высокоупорядоченных двумерных ансамблей наночастиц металлов с использованием методов блоксополимерной литографии;
к.ф.-м.н. А.В. Зайцева - атомно-силовая микроскопия наночастиц и их ансамблей на подложках разной природы;
В.М. Сухов - анализ и обработка данных просвечивающей электронной микроскопии.

Для проведения исследований в Лаборатории имеется следующее научное оборудование:

атомно-силовой микроскоп Multimode V (Veeco, США);
двухлучевой сканирующий спектрофотометр Evolution UV300 (Nicolet, США);
ИК-фурье-спектрофотометр Nicolet 380 (Thermo Scientific, США);
центрифуга Universal 320R (Hettich, Германия);
спинкоатер SM 180BT (Sawatec, Лихтенштейн);
вакуумируемый сушильный шкаф VD23 (Binder, Германия);
установка для получения сверхчистой воды Arium 611 (Sartorius, Германия);
модуль очистки поверхности в плазме СВЧ-разряда (Белоруссия);
ламинарный бокс «Ламинар С»-1.2 (Россия).

В Лаборатории разработаны и реализованы методики синтеза коллоидных растворов, содержащих наночастицы различных материалов. В том числе:

гидрозолей золота с квазиметаллическими частицами диаметром ~ 2 нм;
гидрозолей золота со сферическими частицами разного диаметра d (от 5 до 60 нм), характеризующихся интенсивным пиком локализованного плазмонного резонанса (ЛПР) с максимумом в диапазоне 510-560 нм (с увеличением размера наночастиц имеет место батохромный сдвиг максимума ЛПР);
гидро- и алкозолей серебра, содержащих сферические наночастицы со средним диаметром 5-40 нм (максимум ЛПР для таких частиц лежит в диапазоне 400-430 нм);
гидро- и алкозолей кремнезема с монодисперсными частицами разного размера (d = 80-400 нм) (рис. 1);

гидрозолей, содержащих анизотропные (веретенообразные или кубические) частицы оксида железа разного размера (рис. 2, 3);
гидро- и алкозолей композитных частиц с ядром из серебра и оболочкой из диоксида кремния разной толщины h = 2-50 нм (рис. 4);
гидрозолей композитных частиц со сферическим ядром из кремнезема или анизотропным из оксида железа и золотой или серебряной оболочкой. Возможна контролируемая «настройка» положения пика ЛПР таких частиц в диапазоне 500-1100 нм за счет изменения отношения диаметра (размера) ядра к толщине оболочки. Частицы с веретенообразным ядром характеризуются наличием двух пиков, отвечающих поперечному и продольному ЛПР;

Проводятся исследования, посвященные разработке методов темплатного синтеза мезопористых частиц кремнезема заданного размера с контролируемым диаметром пор. Такие частицы представляют значительный интерес с точки зрения их использования для направленной доставки и контролируемого высвобождения лекарственных препаратов.

Второй круг задач, решением которых занимаются сотрудники Лаборатории, связан с конструированием двумерных ансамблей с заданной плотностью упаковки наночастиц на планарных подложках (в частности, с целью создания активных рабочих сред для устройств наноплазмоники). Для этого используются следующие подходы:

адсорбция наночастиц из коллоидных растворов;
доращивание наночастиц в монослойных ансамблях на подложке в растворах, содержащих ионы того же или другого металла и слабый восстановитель;
осаждение частиц путем вертикального извлечения подложки из коллоидного раствора - «dip-coating»;
нанесение коллоидного раствора на вращающуюся подложку - «spin-coating» (в ряде случаев раствор выдерживается в течение заданного времени на неподвижной подложке, а затем «сбрасывается» центрифугированием);
прямой синтез высокоупорядоченных ансамблей наночастиц в мономицеллярных пленках дифильных диблоксополимеров на подложках (рис. 5).

Рис.5

Продемонстрирована возможность встраивания упорядоченных ансамблей наночастиц в ультратонкие пленки стеклообразных полимеров и создания таким способом ультратонких гетерогенных оптических сред.

Сотрудники лаборатории являются соавторами ряда патентов и заявок:

Способ защиты документов, ценных бумаг и изделий с помощью наноалмазов с активными NV центрами;
Способ защиты от подделок документов, ценных бумаг и изделий с помощью наноалмазов с оптически активными NE8 центрами;
Фотоэлектрический преобразователь (ПМ);
Преобразователь электромагнитного излучения;
Способ проверки подлинности объектов защиты с использованием наноразмерных меток;
Наноструктурированное оптическое стекло;
Гетероэлектрик;
Вещество метки подлинности банкнот, ценных бумаг и документов и способ его приготовления;
Механохимический способ измельчения алмазов

Лаборатория принимает участие в выполнении следующих проектов:

Разработка методов защиты ценных бумаг (совместно с Лабораторией лазерной спектроскопии высокого разрешения).
Создание планарных кремниевых фотопреобразователей с металлическими наночастицами (совместно с лабораториями теоретической физики и квантовой электроники, физики наноструктур и электрофизики, технологических процессов).
Разработка фотопреобразователей солнечной энергии на основе наноразмерных органических полимерных полупроводниковых материалов (совместно с Лабораторией фотоники и электроники полимерных материалов).
Разработка серии приборных комплексов (капилляроскопов и спектрокапилляроскопа) для неинвазивной диагностики параметров циркулирующей крови (совместно с Лабораторией неинвазивных методов контроля крови).
Разработка биосенсоров (совместно с Лабораторией биоаналитических технологий на основе ДНК).

Вся структура