О ПОДГТОВКЕ КАДРОВ И О ПОДГТОВКЕ КАДРОВ И ИССЛЕДОВАНИЯХ В ОБЛАСТИ ИССЛЕДОВАНИЯХ В ОБЛАСТИ

ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ НАНОМАТЕРИАЛОВ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ НАНОМАТЕРИАЛОВ ДЛЯ ЭНЕРГЕТИКИ В МИФИДЛЯ ЭНЕРГЕТИКИ В МИФИ

СТРИХАНОВ МИХАИЛ СТРИХАНОВ МИХАИЛ НИКОЛАЕВИЧНИКОЛАЕВИЧ

РЕКТОР МИФИРЕКТОР МИФИ

О перспективах развития образования в области О перспективах развития образования в области наносистем наноматериалов нанотехнологий в наносистем наноматериалов нанотехнологий в

целях подготовки кадров для развития целях подготовки кадров для развития национальной нанотехнологической сетинациональной нанотехнологической сети

(из протокола заседания Правительственной комиссии по высоким технологиям и инновациям от 3 сентября 2008 г)

1 Отметить необходимость объединения усилий 1 Отметить необходимость объединения усилий образовательногонаучного и предпринимательского сообществ образовательногонаучного и предпринимательского сообществ по формированию в стране по формированию в стране междисциплинарной междисциплинарной подготовки подготовки специалистов в области нанотехнологийспециалистов в области нанотехнологий

2 Минобрнауки Минпромторгу Минкомсвязи России совместно 2 Минобрнауки Минпромторгу Минкомсвязи России совместно с заинтересованными федеральными органами исполнительной с заинтересованными федеральными органами исполнительной власти государственными академиями наук и ГК laquoРоснанотехraquo власти государственными академиями наук и ГК laquoРоснанотехraquo разработать комплекс мероприятий направленных на развитие разработать комплекс мероприятий направленных на развитие образования в области наносистем наноматериалов образования в области наносистем наноматериалов нанотехнологий и внести соответствующие предложения в нанотехнологий и внести соответствующие предложения в Правительство РФ до 1 февраля 2009 года обратив особое Правительство РФ до 1 февраля 2009 года обратив особое внимание навнимание на- прогнозирование потребностей рынка в специалистах- прогнозирование потребностей рынка в специалистах- ускорение разработки соответствующих профессиональных - ускорение разработки соответствующих профессиональных стандартовстандартов- развитие системы - развитие системы междисциплинарноймеждисциплинарной подготовки и подготовки и повышения квалификации специалистовповышения квалификации специалистов- разработку механизмов привлечения абитуриентов из - разработку механизмов привлечения абитуриентов из регионов и создание условий для иногородних студентов в регионов и создание условий для иногородних студентов в вузах Москвы и Санкт-Петербургавузах Москвы и Санкт-Петербурга- популяризацию возможностей и перспектив связанных с - популяризацию возможностей и перспектив связанных с применением нанотехнологийприменением нанотехнологий

22

33

Развитие междисциплинарной Развитие междисциплинарной подготовки специалистовподготовки специалистов

Нанотехнологии отличаются от Нанотехнологии отличаются от традиционных технологий традиционных технологий надотраслевым характером который надотраслевым характером который требует новых подходов к подготовке требует новых подходов к подготовке специалистов специалистов Это междисциплинарная подготовка Это междисциплинарная подготовка по нанотехнологическим по нанотехнологическим специализациям в рамках широкого специализациям в рамках широкого круга специальностей в области круга специальностей в области физики химии материаловедения физики химии материаловедения метрологии биофизики медицины и метрологии биофизики медицины и дрдрФормы подготовки кадров Формы подготовки кадров межкафедральная и межкафедральная и межфакультетскаямежфакультетская

44

Примеры структур МИФИ Примеры структур МИФИ осуществляющих осуществляющих

междисциплинарную междисциплинарную подготовкуподготовку

- Высший физический колледж Высший физический колледж Российской академии наук и Российской академии наук и Рособразования в МИФИ Рособразования в МИФИ

- Совместный научно-Совместный научно-образовательный центр laquoПодготовка образовательный центр laquoПодготовка кадров для нанотехнологий атомной кадров для нанотехнологий атомной науки и промышленностиraquo МИФИ - науки и промышленностиraquo МИФИ - РНЦ ldquoКурчатовский институтrdquo РНЦ ldquoКурчатовский институтrdquo

- НОЦ МИФИ по направлению НОЦ МИФИ по направлению laquoнанотехнологииraquolaquoнанотехнологииraquo

55

Научно-образовательный центр laquoПодготовка Научно-образовательный центр laquoПодготовка кадров для нанотехнологий атомной науки кадров для нанотехнологий атомной науки

и промышленностиraquo и промышленностиraquo МИФИ - РНЦ laquoКурчатовский институтraquo МИФИ - РНЦ laquoКурчатовский институтraquo

Цель формирование современной Цель формирование современной эффективной системы подготовки и эффективной системы подготовки и переподготовки квалифицированных переподготовки квалифицированных кадров для нанотехнологий атомной кадров для нанотехнологий атомной науки и промышленности а также науки и промышленности а также создания эффективной инновационной создания эффективной инновационной системы и реализации инновационных системы и реализации инновационных проектов на основе интеграции проектов на основе интеграции научного образовательного и научного образовательного и инновационного потенциалаинновационного потенциала

Научная работа

Информационно-аналитический центр

Подготовка кадров

Центр коллективного пользования

Центр коммерциализации (Технопарк)

НАУЧНО- НАУЧНО- ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫОБРАЗОВАТЕЛЬНЫ

Й ЦЕНТР Й ЦЕНТР (НОЦ МИФИ(НОЦ МИФИ))

НАУЧНО-ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЙ ЦЕНТР (НОЦ НАУЧНО-ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЙ ЦЕНТР (НОЦ МИФИ)МИФИ)

по направлению по направлению ldquo ldquo нанотехнологиинанотехнологии rdquordquo

НАУЧНО-ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЙ НАУЧНО-ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЙ ЦЕНТР МИФИ по направлению ЦЕНТР МИФИ по направлению

laquoНанотехнологииraquolaquoНанотехнологииraquo

Подготовка кадров в МИФИПодготовка кадров в МИФИ

1 Кафедра физики твердого тела и наносистем

2 Кафедра компьютерного моделирования наноструктур

3 Кафедра наноразмерных гетероструктур и СВЧ- наноэлектроники

4 Кафедра микро- и наноэлектроники

5 Кафедра лазерной физики

6 Кафедра физики плазмы

7 Кафедра физических проблем материаловедения

8 Кафедра молекулярной физики

9 Кафедра электрофизических установок

10 Кафедра химической физики

11 Кафедра электроники

Стратегические партнеры Стратегические партнеры МИФИ в области МИФИ в области нанотехнологийнанотехнологий1 Российский научный центр laquoКурчатовский институтraquo

2 Российская госкорпорация нанотехнологий

3 Головные организации отраслей по направлениям развития нанотехнологий НИИФП им ФВЛукина ВНИИНМ им АА Бочвара МИЭТ ЦНИИКМ laquoПрометейraquo ВИАМ ЦНИИХМ

4 Предприятия и институты Росатома ВНИИЭФ (г Саров) ВНИИТФ (г Снежинск) ИТЭФ Концерн laquoРосэнергоатомraquo Концерн laquoСистемпромraquo и др

5 Академические институты ФИАН ИОФ РАН ИК РАН ИФТТ РАН ИРЭ РАН ФТИ РАН ИХФ РАН ИКИ РАН ИММ им АА Байкова РАН ИФХ РАН и др

6 Другие организации ВНИИФТРИ НИИ laquoТитанraquo и др

НАНОЭНЕРГЕТИКА

НАНОЭЛЕКТРОНИКА

НАНОСТРУКТУРЫ

КОНСТРУКЦИОННЫЕ НАНОМАТЕРИАЛЫ

НАНОМЕТРОЛОГИЯ

ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ

МИФИВ ОБЛАСТИ

НАНОТЕХНОЛОГИЙ

ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ МИФИ В ОБЛАСТИ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ МИФИ В ОБЛАСТИ

НАНОТЕХНОЛОГИЙ И НАНОМАТЕРИАЛОВНАНОТЕХНОЛОГИЙ И НАНОМАТЕРИАЛОВ

Разработка технологии роста углеродных Разработка технологии роста углеродных нанотрубок для создания систем с нанотрубок для создания систем с холодными эмиттерамихолодными эмиттерами

Создание и изучение новых нановеществ Создание и изучение новых нановеществ на основе метастабильных кластерных на основе метастабильных кластерных форм способных запасать и выделять форм способных запасать и выделять энергию значительно превосходящую энергию значительно превосходящую энергию известных химических энергию известных химических энергоносителейэнергоносителей

Лазерное напыление тонких Лазерное напыление тонких наноструктурированных пленок ВТСП для наноструктурированных пленок ВТСП для сверхпроводящих накопителей энергиисверхпроводящих накопителей энергии

Разработка аккумуляторов механической Разработка аккумуляторов механической энергии и демпфирующих устройств энергии и демпфирующих устройств нового поколения на основе наносистем нового поколения на основе наносистем laquoнесмачивающая жидкость - laquoнесмачивающая жидкость - нанопористое телоraquoнанопористое телоraquo

Использование УДС и нано-порошков Использование УДС и нано-порошков диоксида урана в качестве добавок к диоксида урана в качестве добавок к порошкам для совершенствования порошкам для совершенствования производства топливных таблеток АЭС или производства топливных таблеток АЭС или улучшения их характеристикулучшения их характеристик

НаноэнергетикаНаноэнергетика

Графитовая бумага с Y-нанотрубкой СТМ

Глобула из углеродных нанотрубок СТМ

Поверхность наноструктурированной топливной таблетки АСМ

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55

H mT

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

1100

1200

1300

1400

1500

1600

Jc

Ac

m2

Ccedilagraveacircegraventildeegraveigrave icirc ntildeograveuuml J c(H )iuml ethegrave ethagraveccedileuml egravedivideiacute ucirc otilde ecircicirc iacute oumlaringiacute ograveethagraveoumlegraveyumlotilde ZrN

150_Bi2223 aacute aringccedil auml icirc uumlagraveacirc icirc ecirc

172_Bi2223_0_1_ZrN

173_Bi2223_0_2_ZrN

171_Bi2223_0_27_ZrN

Повышение критического тока ВТСП за Повышение критического тока ВТСП за счет внедрения наноразмерных добавок счет внедрения наноразмерных добавок

соединений соединений TaC NbC HfN NbN SiTaC NbC HfN NbN Si33NN44

0 5 10 15 20n 1013 ntildeigrave -3

0

05

1

J c(H

=0)

Jc m

ax(H

=0)

icircograveiacute

aringauml

N bCN bNTaC

СВЕРХПРОВОДИМОСТЬСВЕРХПРОВОДИМОСТЬ

Лазерное напыление тонких Лазерное напыление тонких эпитаксиальных наноструктурированных эпитаксиальных наноструктурированных

пленок ВТСП для создания пленок ВТСП для создания сверхпроводящих проводов 2-го поколениясверхпроводящих проводов 2-го поколения

Микрофотографии пленок YBa2Cu3O7-y

а- прямое напыление б- параллельное

в- с экранированием прямого эрозионного факела увеличение x4000

Схема напылительной установки Схема напылительной установки 1 1 -- лазерный луч 2 лазерный луч 2--кварцевая кварцевая линза линза 3 3 -- подложка 4 подложка 4 -- нагреватель 5 нагреватель 5 --входные окна входные окна 6 6 -- мишень 7 мишень 7 -- эрозионный факел эрозионный факел

ИИccccледование ледование левитациилевитации

9

7

11

6

5

8

12

4

13

1

14

10

2

3

Перспективы примененияПерспективы применения транспорт (поезда на магнитной транспорт (поезда на магнитной подушке) энергетика безфрикционный магнитный подвес для подушке) энергетика безфрикционный магнитный подвес для турбин центрифуг кинетических накопителей энергиитурбин центрифуг кинетических накопителей энергии

200

400

600

800

1000

1200

1400

2 14 26 38 50

Композитные материалы на основе углеродных нанотрубок для роторов урановых газовых

центрифуг нового поколения

Устройство центрифуги

Предел прочности ГПа

Мо

дул

ь уп

руг

ост

и Г

Па Композиты на Композиты на

основе нанотрубокоснове нанотрубок

Выпускаемые углеродные волокнаВыпускаемые углеродные волокна

Характеристики- 1divide2 углеродных нанотрубок повышает в 2-7 раз прочность волокон углеродных композитов- увеличение удельной разделительной способности газовой центрифуги в 15 раза и более раз

Нанотехнология демпфирования удара и Нанотехнология демпфирования удара и аккумулирования механической энергииаккумулирования механической энергии

Принцип действия основан на использовании энергетики динамического перколяционного перехода в системе пористое тело с нанометровым размером пор и несмачивающая жидкостьПатент МИФИПатент МИФИОбласть применения системы обеспечения безопасности человека амортизаторы гашение вибраций в автомобильной авиационной космической и другой техникеХарактеристики 15 литра нанопористого тела полностью поглощают энергию автомобиля весом 1 тонна движущегося со скоростью 50 кмч

Пористое тело(наноструктура)

Гидротормоз

Пружинный тормоз Удар

Уплотнение

Шток

Порошок - пористое тело (наноструктура)

Жидкость

1 ndash пульт управления 2- высокочастотный генератор 3- баллон с инертным газом 4 ndash система напуска газа 5 ndash прибор регулирующего типа Р111 6 ndash потенциометр КСП-4 7 ndash корпус камеры 8 ndash кварцевый или керамический питатель 9 ndash термопара10 ndash высокочастотный индуктор 11 ndash расплав 12 ndash закалочный медный диск 13 ndash лентосъемник 14 ndash вакуумная система с термопарным вакуумметром ВТ-2А 15 ndash агрегат вакуумный АВЗ-20Д 16 ndash лентоприемник 17 ndash быстрозакаленная лентаПроизводительность установки ndash 500кГгод

Быстрозакаленный сплав в виде ленты

Принцип методаПринцип методаИндуктор (10) расплавляет кристаллический слиток в кварцевом тигле (8) Подается избыточное давление и из тигля через сопло расплав (11) выдавливается на вращающейся медный диск-холодильник (12) При помощи лентосъемика (13) застывший расплав в виде ленты (17) попадает в лентоприемник (16)

Наноструктурное состояние

Конструкционные наноструктурированные материалы для энергетики Получение наноматериалов методом быстрой

закалки

25 нм 25 нмНаноструктура

Создание наноструктурированных поверхностных слоев

при обработке потоками импульсной газовой плазмыУсловия обработки Плотность энергии падающего потока плазмы q=10ndash100 Джсм2Средняя плотность мощности потока плазмы Q= (3ndash100) 105 Втсм2Длительность воздействия τи= 10ndash60 мксЧисло импульсов облучения N = (1ndashktimes10)

Микроструктура модифицированного слоя стали 0Х16Н15М3Б обработанной потоками импульсной плазмы(Q = 5106 Втсм2 N = 3)

Микроструктура поперечного шлифа стали 45 облученной потоками азотной плазмы(Q = 13106 Втсм2 N = 3)

Зависимость среднего размера ячеек от удельной мощности падающего потока 1 12Х18Н10Т 2 НП2Эви 3 0Х16Н15М3Б 4 03Х20Н45М4БЦ(lh = 50 нм15 мкм)

Цель работыЦель работы ndash разработка физических основ создания ndash разработка физических основ создания новых энергоносителей на основе метастабильных нанокластерных и полимерных форм и состоящих из и состоящих из элементов не образующих в обычных условиях элементов не образующих в обычных условиях конденсированных веществконденсированных веществ- - азота гелияазота гелия Такие нановещества способны запасать энергию от 3 до Такие нановещества способны запасать энергию от 3 до 550 раз больше чем известные химические 0 раз больше чем известные химические энергоносители а также полностью выделять энергоносители а также полностью выделять запасенную энергию за короткие временазапасенную энергию за короткие времена

На данном этапе поиск проводится методами На данном этапе поиск проводится методами компьютерного моделированиякомпьютерного моделирования

Поиск новых энергоносителей на основе Поиск новых энергоносителей на основе метастабильных нанокластеровметастабильных нанокластеров

Диапазоны энергоёмкости

Азотные нанокластеры и их Азотные нанокластеры и их

ансамбли Полимерный азотансамбли Полимерный азот

предсказана возможность предсказана возможность существования ансамблей из существования ансамблей из кластеров кластеров NN88 (так называемых (так называемых laquoлодокraquo) те конденсированной laquoлодокraquo) те конденсированной фазы собранной из фазы собранной из laquoкирпичиковraquo -кластеров laquoкирпичиковraquo -кластеров NN88 Это новое нановещество должно Это новое нановещество должно быть устойчивым при быть устойчивым при нормальном давлении и нагреве нормальном давлении и нагреве до до 800К 800К

Выяснены причины Выяснены причины возможной неустойчивости возможной неустойчивости конечных кластеров Гош конечных кластеров Гош структуры полимерного азота структуры полимерного азота и вычислены времена их и вычислены времена их жизнижизни

Результаты Результаты исследованийисследованийгелиевых кластеровгелиевых кластеров

Определены параметры Определены параметры кластеров спин-кластеров спин-поляризованного гелия с поляризованного гелия с различной структуройразличной структурой

Показано что для Показано что для метастабильных спин-метастабильных спин-поляризованных кластеров поляризованных кластеров гелия выигрыш по удельной гелия выигрыш по удельной массовой энергоемкости может массовой энергоемкости может достигать 50 достигать 50

Показано что продукты Показано что продукты распада данных распада данных HEDMHEDM - - молекулы азота и атомы гелия молекулы азота и атомы гелия соответственно являются соответственно являются чрезвычайно устойчивыми к чрезвычайно устойчивыми к ионизации и распаду те не ионизации и распаду те не преобразуют выделившуюся преобразуют выделившуюся энергию во внутреннюю энергию во внутреннюю малоэффективную компоненту малоэффективную компоненту

Две метастабильные конфигурации метастабильного кластера He12 с полным спином S=6 состоящего из шести молекул (квазиатомов) He2

Метастабильный кластер He4 с полным спином S=2

Что это может датьЧто это может дать В случае успешной реализации работ в этом В случае успешной реализации работ в этом

направлении открывается возможность создания направлении открывается возможность создания принципиально новых веществ энергоемкость принципиально новых веществ энергоемкость которыхкоторых значительно превышает параметры значительно превышает параметры обычных топлив и не требует наличия окислителяобычных топлив и не требует наличия окислителя

Предполагаемые энергетические параметры HEDM на основе азота и гелия

ВеществоВеществоУдельная Удельная запасенная запасенная энергия на энергия на 1см1см33 вещества вещества[кДжсм[кДжсм33]]

Удельная Удельная запасенная запасенная энергия на энергия на 1грамм вещества 1грамм вещества [кДжг] [кДжг]

Максималь-Максималь-ная ная температура температура [[KKoo]]

Удельный Удельный импульсимпульс[[cc]]

Кластеры азотаКластеры азота 20 20 5252 77 17 17 gt10000 Кgt10000 Коо 200200400400

ГелийГелий(спин-(спин-поляризованный) поляризованный)

236236 7070 gt100000 Кgt100000 Коо 1500 1500 18901890

ИсследованияИсследованияуглеродных кластеровуглеродных кластеров

Кубейн Кубейн CC88HH88 Открыт в 1964 году Открыт в 1964 году Представляет собой Представляет собой метастабильный кластер Запасает метастабильный кластер Запасает энергию более 6 эВэнергию более 6 эВ

Характеризуется высоким Характеризуется высоким потенциальным барьером потенциальным барьером препятствующим его переходу в препятствующим его переходу в равновесное состояние поэтому равновесное состояние поэтому отличается сравнительно высокой отличается сравнительно высокой устойчивостью и способен устойчивостью и способен образовывать твердое тело с образовывать твердое тело с температурой плавления около температурой плавления около 130130ооCC Мало изучен Мало изучен

Возможные пути использования в Возможные пути использования в качестве топливного элемента в качестве топливного элемента в медицине (например для медицине (например для локального повышения локального повышения температуры в окрестности температуры в окрестности опухоли) и дропухоли) и др

CCинтез и исследование новых материалов на интез и исследование новых материалов на основе сверхтонких слоев оксидов основе сверхтонких слоев оксидов редкоземельных металлов для редкоземельных металлов для подзатворного диэлектрика МОП -подзатворного диэлектрика МОП -транзисторов нового поколениятранзисторов нового поколения

Синтез и исследование проводящих Синтез и исследование проводящих материалов для металлических затворов в материалов для металлических затворов в МОП-приборах нового поколенияМОП-приборах нового поколения Разработка физических основ технологии Разработка физических основ технологии изготовления элементов памяти на основе изготовления элементов памяти на основе магнитных туннельных переходов магнитных туннельных переходов (спинтроника)(спинтроника)

НаноэлектроникаНаноэлектроника

Si(100)Si(100)

HfOHfO2 2 (27 nm)(27 nm)

a-Si (35 a-Si (35 nm)nm)

a-NiSia-NiSixx

МОП-транзистор

готовыйготовыйобразецобразец

Процесс эпитаксиального ростаПроцесс эпитаксиального роста

Рост слоёв полупроводниковРост слоёв полупроводниковAlAlххGaGa1-х1-хAsAs In InууGaGa1-у1-уAsAs GaAs GaAs формированиеформирование квантовых ям квантовых ям квантовых точекквантовых точек

Молекулярно-лучевая эпитаксияМолекулярно-лучевая эпитаксиядля формирования наногетероструктур для формирования наногетероструктур А3В5 Установка МЛЭ А3В5 Установка МЛЭ Riber (Riber (Франция)Франция)

КАФЕДРА ФИЗИКИ НАНОРАЗМЕРНЫХ ГЕТЕРОСТРУКТУР КАФЕДРА ФИЗИКИ НАНОРАЗМЕРНЫХ ГЕТЕРОСТРУКТУР И СВЧ НАНОЭЛЕКТРОНИКИИ СВЧ НАНОЭЛЕКТРОНИКИ

Квантовые точкиКвантовые точки InAsGaAsInAsGaAs ndash скан ndash сканатомно-силового атомно-силового микроскопамикроскопа

Достижения в разработке Достижения в разработке моделировании моделировании изготовленииизготовленииШирокополосных Широкополосных малошумящих усилителей малошумящих усилителей Рекордно низкий коэф шумаРекордно низкий коэф шума Кш=037дБКш=037дБ Кус=10дБ Кус=10дБ f=f=9-9-112ГГц2ГГц- мощных транзисторов на - мощных транзисторов на AlGaNGaNAlGaNGaN W=11 W=11 ВтВтмммм граничная частотаграничная частота 100 ГГц100 ГГц-Транзисторов К-диапазона Транзисторов К-диапазона (граничная частота (граничная частота fmax=190fmax=190ГГцГГц))- Длина затвора Длина затвора ((топологическая норма) 100-топологическая норма) 100-190 нанометров190 нанометров

Современные СВЧ микросхемы на основе наногетероструктурСовременные СВЧ микросхемы на основе наногетероструктур

- разработана и изготовлена в ИСВЧПЭ РАН- разработана и изготовлена в ИСВЧПЭ РАН совместно с НПФ laquoМикранraquo Томсксовместно с НПФ laquoМикранraquo Томск

Изготовленная СВЧ микросхема Изготовленная СВЧ микросхема вставлена в вставлена в модуль бортового локатора МИГ на АФАРмодуль бортового локатора МИГ на АФАР

демонстрировавшегося на демонстрировавшегося на авиасалоне МАКС ndash 2007авиасалоне МАКС ndash 2007

Рабочие частоты Рабочие частоты ~ ~ 10-10-15 15 ГГцГГц

Первая отечественная наногетероструктурная СВЧ МИСПервая отечественная наногетероструктурная СВЧ МИС 2-х- каскадного малошумящего усилителя2-х- каскадного малошумящего усилителя

АФАРАФАР

ПОЛУЧЕНИЕ УГЛЕРОДНЫХ НАНОТРУБОКПОЛУЧЕНИЕ УГЛЕРОДНЫХ НАНОТРУБОК

Синтез Y- образной нанотрубки как основы нанотранзистора

ПОЛУЧЕНИЕ НАНОСТРУКТУРИРОВАННЫХ ПОЛУЧЕНИЕ НАНОСТРУКТУРИРОВАННЫХ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПЛЕНОК МЕТОДОМ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПЛЕНОК МЕТОДОМ

ПЛАЗМЕННОЙ ТЕХНОЛОГИИПЛАЗМЕННОЙ ТЕХНОЛОГИИ

50 нм

Подложка ndash полимерная пленка применение для конденсаторов высокой емкости

Оборудование дляОборудование для исследования физических исследования физических свойств наносистемсвойств наносистем

Исследовательский комплекс ИЛО-РФЭС-СРМИ-ВИМС (на базе XSAM-800 Kratos)

МИШЕНИ

Hf La Al Au Pt Si Ge Ni

Ti Sb B helliphellip

НАПУСК РЕАКТИВНЫХ

ГАЗОВ O2 N2 helliphellip

РЕНТГЕНОВСКИЙ ИСТОЧНИК

ИОННЫЙ ИСТОЧНИК (Ar+ He+

H+ hellip)

ПОЛУСФЕРИЧЕСКИЙ ЭНЕРГОАНАЛИЗАТОР

ЛАЗЕР

ПК

ИМПУЛЬСНОЕ ИМПУЛЬСНОЕ ЛАЗЕРНОЕ ЛАЗЕРНОЕ

ОСАЖДЕНИЕОСАЖДЕНИЕ

ДЕРЖАТЕЛЬ ОБРАЗЦОВ С

НАГРЕВАТЕЛЕМ

ДО Т=10000С

КАМЕРА КАМЕРА РОСТАРОСТА

АНАЛИТИЧЕСКАЯАНАЛИТИЧЕСКАЯ

КАМЕРАКАМЕРА

КВАД МАСС-СПЕКТРОМЕТР

Измерение методом STM и TEM атомной структуры нанокластеров металлов на углеродных подложках и в твердотельных матрицах

Нанокластеры AuC ПЭМ 50х50 нм

Нанокластер Нанокластер AuAuС СТМ С СТМ 7х7 нм7х7 нм

СканирующиСканирующиее нанотвердоме нанотвердомерыры laquoНаноСканraquolaquoНаноСканraquo и и laquoСуперlaquoСупер--НаноСканraquoНаноСканraquo

Режимы измерений

Контактный динамический режим (рельеф поверхности карта распределения модуля упругости)

Разрешение по XY 015 нм Разрешение по Z 007 нм

Индентирование склерометрия (с макс нагрузкой до 10 гр)

Динамическое наноиндентирование

Оборудование закупаемое в 2008 г под НОЦ Оборудование закупаемое в 2008 г под НОЦ Высоковакуумный сканирующий зондовый микроскоп с методиками

СТМ АСМ и МСМ Multiprobe MXPS RM VR AFM 25 ldquoOmicronrdquo (Германия) оборудованный системой рентгеновской

фотоэлектронной спектроскопии и камерой препарирования

Источник осаждения нанокластеров с квадрупольным масс-фильтромNanoGen50 (Mantis Deposition Ltd Великобритания)

Функциональные Функциональные наноматериалы для наноматериалы для

энергетикиэнергетики((обзор)обзор)

Московский инженерно-физический институтМосковский инженерно-физический институт(государственный университет)(государственный университет)

Основные области примененияОсновные области применения Транспортировка и хранение топливаТранспортировка и хранение топлива Альтернативные источники энергииАльтернативные источники энергии Получение экологически чистого топливаПолучение экологически чистого топлива Энергосбережение за счет уменьшения сил трения и Энергосбережение за счет уменьшения сил трения и

вязкостивязкости Улучшение проводимости контактовУлучшение проводимости контактов Уменьшение сопротивления проводниковУменьшение сопротивления проводников Уменьшение потерь энергии при передачеУменьшение потерь энергии при передаче Создание новых топливных элементов с большим КПДСоздание новых топливных элементов с большим КПД

Твердотельная Твердотельная энергосберегающая и энергосберегающая и

экологически чистая энергетикаэкологически чистая энергетика

Транспортировка и хранение Транспортировка и хранение водородного топливаводородного топлива

33DD-модель заполнения -модель заполнения водородом массива водородом массива углеродных углеродных нанотрубокнанотрубок

Модель заполнения массива Модель заполнения массива нанотрубок нанотрубок а) кремния и b) углерода при а) кремния и b) углерода при температуре 298 K и температуре 298 K и давлении давлении 10 МПа10 МПа

Наноматериалы в солнечных Наноматериалы в солнечных батареях ndash новые перспективы батареях ndash новые перспективы

альтернативной энергетикиальтернативной энергетики

Новые энергосистемы на основе Новые энергосистемы на основе углеродных нанотрубокуглеродных нанотрубок могут могут проводить электричество в 1000 раз проводить электричество в 1000 раз лучше медных проводовлучше медных проводов

КПД 36КПД 36Работает даже ночью Работает даже ночью утилизируя ИК-лучи утилизируя ИК-лучи которые испускает которые испускает ЗемляЗемляГораздо дешевле Гораздо дешевле традиционных традиционных солнечных батарейсолнечных батарей

Экологически чистое топливоЭкологически чистое топливо

Через молекулярные laquoворотаraquo проникают Через молекулярные laquoворотаraquo проникают молекулы двуокиси углерода а более молекулы двуокиси углерода а более крупные молекулы (метановые) остаются крупные молекулы (метановые) остаются в веществе Практическое применение это в веществе Практическое применение это находит при фильтрации двуокиси находит при фильтрации двуокиси углерода из природного газа и при углерода из природного газа и при создании автомобильных катализаторовсоздании автомобильных катализаторов

Уменьшение сил трения и вязкости Уменьшение сил трения и вязкости в микромеханических системахв микромеханических системах

Наноразмерные неровности Наноразмерные неровности поверхностей сокращают площадь поверхностей сокращают площадь контакта между поверхностями Таким контакта между поверхностями Таким образом металлические материалы с образом металлические материалы с наноструктурой обладают повышенной наноструктурой обладают повышенной по сравнению с обычным структурным по сравнению с обычным структурным состоянием твердостью и состоянием твердостью и износостойкостью Эффект износостойкостью Эффект износостойкости и малого износостойкости и малого коэффициента трения проявляется при коэффициента трения проявляется при использовании использовании полинанокристаллических алмазов и полинанокристаллических алмазов и алмазоподобных покрытий а также алмазоподобных покрытий а также сверхтвердых веществ на базе сверхтвердых веществ на базе фуллеренов (например со фуллеренов (например со сфероподобными молекулами С60) и сфероподобными молекулами С60) и фуллеридов (легированных фуллеридов (легированных фуллеренов например FexC60) фуллеренов например FexC60) наноструктурных многослойных пленок наноструктурных многослойных пленок сложного состава на основе сложного состава на основе кубического BN Cкубического BN C33NN44 TiC TiN Ti(AlN) TiC TiN Ti(AlN) обладающих очень высокой (до 70 ГПа) обладающих очень высокой (до 70 ГПа) твердостьютвердостью

Энергосбережение за счет Энергосбережение за счет увеличения ресурса работы увеличения ресурса работы техникитехники

При техническом сервисе благодаря применению наноматериалов можно При техническом сервисе благодаря применению наноматериалов можно значительно (до 15-4 раз) увеличить ресурс работы машин уменьшить значительно (до 15-4 раз) увеличить ресурс работы машин уменьшить вредные выбросы и эксплутационные затраты (в том числе расход вредные выбросы и эксплутационные затраты (в том числе расход топлива) Наноматериалы в основном фуллерены вводят в смазочные топлива) Наноматериалы в основном фуллерены вводят в смазочные материалы которые уменьшают трение и обеспечивают процесс ldquoизнос-материалы которые уменьшают трение и обеспечивают процесс ldquoизнос-восстановлениеrdquoвосстановлениеrdquo

000

020

040

060

080

100

120

140

160

Мощность двигателя Потребление топлива Срок службысмазочных материалов

Расход смазочныхматериалов

0

2

4

6

8

10

12

Продолжительность обкаткиагрегатов

Износостойкость трущихсясоединений

раз

С использованием фуллереновыхпрепаратов

Без использования

Улучшение проводимости Улучшение проводимости контактовконтактов

Внедренные в полимерную матрицу углеродные нанотрубки обеспечивают ее Внедренные в полимерную матрицу углеродные нанотрубки обеспечивают ее электро- и теплопроводность их можно рассматривать как нанопроводники электро- и теплопроводность их можно рассматривать как нанопроводники Нанотрубки увеличивают проводимость в сотни раз сильнее обычных добавок Нанотрубки увеличивают проводимость в сотни раз сильнее обычных добавок используемых для повышения проводимости материалов Благодаря этому используемых для повышения проводимости материалов Благодаря этому нанотрубки формируют объемную электропроводную структуру при введении в нанотрубки формируют объемную электропроводную структуру при введении в очень малых количествах что позволяет добиться проводимости полимеров очень малых количествах что позволяет добиться проводимости полимеров при значительно меньшей доле нанотрубок по сравнению с традиционными при значительно меньшей доле нанотрубок по сравнению с традиционными сажевыми добавкамисажевыми добавками

Данные компании Nanocyl SA Данные компании Nanocyl SA

Уменьшение сопротивления Уменьшение сопротивления проводниковпроводников

Нанопроволочные приборы показали на Нанопроволочные приборы показали на два два порядкапорядка меньшее контактное сопротивление и меньшее контактное сопротивление и на на три порядкатри порядка меньший уровень меньший уровень электрических шумов по сравнению со электрических шумов по сравнению со стандартной кремниевой технологиейстандартной кремниевой технологией

Уменьшение потерь энергии при Уменьшение потерь энергии при передачпередачее

В наноматериалах оптический сигнал передается во много раз быстрее и без В наноматериалах оптический сигнал передается во много раз быстрее и без потери энергии так как перенос информации происходит с помощью фотонов потери энергии так как перенос информации происходит с помощью фотонов Благодаря этому диссипация энергии в электронных устройствах практически Благодаря этому диссипация энергии в электронных устройствах практически сводится к нулю Один из вариантов использования данной технологии ndash создание сводится к нулю Один из вариантов использования данной технологии ndash создание источников света Поскольку около 15 - 20 вырабатываемой электроэнергии источников света Поскольку около 15 - 20 вырабатываемой электроэнергии расходуется для освещения то использование источников света с новым расходуется для освещения то использование источников света с новым принципом работы сулит огромный экономический эффектпринципом работы сулит огромный экономический эффект

4 96

28 72

70 30

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Электрическая лампочка

Оптические микросхемы наоснове периодических

структур

Разрабатываемые диодысветовой эмиссии

Выделяемая энергия в виде света Потери энергии

Энергосбережение на тепловых Энергосбережение на тепловых электростанцияхэлектростанциях

Применение новой технологии создания топливных элементов на Применение новой технологии создания топливных элементов на основе laquoЖидкой керамикиraquo приводит к значительной экономии энергии основе laquoЖидкой керамикиraquo приводит к значительной экономии энергии на тепловых электростанцияхна тепловых электростанциях

40

95

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Сжигание мазута Новые топливные элементы наоснове жидкой керамики

КПД

Наноматериалы для атомной энергетикиНаноматериалы для атомной энергетики

Перспективы развития атомной энергетики связаны Перспективы развития атомной энергетики связаны со снижением удельного потребления природного со снижением удельного потребления природного урана в основном за счет увеличения глубины урана в основном за счет увеличения глубины выгорания ядерного топлива Для этого необходимо выгорания ядерного топлива Для этого необходимо создание крупнокристаллических структур ядерных создание крупнокристаллических структур ядерных материалов с контролируемой пористостью материалов с контролируемой пористостью удерживающих продукты деления и препятствующих удерживающих продукты деления и препятствующих транспорту осколков деления к оболочке транспорту осколков деления к оболочке тепловыделяющего элемента и ее внутреннего тепловыделяющего элемента и ее внутреннего повреждения Активация процесса спекания за счет повреждения Активация процесса спекания за счет добавок нанометрического размера ndash одно из добавок нанометрического размера ndash одно из направлений создания новых видов уран-направлений создания новых видов уран-плутониевых оксидов и нитридов для ядерной плутониевых оксидов и нитридов для ядерной энергетикиэнергетики

Спасибо за вниманиеСпасибо за внимание

О перспективах развития образования в области О перспективах развития образования в области наносистем наноматериалов нанотехнологий в наносистем наноматериалов нанотехнологий в

целях подготовки кадров для развития целях подготовки кадров для развития национальной нанотехнологической сетинациональной нанотехнологической сети

(из протокола заседания Правительственной комиссии по высоким технологиям и инновациям от 3 сентября 2008 г)

1 Отметить необходимость объединения усилий 1 Отметить необходимость объединения усилий образовательногонаучного и предпринимательского сообществ образовательногонаучного и предпринимательского сообществ по формированию в стране по формированию в стране междисциплинарной междисциплинарной подготовки подготовки специалистов в области нанотехнологийспециалистов в области нанотехнологий

2 Минобрнауки Минпромторгу Минкомсвязи России совместно 2 Минобрнауки Минпромторгу Минкомсвязи России совместно с заинтересованными федеральными органами исполнительной с заинтересованными федеральными органами исполнительной власти государственными академиями наук и ГК laquoРоснанотехraquo власти государственными академиями наук и ГК laquoРоснанотехraquo разработать комплекс мероприятий направленных на развитие разработать комплекс мероприятий направленных на развитие образования в области наносистем наноматериалов образования в области наносистем наноматериалов нанотехнологий и внести соответствующие предложения в нанотехнологий и внести соответствующие предложения в Правительство РФ до 1 февраля 2009 года обратив особое Правительство РФ до 1 февраля 2009 года обратив особое внимание навнимание на- прогнозирование потребностей рынка в специалистах- прогнозирование потребностей рынка в специалистах- ускорение разработки соответствующих профессиональных - ускорение разработки соответствующих профессиональных стандартовстандартов- развитие системы - развитие системы междисциплинарноймеждисциплинарной подготовки и подготовки и повышения квалификации специалистовповышения квалификации специалистов- разработку механизмов привлечения абитуриентов из - разработку механизмов привлечения абитуриентов из регионов и создание условий для иногородних студентов в регионов и создание условий для иногородних студентов в вузах Москвы и Санкт-Петербургавузах Москвы и Санкт-Петербурга- популяризацию возможностей и перспектив связанных с - популяризацию возможностей и перспектив связанных с применением нанотехнологийприменением нанотехнологий

22

33

Развитие междисциплинарной Развитие междисциплинарной подготовки специалистовподготовки специалистов

Нанотехнологии отличаются от Нанотехнологии отличаются от традиционных технологий традиционных технологий надотраслевым характером который надотраслевым характером который требует новых подходов к подготовке требует новых подходов к подготовке специалистов специалистов Это междисциплинарная подготовка Это междисциплинарная подготовка по нанотехнологическим по нанотехнологическим специализациям в рамках широкого специализациям в рамках широкого круга специальностей в области круга специальностей в области физики химии материаловедения физики химии материаловедения метрологии биофизики медицины и метрологии биофизики медицины и дрдрФормы подготовки кадров Формы подготовки кадров межкафедральная и межкафедральная и межфакультетскаямежфакультетская

44

Примеры структур МИФИ Примеры структур МИФИ осуществляющих осуществляющих

междисциплинарную междисциплинарную подготовкуподготовку

- Высший физический колледж Высший физический колледж Российской академии наук и Российской академии наук и Рособразования в МИФИ Рособразования в МИФИ

- Совместный научно-Совместный научно-образовательный центр laquoПодготовка образовательный центр laquoПодготовка кадров для нанотехнологий атомной кадров для нанотехнологий атомной науки и промышленностиraquo МИФИ - науки и промышленностиraquo МИФИ - РНЦ ldquoКурчатовский институтrdquo РНЦ ldquoКурчатовский институтrdquo

- НОЦ МИФИ по направлению НОЦ МИФИ по направлению laquoнанотехнологииraquolaquoнанотехнологииraquo

55

Научно-образовательный центр laquoПодготовка Научно-образовательный центр laquoПодготовка кадров для нанотехнологий атомной науки кадров для нанотехнологий атомной науки

и промышленностиraquo и промышленностиraquo МИФИ - РНЦ laquoКурчатовский институтraquo МИФИ - РНЦ laquoКурчатовский институтraquo

Цель формирование современной Цель формирование современной эффективной системы подготовки и эффективной системы подготовки и переподготовки квалифицированных переподготовки квалифицированных кадров для нанотехнологий атомной кадров для нанотехнологий атомной науки и промышленности а также науки и промышленности а также создания эффективной инновационной создания эффективной инновационной системы и реализации инновационных системы и реализации инновационных проектов на основе интеграции проектов на основе интеграции научного образовательного и научного образовательного и инновационного потенциалаинновационного потенциала

Научная работа

Информационно-аналитический центр

Подготовка кадров

Центр коллективного пользования

Центр коммерциализации (Технопарк)

НАУЧНО- НАУЧНО- ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫОБРАЗОВАТЕЛЬНЫ

Й ЦЕНТР Й ЦЕНТР (НОЦ МИФИ(НОЦ МИФИ))

НАУЧНО-ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЙ ЦЕНТР (НОЦ НАУЧНО-ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЙ ЦЕНТР (НОЦ МИФИ)МИФИ)

по направлению по направлению ldquo ldquo нанотехнологиинанотехнологии rdquordquo

НАУЧНО-ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЙ НАУЧНО-ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЙ ЦЕНТР МИФИ по направлению ЦЕНТР МИФИ по направлению

laquoНанотехнологииraquolaquoНанотехнологииraquo

Подготовка кадров в МИФИПодготовка кадров в МИФИ

1 Кафедра физики твердого тела и наносистем

2 Кафедра компьютерного моделирования наноструктур

3 Кафедра наноразмерных гетероструктур и СВЧ- наноэлектроники

4 Кафедра микро- и наноэлектроники

5 Кафедра лазерной физики

6 Кафедра физики плазмы

7 Кафедра физических проблем материаловедения

8 Кафедра молекулярной физики

9 Кафедра электрофизических установок

10 Кафедра химической физики

11 Кафедра электроники

Стратегические партнеры Стратегические партнеры МИФИ в области МИФИ в области нанотехнологийнанотехнологий1 Российский научный центр laquoКурчатовский институтraquo

2 Российская госкорпорация нанотехнологий

3 Головные организации отраслей по направлениям развития нанотехнологий НИИФП им ФВЛукина ВНИИНМ им АА Бочвара МИЭТ ЦНИИКМ laquoПрометейraquo ВИАМ ЦНИИХМ

4 Предприятия и институты Росатома ВНИИЭФ (г Саров) ВНИИТФ (г Снежинск) ИТЭФ Концерн laquoРосэнергоатомraquo Концерн laquoСистемпромraquo и др

5 Академические институты ФИАН ИОФ РАН ИК РАН ИФТТ РАН ИРЭ РАН ФТИ РАН ИХФ РАН ИКИ РАН ИММ им АА Байкова РАН ИФХ РАН и др

6 Другие организации ВНИИФТРИ НИИ laquoТитанraquo и др

НАНОЭНЕРГЕТИКА

НАНОЭЛЕКТРОНИКА

НАНОСТРУКТУРЫ

КОНСТРУКЦИОННЫЕ НАНОМАТЕРИАЛЫ

НАНОМЕТРОЛОГИЯ

ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ

МИФИВ ОБЛАСТИ

НАНОТЕХНОЛОГИЙ

ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ МИФИ В ОБЛАСТИ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ МИФИ В ОБЛАСТИ

НАНОТЕХНОЛОГИЙ И НАНОМАТЕРИАЛОВНАНОТЕХНОЛОГИЙ И НАНОМАТЕРИАЛОВ

Разработка технологии роста углеродных Разработка технологии роста углеродных нанотрубок для создания систем с нанотрубок для создания систем с холодными эмиттерамихолодными эмиттерами

Создание и изучение новых нановеществ Создание и изучение новых нановеществ на основе метастабильных кластерных на основе метастабильных кластерных форм способных запасать и выделять форм способных запасать и выделять энергию значительно превосходящую энергию значительно превосходящую энергию известных химических энергию известных химических энергоносителейэнергоносителей

Лазерное напыление тонких Лазерное напыление тонких наноструктурированных пленок ВТСП для наноструктурированных пленок ВТСП для сверхпроводящих накопителей энергиисверхпроводящих накопителей энергии

Разработка аккумуляторов механической Разработка аккумуляторов механической энергии и демпфирующих устройств энергии и демпфирующих устройств нового поколения на основе наносистем нового поколения на основе наносистем laquoнесмачивающая жидкость - laquoнесмачивающая жидкость - нанопористое телоraquoнанопористое телоraquo

Использование УДС и нано-порошков Использование УДС и нано-порошков диоксида урана в качестве добавок к диоксида урана в качестве добавок к порошкам для совершенствования порошкам для совершенствования производства топливных таблеток АЭС или производства топливных таблеток АЭС или улучшения их характеристикулучшения их характеристик

НаноэнергетикаНаноэнергетика

Графитовая бумага с Y-нанотрубкой СТМ

Глобула из углеродных нанотрубок СТМ

Поверхность наноструктурированной топливной таблетки АСМ

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55

H mT

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

1100

1200

1300

1400

1500

1600

Jc

Ac

m2

Ccedilagraveacircegraventildeegraveigrave icirc ntildeograveuuml J c(H )iuml ethegrave ethagraveccedileuml egravedivideiacute ucirc otilde ecircicirc iacute oumlaringiacute ograveethagraveoumlegraveyumlotilde ZrN

150_Bi2223 aacute aringccedil auml icirc uumlagraveacirc icirc ecirc

172_Bi2223_0_1_ZrN

173_Bi2223_0_2_ZrN

171_Bi2223_0_27_ZrN

Повышение критического тока ВТСП за Повышение критического тока ВТСП за счет внедрения наноразмерных добавок счет внедрения наноразмерных добавок

соединений соединений TaC NbC HfN NbN SiTaC NbC HfN NbN Si33NN44

0 5 10 15 20n 1013 ntildeigrave -3

0

05

1

J c(H

=0)

Jc m

ax(H

=0)

icircograveiacute

aringauml

N bCN bNTaC

СВЕРХПРОВОДИМОСТЬСВЕРХПРОВОДИМОСТЬ

Лазерное напыление тонких Лазерное напыление тонких эпитаксиальных наноструктурированных эпитаксиальных наноструктурированных

пленок ВТСП для создания пленок ВТСП для создания сверхпроводящих проводов 2-го поколениясверхпроводящих проводов 2-го поколения

Микрофотографии пленок YBa2Cu3O7-y

а- прямое напыление б- параллельное

в- с экранированием прямого эрозионного факела увеличение x4000

Схема напылительной установки Схема напылительной установки 1 1 -- лазерный луч 2 лазерный луч 2--кварцевая кварцевая линза линза 3 3 -- подложка 4 подложка 4 -- нагреватель 5 нагреватель 5 --входные окна входные окна 6 6 -- мишень 7 мишень 7 -- эрозионный факел эрозионный факел

ИИccccледование ледование левитациилевитации

9

7

11

6

5

8

12

4

13

1

14

10

2

3

Перспективы примененияПерспективы применения транспорт (поезда на магнитной транспорт (поезда на магнитной подушке) энергетика безфрикционный магнитный подвес для подушке) энергетика безфрикционный магнитный подвес для турбин центрифуг кинетических накопителей энергиитурбин центрифуг кинетических накопителей энергии

200

400

600

800

1000

1200

1400

2 14 26 38 50

Композитные материалы на основе углеродных нанотрубок для роторов урановых газовых

центрифуг нового поколения

Устройство центрифуги

Предел прочности ГПа

Мо

дул

ь уп

руг

ост

и Г

Па Композиты на Композиты на

основе нанотрубокоснове нанотрубок

Выпускаемые углеродные волокнаВыпускаемые углеродные волокна

Характеристики- 1divide2 углеродных нанотрубок повышает в 2-7 раз прочность волокон углеродных композитов- увеличение удельной разделительной способности газовой центрифуги в 15 раза и более раз

Нанотехнология демпфирования удара и Нанотехнология демпфирования удара и аккумулирования механической энергииаккумулирования механической энергии

Принцип действия основан на использовании энергетики динамического перколяционного перехода в системе пористое тело с нанометровым размером пор и несмачивающая жидкостьПатент МИФИПатент МИФИОбласть применения системы обеспечения безопасности человека амортизаторы гашение вибраций в автомобильной авиационной космической и другой техникеХарактеристики 15 литра нанопористого тела полностью поглощают энергию автомобиля весом 1 тонна движущегося со скоростью 50 кмч

Пористое тело(наноструктура)

Гидротормоз

Пружинный тормоз Удар

Уплотнение

Шток

Порошок - пористое тело (наноструктура)

Жидкость

1 ndash пульт управления 2- высокочастотный генератор 3- баллон с инертным газом 4 ndash система напуска газа 5 ndash прибор регулирующего типа Р111 6 ndash потенциометр КСП-4 7 ndash корпус камеры 8 ndash кварцевый или керамический питатель 9 ndash термопара10 ndash высокочастотный индуктор 11 ndash расплав 12 ndash закалочный медный диск 13 ndash лентосъемник 14 ndash вакуумная система с термопарным вакуумметром ВТ-2А 15 ndash агрегат вакуумный АВЗ-20Д 16 ndash лентоприемник 17 ndash быстрозакаленная лентаПроизводительность установки ndash 500кГгод

Быстрозакаленный сплав в виде ленты

Принцип методаПринцип методаИндуктор (10) расплавляет кристаллический слиток в кварцевом тигле (8) Подается избыточное давление и из тигля через сопло расплав (11) выдавливается на вращающейся медный диск-холодильник (12) При помощи лентосъемика (13) застывший расплав в виде ленты (17) попадает в лентоприемник (16)

Наноструктурное состояние

Конструкционные наноструктурированные материалы для энергетики Получение наноматериалов методом быстрой

закалки

25 нм 25 нмНаноструктура

Создание наноструктурированных поверхностных слоев

при обработке потоками импульсной газовой плазмыУсловия обработки Плотность энергии падающего потока плазмы q=10ndash100 Джсм2Средняя плотность мощности потока плазмы Q= (3ndash100) 105 Втсм2Длительность воздействия τи= 10ndash60 мксЧисло импульсов облучения N = (1ndashktimes10)

Микроструктура модифицированного слоя стали 0Х16Н15М3Б обработанной потоками импульсной плазмы(Q = 5106 Втсм2 N = 3)

Микроструктура поперечного шлифа стали 45 облученной потоками азотной плазмы(Q = 13106 Втсм2 N = 3)

Зависимость среднего размера ячеек от удельной мощности падающего потока 1 12Х18Н10Т 2 НП2Эви 3 0Х16Н15М3Б 4 03Х20Н45М4БЦ(lh = 50 нм15 мкм)

Цель работыЦель работы ndash разработка физических основ создания ndash разработка физических основ создания новых энергоносителей на основе метастабильных нанокластерных и полимерных форм и состоящих из и состоящих из элементов не образующих в обычных условиях элементов не образующих в обычных условиях конденсированных веществконденсированных веществ- - азота гелияазота гелия Такие нановещества способны запасать энергию от 3 до Такие нановещества способны запасать энергию от 3 до 550 раз больше чем известные химические 0 раз больше чем известные химические энергоносители а также полностью выделять энергоносители а также полностью выделять запасенную энергию за короткие временазапасенную энергию за короткие времена

На данном этапе поиск проводится методами На данном этапе поиск проводится методами компьютерного моделированиякомпьютерного моделирования

Поиск новых энергоносителей на основе Поиск новых энергоносителей на основе метастабильных нанокластеровметастабильных нанокластеров

Диапазоны энергоёмкости

Азотные нанокластеры и их Азотные нанокластеры и их

ансамбли Полимерный азотансамбли Полимерный азот

предсказана возможность предсказана возможность существования ансамблей из существования ансамблей из кластеров кластеров NN88 (так называемых (так называемых laquoлодокraquo) те конденсированной laquoлодокraquo) те конденсированной фазы собранной из фазы собранной из laquoкирпичиковraquo -кластеров laquoкирпичиковraquo -кластеров NN88 Это новое нановещество должно Это новое нановещество должно быть устойчивым при быть устойчивым при нормальном давлении и нагреве нормальном давлении и нагреве до до 800К 800К

Выяснены причины Выяснены причины возможной неустойчивости возможной неустойчивости конечных кластеров Гош конечных кластеров Гош структуры полимерного азота структуры полимерного азота и вычислены времена их и вычислены времена их жизнижизни

Результаты Результаты исследованийисследованийгелиевых кластеровгелиевых кластеров

Определены параметры Определены параметры кластеров спин-кластеров спин-поляризованного гелия с поляризованного гелия с различной структуройразличной структурой

Показано что для Показано что для метастабильных спин-метастабильных спин-поляризованных кластеров поляризованных кластеров гелия выигрыш по удельной гелия выигрыш по удельной массовой энергоемкости может массовой энергоемкости может достигать 50 достигать 50

Показано что продукты Показано что продукты распада данных распада данных HEDMHEDM - - молекулы азота и атомы гелия молекулы азота и атомы гелия соответственно являются соответственно являются чрезвычайно устойчивыми к чрезвычайно устойчивыми к ионизации и распаду те не ионизации и распаду те не преобразуют выделившуюся преобразуют выделившуюся энергию во внутреннюю энергию во внутреннюю малоэффективную компоненту малоэффективную компоненту

Две метастабильные конфигурации метастабильного кластера He12 с полным спином S=6 состоящего из шести молекул (квазиатомов) He2

Метастабильный кластер He4 с полным спином S=2

Что это может датьЧто это может дать В случае успешной реализации работ в этом В случае успешной реализации работ в этом

направлении открывается возможность создания направлении открывается возможность создания принципиально новых веществ энергоемкость принципиально новых веществ энергоемкость которыхкоторых значительно превышает параметры значительно превышает параметры обычных топлив и не требует наличия окислителяобычных топлив и не требует наличия окислителя

Предполагаемые энергетические параметры HEDM на основе азота и гелия

ВеществоВеществоУдельная Удельная запасенная запасенная энергия на энергия на 1см1см33 вещества вещества[кДжсм[кДжсм33]]

Удельная Удельная запасенная запасенная энергия на энергия на 1грамм вещества 1грамм вещества [кДжг] [кДжг]

Максималь-Максималь-ная ная температура температура [[KKoo]]

Удельный Удельный импульсимпульс[[cc]]

Кластеры азотаКластеры азота 20 20 5252 77 17 17 gt10000 Кgt10000 Коо 200200400400

ГелийГелий(спин-(спин-поляризованный) поляризованный)

236236 7070 gt100000 Кgt100000 Коо 1500 1500 18901890

ИсследованияИсследованияуглеродных кластеровуглеродных кластеров

Кубейн Кубейн CC88HH88 Открыт в 1964 году Открыт в 1964 году Представляет собой Представляет собой метастабильный кластер Запасает метастабильный кластер Запасает энергию более 6 эВэнергию более 6 эВ

Характеризуется высоким Характеризуется высоким потенциальным барьером потенциальным барьером препятствующим его переходу в препятствующим его переходу в равновесное состояние поэтому равновесное состояние поэтому отличается сравнительно высокой отличается сравнительно высокой устойчивостью и способен устойчивостью и способен образовывать твердое тело с образовывать твердое тело с температурой плавления около температурой плавления около 130130ооCC Мало изучен Мало изучен

Возможные пути использования в Возможные пути использования в качестве топливного элемента в качестве топливного элемента в медицине (например для медицине (например для локального повышения локального повышения температуры в окрестности температуры в окрестности опухоли) и дропухоли) и др

CCинтез и исследование новых материалов на интез и исследование новых материалов на основе сверхтонких слоев оксидов основе сверхтонких слоев оксидов редкоземельных металлов для редкоземельных металлов для подзатворного диэлектрика МОП -подзатворного диэлектрика МОП -транзисторов нового поколениятранзисторов нового поколения

Синтез и исследование проводящих Синтез и исследование проводящих материалов для металлических затворов в материалов для металлических затворов в МОП-приборах нового поколенияМОП-приборах нового поколения Разработка физических основ технологии Разработка физических основ технологии изготовления элементов памяти на основе изготовления элементов памяти на основе магнитных туннельных переходов магнитных туннельных переходов (спинтроника)(спинтроника)

НаноэлектроникаНаноэлектроника

Si(100)Si(100)

HfOHfO2 2 (27 nm)(27 nm)

a-Si (35 a-Si (35 nm)nm)

a-NiSia-NiSixx

МОП-транзистор

готовыйготовыйобразецобразец

Процесс эпитаксиального ростаПроцесс эпитаксиального роста

Рост слоёв полупроводниковРост слоёв полупроводниковAlAlххGaGa1-х1-хAsAs In InууGaGa1-у1-уAsAs GaAs GaAs формированиеформирование квантовых ям квантовых ям квантовых точекквантовых точек

Молекулярно-лучевая эпитаксияМолекулярно-лучевая эпитаксиядля формирования наногетероструктур для формирования наногетероструктур А3В5 Установка МЛЭ А3В5 Установка МЛЭ Riber (Riber (Франция)Франция)

КАФЕДРА ФИЗИКИ НАНОРАЗМЕРНЫХ ГЕТЕРОСТРУКТУР КАФЕДРА ФИЗИКИ НАНОРАЗМЕРНЫХ ГЕТЕРОСТРУКТУР И СВЧ НАНОЭЛЕКТРОНИКИИ СВЧ НАНОЭЛЕКТРОНИКИ

Квантовые точкиКвантовые точки InAsGaAsInAsGaAs ndash скан ndash сканатомно-силового атомно-силового микроскопамикроскопа

Достижения в разработке Достижения в разработке моделировании моделировании изготовленииизготовленииШирокополосных Широкополосных малошумящих усилителей малошумящих усилителей Рекордно низкий коэф шумаРекордно низкий коэф шума Кш=037дБКш=037дБ Кус=10дБ Кус=10дБ f=f=9-9-112ГГц2ГГц- мощных транзисторов на - мощных транзисторов на AlGaNGaNAlGaNGaN W=11 W=11 ВтВтмммм граничная частотаграничная частота 100 ГГц100 ГГц-Транзисторов К-диапазона Транзисторов К-диапазона (граничная частота (граничная частота fmax=190fmax=190ГГцГГц))- Длина затвора Длина затвора ((топологическая норма) 100-топологическая норма) 100-190 нанометров190 нанометров

Современные СВЧ микросхемы на основе наногетероструктурСовременные СВЧ микросхемы на основе наногетероструктур

- разработана и изготовлена в ИСВЧПЭ РАН- разработана и изготовлена в ИСВЧПЭ РАН совместно с НПФ laquoМикранraquo Томсксовместно с НПФ laquoМикранraquo Томск

Изготовленная СВЧ микросхема Изготовленная СВЧ микросхема вставлена в вставлена в модуль бортового локатора МИГ на АФАРмодуль бортового локатора МИГ на АФАР

демонстрировавшегося на демонстрировавшегося на авиасалоне МАКС ndash 2007авиасалоне МАКС ndash 2007

Рабочие частоты Рабочие частоты ~ ~ 10-10-15 15 ГГцГГц

Первая отечественная наногетероструктурная СВЧ МИСПервая отечественная наногетероструктурная СВЧ МИС 2-х- каскадного малошумящего усилителя2-х- каскадного малошумящего усилителя

АФАРАФАР

ПОЛУЧЕНИЕ УГЛЕРОДНЫХ НАНОТРУБОКПОЛУЧЕНИЕ УГЛЕРОДНЫХ НАНОТРУБОК

Синтез Y- образной нанотрубки как основы нанотранзистора

ПОЛУЧЕНИЕ НАНОСТРУКТУРИРОВАННЫХ ПОЛУЧЕНИЕ НАНОСТРУКТУРИРОВАННЫХ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПЛЕНОК МЕТОДОМ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПЛЕНОК МЕТОДОМ

ПЛАЗМЕННОЙ ТЕХНОЛОГИИПЛАЗМЕННОЙ ТЕХНОЛОГИИ

50 нм

Подложка ndash полимерная пленка применение для конденсаторов высокой емкости

Оборудование дляОборудование для исследования физических исследования физических свойств наносистемсвойств наносистем

Исследовательский комплекс ИЛО-РФЭС-СРМИ-ВИМС (на базе XSAM-800 Kratos)

МИШЕНИ

Hf La Al Au Pt Si Ge Ni

Ti Sb B helliphellip

НАПУСК РЕАКТИВНЫХ

ГАЗОВ O2 N2 helliphellip

РЕНТГЕНОВСКИЙ ИСТОЧНИК

ИОННЫЙ ИСТОЧНИК (Ar+ He+

H+ hellip)

ПОЛУСФЕРИЧЕСКИЙ ЭНЕРГОАНАЛИЗАТОР

ЛАЗЕР

ПК

ИМПУЛЬСНОЕ ИМПУЛЬСНОЕ ЛАЗЕРНОЕ ЛАЗЕРНОЕ

ОСАЖДЕНИЕОСАЖДЕНИЕ

ДЕРЖАТЕЛЬ ОБРАЗЦОВ С

НАГРЕВАТЕЛЕМ

ДО Т=10000С

КАМЕРА КАМЕРА РОСТАРОСТА

АНАЛИТИЧЕСКАЯАНАЛИТИЧЕСКАЯ

КАМЕРАКАМЕРА

КВАД МАСС-СПЕКТРОМЕТР

Измерение методом STM и TEM атомной структуры нанокластеров металлов на углеродных подложках и в твердотельных матрицах

Нанокластеры AuC ПЭМ 50х50 нм

Нанокластер Нанокластер AuAuС СТМ С СТМ 7х7 нм7х7 нм

СканирующиСканирующиее нанотвердоме нанотвердомерыры laquoНаноСканraquolaquoНаноСканraquo и и laquoСуперlaquoСупер--НаноСканraquoНаноСканraquo

Режимы измерений

Контактный динамический режим (рельеф поверхности карта распределения модуля упругости)

Разрешение по XY 015 нм Разрешение по Z 007 нм

Индентирование склерометрия (с макс нагрузкой до 10 гр)

Динамическое наноиндентирование

Оборудование закупаемое в 2008 г под НОЦ Оборудование закупаемое в 2008 г под НОЦ Высоковакуумный сканирующий зондовый микроскоп с методиками

СТМ АСМ и МСМ Multiprobe MXPS RM VR AFM 25 ldquoOmicronrdquo (Германия) оборудованный системой рентгеновской

фотоэлектронной спектроскопии и камерой препарирования

Источник осаждения нанокластеров с квадрупольным масс-фильтромNanoGen50 (Mantis Deposition Ltd Великобритания)

Функциональные Функциональные наноматериалы для наноматериалы для

энергетикиэнергетики((обзор)обзор)

Московский инженерно-физический институтМосковский инженерно-физический институт(государственный университет)(государственный университет)

Основные области примененияОсновные области применения Транспортировка и хранение топливаТранспортировка и хранение топлива Альтернативные источники энергииАльтернативные источники энергии Получение экологически чистого топливаПолучение экологически чистого топлива Энергосбережение за счет уменьшения сил трения и Энергосбережение за счет уменьшения сил трения и

вязкостивязкости Улучшение проводимости контактовУлучшение проводимости контактов Уменьшение сопротивления проводниковУменьшение сопротивления проводников Уменьшение потерь энергии при передачеУменьшение потерь энергии при передаче Создание новых топливных элементов с большим КПДСоздание новых топливных элементов с большим КПД

Твердотельная Твердотельная энергосберегающая и энергосберегающая и

экологически чистая энергетикаэкологически чистая энергетика

Транспортировка и хранение Транспортировка и хранение водородного топливаводородного топлива

33DD-модель заполнения -модель заполнения водородом массива водородом массива углеродных углеродных нанотрубокнанотрубок

Модель заполнения массива Модель заполнения массива нанотрубок нанотрубок а) кремния и b) углерода при а) кремния и b) углерода при температуре 298 K и температуре 298 K и давлении давлении 10 МПа10 МПа

Наноматериалы в солнечных Наноматериалы в солнечных батареях ndash новые перспективы батареях ndash новые перспективы

альтернативной энергетикиальтернативной энергетики

Новые энергосистемы на основе Новые энергосистемы на основе углеродных нанотрубокуглеродных нанотрубок могут могут проводить электричество в 1000 раз проводить электричество в 1000 раз лучше медных проводовлучше медных проводов

КПД 36КПД 36Работает даже ночью Работает даже ночью утилизируя ИК-лучи утилизируя ИК-лучи которые испускает которые испускает ЗемляЗемляГораздо дешевле Гораздо дешевле традиционных традиционных солнечных батарейсолнечных батарей

Экологически чистое топливоЭкологически чистое топливо

Через молекулярные laquoворотаraquo проникают Через молекулярные laquoворотаraquo проникают молекулы двуокиси углерода а более молекулы двуокиси углерода а более крупные молекулы (метановые) остаются крупные молекулы (метановые) остаются в веществе Практическое применение это в веществе Практическое применение это находит при фильтрации двуокиси находит при фильтрации двуокиси углерода из природного газа и при углерода из природного газа и при создании автомобильных катализаторовсоздании автомобильных катализаторов

Уменьшение сил трения и вязкости Уменьшение сил трения и вязкости в микромеханических системахв микромеханических системах

Наноразмерные неровности Наноразмерные неровности поверхностей сокращают площадь поверхностей сокращают площадь контакта между поверхностями Таким контакта между поверхностями Таким образом металлические материалы с образом металлические материалы с наноструктурой обладают повышенной наноструктурой обладают повышенной по сравнению с обычным структурным по сравнению с обычным структурным состоянием твердостью и состоянием твердостью и износостойкостью Эффект износостойкостью Эффект износостойкости и малого износостойкости и малого коэффициента трения проявляется при коэффициента трения проявляется при использовании использовании полинанокристаллических алмазов и полинанокристаллических алмазов и алмазоподобных покрытий а также алмазоподобных покрытий а также сверхтвердых веществ на базе сверхтвердых веществ на базе фуллеренов (например со фуллеренов (например со сфероподобными молекулами С60) и сфероподобными молекулами С60) и фуллеридов (легированных фуллеридов (легированных фуллеренов например FexC60) фуллеренов например FexC60) наноструктурных многослойных пленок наноструктурных многослойных пленок сложного состава на основе сложного состава на основе кубического BN Cкубического BN C33NN44 TiC TiN Ti(AlN) TiC TiN Ti(AlN) обладающих очень высокой (до 70 ГПа) обладающих очень высокой (до 70 ГПа) твердостьютвердостью

Энергосбережение за счет Энергосбережение за счет увеличения ресурса работы увеличения ресурса работы техникитехники

При техническом сервисе благодаря применению наноматериалов можно При техническом сервисе благодаря применению наноматериалов можно значительно (до 15-4 раз) увеличить ресурс работы машин уменьшить значительно (до 15-4 раз) увеличить ресурс работы машин уменьшить вредные выбросы и эксплутационные затраты (в том числе расход вредные выбросы и эксплутационные затраты (в том числе расход топлива) Наноматериалы в основном фуллерены вводят в смазочные топлива) Наноматериалы в основном фуллерены вводят в смазочные материалы которые уменьшают трение и обеспечивают процесс ldquoизнос-материалы которые уменьшают трение и обеспечивают процесс ldquoизнос-восстановлениеrdquoвосстановлениеrdquo

000

020

040

060

080

100

120

140

160

Мощность двигателя Потребление топлива Срок службысмазочных материалов

Расход смазочныхматериалов

0

2

4

6

8

10

12

Продолжительность обкаткиагрегатов

Износостойкость трущихсясоединений

раз

С использованием фуллереновыхпрепаратов

Без использования

Улучшение проводимости Улучшение проводимости контактовконтактов

Внедренные в полимерную матрицу углеродные нанотрубки обеспечивают ее Внедренные в полимерную матрицу углеродные нанотрубки обеспечивают ее электро- и теплопроводность их можно рассматривать как нанопроводники электро- и теплопроводность их можно рассматривать как нанопроводники Нанотрубки увеличивают проводимость в сотни раз сильнее обычных добавок Нанотрубки увеличивают проводимость в сотни раз сильнее обычных добавок используемых для повышения проводимости материалов Благодаря этому используемых для повышения проводимости материалов Благодаря этому нанотрубки формируют объемную электропроводную структуру при введении в нанотрубки формируют объемную электропроводную структуру при введении в очень малых количествах что позволяет добиться проводимости полимеров очень малых количествах что позволяет добиться проводимости полимеров при значительно меньшей доле нанотрубок по сравнению с традиционными при значительно меньшей доле нанотрубок по сравнению с традиционными сажевыми добавкамисажевыми добавками

Данные компании Nanocyl SA Данные компании Nanocyl SA

Уменьшение сопротивления Уменьшение сопротивления проводниковпроводников

Нанопроволочные приборы показали на Нанопроволочные приборы показали на два два порядкапорядка меньшее контактное сопротивление и меньшее контактное сопротивление и на на три порядкатри порядка меньший уровень меньший уровень электрических шумов по сравнению со электрических шумов по сравнению со стандартной кремниевой технологиейстандартной кремниевой технологией

Уменьшение потерь энергии при Уменьшение потерь энергии при передачпередачее

В наноматериалах оптический сигнал передается во много раз быстрее и без В наноматериалах оптический сигнал передается во много раз быстрее и без потери энергии так как перенос информации происходит с помощью фотонов потери энергии так как перенос информации происходит с помощью фотонов Благодаря этому диссипация энергии в электронных устройствах практически Благодаря этому диссипация энергии в электронных устройствах практически сводится к нулю Один из вариантов использования данной технологии ndash создание сводится к нулю Один из вариантов использования данной технологии ndash создание источников света Поскольку около 15 - 20 вырабатываемой электроэнергии источников света Поскольку около 15 - 20 вырабатываемой электроэнергии расходуется для освещения то использование источников света с новым расходуется для освещения то использование источников света с новым принципом работы сулит огромный экономический эффектпринципом работы сулит огромный экономический эффект

4 96

28 72

70 30

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Электрическая лампочка

Оптические микросхемы наоснове периодических

структур

Разрабатываемые диодысветовой эмиссии

Выделяемая энергия в виде света Потери энергии

Энергосбережение на тепловых Энергосбережение на тепловых электростанцияхэлектростанциях

Применение новой технологии создания топливных элементов на Применение новой технологии создания топливных элементов на основе laquoЖидкой керамикиraquo приводит к значительной экономии энергии основе laquoЖидкой керамикиraquo приводит к значительной экономии энергии на тепловых электростанцияхна тепловых электростанциях

40

95

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Сжигание мазута Новые топливные элементы наоснове жидкой керамики

КПД

Наноматериалы для атомной энергетикиНаноматериалы для атомной энергетики

Перспективы развития атомной энергетики связаны Перспективы развития атомной энергетики связаны со снижением удельного потребления природного со снижением удельного потребления природного урана в основном за счет увеличения глубины урана в основном за счет увеличения глубины выгорания ядерного топлива Для этого необходимо выгорания ядерного топлива Для этого необходимо создание крупнокристаллических структур ядерных создание крупнокристаллических структур ядерных материалов с контролируемой пористостью материалов с контролируемой пористостью удерживающих продукты деления и препятствующих удерживающих продукты деления и препятствующих транспорту осколков деления к оболочке транспорту осколков деления к оболочке тепловыделяющего элемента и ее внутреннего тепловыделяющего элемента и ее внутреннего повреждения Активация процесса спекания за счет повреждения Активация процесса спекания за счет добавок нанометрического размера ndash одно из добавок нанометрического размера ndash одно из направлений создания новых видов уран-направлений создания новых видов уран-плутониевых оксидов и нитридов для ядерной плутониевых оксидов и нитридов для ядерной энергетикиэнергетики

Спасибо за вниманиеСпасибо за внимание

33

Развитие междисциплинарной Развитие междисциплинарной подготовки специалистовподготовки специалистов

Нанотехнологии отличаются от Нанотехнологии отличаются от традиционных технологий традиционных технологий надотраслевым характером который надотраслевым характером который требует новых подходов к подготовке требует новых подходов к подготовке специалистов специалистов Это междисциплинарная подготовка Это междисциплинарная подготовка по нанотехнологическим по нанотехнологическим специализациям в рамках широкого специализациям в рамках широкого круга специальностей в области круга специальностей в области физики химии материаловедения физики химии материаловедения метрологии биофизики медицины и метрологии биофизики медицины и дрдрФормы подготовки кадров Формы подготовки кадров межкафедральная и межкафедральная и межфакультетскаямежфакультетская

44

Примеры структур МИФИ Примеры структур МИФИ осуществляющих осуществляющих

междисциплинарную междисциплинарную подготовкуподготовку

- Высший физический колледж Высший физический колледж Российской академии наук и Российской академии наук и Рособразования в МИФИ Рособразования в МИФИ

- Совместный научно-Совместный научно-образовательный центр laquoПодготовка образовательный центр laquoПодготовка кадров для нанотехнологий атомной кадров для нанотехнологий атомной науки и промышленностиraquo МИФИ - науки и промышленностиraquo МИФИ - РНЦ ldquoКурчатовский институтrdquo РНЦ ldquoКурчатовский институтrdquo

- НОЦ МИФИ по направлению НОЦ МИФИ по направлению laquoнанотехнологииraquolaquoнанотехнологииraquo

55

Научно-образовательный центр laquoПодготовка Научно-образовательный центр laquoПодготовка кадров для нанотехнологий атомной науки кадров для нанотехнологий атомной науки

и промышленностиraquo и промышленностиraquo МИФИ - РНЦ laquoКурчатовский институтraquo МИФИ - РНЦ laquoКурчатовский институтraquo

Цель формирование современной Цель формирование современной эффективной системы подготовки и эффективной системы подготовки и переподготовки квалифицированных переподготовки квалифицированных кадров для нанотехнологий атомной кадров для нанотехнологий атомной науки и промышленности а также науки и промышленности а также создания эффективной инновационной создания эффективной инновационной системы и реализации инновационных системы и реализации инновационных проектов на основе интеграции проектов на основе интеграции научного образовательного и научного образовательного и инновационного потенциалаинновационного потенциала

Научная работа

Информационно-аналитический центр

Подготовка кадров

Центр коллективного пользования

Центр коммерциализации (Технопарк)

НАУЧНО- НАУЧНО- ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫОБРАЗОВАТЕЛЬНЫ

Й ЦЕНТР Й ЦЕНТР (НОЦ МИФИ(НОЦ МИФИ))

НАУЧНО-ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЙ ЦЕНТР (НОЦ НАУЧНО-ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЙ ЦЕНТР (НОЦ МИФИ)МИФИ)

по направлению по направлению ldquo ldquo нанотехнологиинанотехнологии rdquordquo

НАУЧНО-ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЙ НАУЧНО-ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЙ ЦЕНТР МИФИ по направлению ЦЕНТР МИФИ по направлению

laquoНанотехнологииraquolaquoНанотехнологииraquo

Подготовка кадров в МИФИПодготовка кадров в МИФИ

1 Кафедра физики твердого тела и наносистем

2 Кафедра компьютерного моделирования наноструктур

3 Кафедра наноразмерных гетероструктур и СВЧ- наноэлектроники

4 Кафедра микро- и наноэлектроники

5 Кафедра лазерной физики

6 Кафедра физики плазмы

7 Кафедра физических проблем материаловедения

8 Кафедра молекулярной физики

9 Кафедра электрофизических установок

10 Кафедра химической физики

11 Кафедра электроники

Стратегические партнеры Стратегические партнеры МИФИ в области МИФИ в области нанотехнологийнанотехнологий1 Российский научный центр laquoКурчатовский институтraquo

2 Российская госкорпорация нанотехнологий

3 Головные организации отраслей по направлениям развития нанотехнологий НИИФП им ФВЛукина ВНИИНМ им АА Бочвара МИЭТ ЦНИИКМ laquoПрометейraquo ВИАМ ЦНИИХМ

4 Предприятия и институты Росатома ВНИИЭФ (г Саров) ВНИИТФ (г Снежинск) ИТЭФ Концерн laquoРосэнергоатомraquo Концерн laquoСистемпромraquo и др

5 Академические институты ФИАН ИОФ РАН ИК РАН ИФТТ РАН ИРЭ РАН ФТИ РАН ИХФ РАН ИКИ РАН ИММ им АА Байкова РАН ИФХ РАН и др

6 Другие организации ВНИИФТРИ НИИ laquoТитанraquo и др

НАНОЭНЕРГЕТИКА

НАНОЭЛЕКТРОНИКА

НАНОСТРУКТУРЫ

КОНСТРУКЦИОННЫЕ НАНОМАТЕРИАЛЫ

НАНОМЕТРОЛОГИЯ

ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ

МИФИВ ОБЛАСТИ

НАНОТЕХНОЛОГИЙ

ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ МИФИ В ОБЛАСТИ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ МИФИ В ОБЛАСТИ

НАНОТЕХНОЛОГИЙ И НАНОМАТЕРИАЛОВНАНОТЕХНОЛОГИЙ И НАНОМАТЕРИАЛОВ

Разработка технологии роста углеродных Разработка технологии роста углеродных нанотрубок для создания систем с нанотрубок для создания систем с холодными эмиттерамихолодными эмиттерами

Создание и изучение новых нановеществ Создание и изучение новых нановеществ на основе метастабильных кластерных на основе метастабильных кластерных форм способных запасать и выделять форм способных запасать и выделять энергию значительно превосходящую энергию значительно превосходящую энергию известных химических энергию известных химических энергоносителейэнергоносителей

Лазерное напыление тонких Лазерное напыление тонких наноструктурированных пленок ВТСП для наноструктурированных пленок ВТСП для сверхпроводящих накопителей энергиисверхпроводящих накопителей энергии

Разработка аккумуляторов механической Разработка аккумуляторов механической энергии и демпфирующих устройств энергии и демпфирующих устройств нового поколения на основе наносистем нового поколения на основе наносистем laquoнесмачивающая жидкость - laquoнесмачивающая жидкость - нанопористое телоraquoнанопористое телоraquo

Использование УДС и нано-порошков Использование УДС и нано-порошков диоксида урана в качестве добавок к диоксида урана в качестве добавок к порошкам для совершенствования порошкам для совершенствования производства топливных таблеток АЭС или производства топливных таблеток АЭС или улучшения их характеристикулучшения их характеристик

НаноэнергетикаНаноэнергетика

Графитовая бумага с Y-нанотрубкой СТМ

Глобула из углеродных нанотрубок СТМ

Поверхность наноструктурированной топливной таблетки АСМ

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55

H mT

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

1100

1200

1300

1400

1500

1600

Jc

Ac

m2

Ccedilagraveacircegraventildeegraveigrave icirc ntildeograveuuml J c(H )iuml ethegrave ethagraveccedileuml egravedivideiacute ucirc otilde ecircicirc iacute oumlaringiacute ograveethagraveoumlegraveyumlotilde ZrN

150_Bi2223 aacute aringccedil auml icirc uumlagraveacirc icirc ecirc

172_Bi2223_0_1_ZrN

173_Bi2223_0_2_ZrN

171_Bi2223_0_27_ZrN

Повышение критического тока ВТСП за Повышение критического тока ВТСП за счет внедрения наноразмерных добавок счет внедрения наноразмерных добавок

соединений соединений TaC NbC HfN NbN SiTaC NbC HfN NbN Si33NN44

0 5 10 15 20n 1013 ntildeigrave -3

0

05

1

J c(H

=0)

Jc m

ax(H

=0)

icircograveiacute

aringauml

N bCN bNTaC

СВЕРХПРОВОДИМОСТЬСВЕРХПРОВОДИМОСТЬ

Лазерное напыление тонких Лазерное напыление тонких эпитаксиальных наноструктурированных эпитаксиальных наноструктурированных

пленок ВТСП для создания пленок ВТСП для создания сверхпроводящих проводов 2-го поколениясверхпроводящих проводов 2-го поколения

Микрофотографии пленок YBa2Cu3O7-y

а- прямое напыление б- параллельное

в- с экранированием прямого эрозионного факела увеличение x4000

Схема напылительной установки Схема напылительной установки 1 1 -- лазерный луч 2 лазерный луч 2--кварцевая кварцевая линза линза 3 3 -- подложка 4 подложка 4 -- нагреватель 5 нагреватель 5 --входные окна входные окна 6 6 -- мишень 7 мишень 7 -- эрозионный факел эрозионный факел

ИИccccледование ледование левитациилевитации

9

7

11

6

5

8

12

4

13

1

14

10

2

3

Перспективы примененияПерспективы применения транспорт (поезда на магнитной транспорт (поезда на магнитной подушке) энергетика безфрикционный магнитный подвес для подушке) энергетика безфрикционный магнитный подвес для турбин центрифуг кинетических накопителей энергиитурбин центрифуг кинетических накопителей энергии

200

400

600

800

1000

1200

1400

2 14 26 38 50

Композитные материалы на основе углеродных нанотрубок для роторов урановых газовых

центрифуг нового поколения

Устройство центрифуги

Предел прочности ГПа

Мо

дул

ь уп

руг

ост

и Г

Па Композиты на Композиты на

основе нанотрубокоснове нанотрубок

Выпускаемые углеродные волокнаВыпускаемые углеродные волокна

Характеристики- 1divide2 углеродных нанотрубок повышает в 2-7 раз прочность волокон углеродных композитов- увеличение удельной разделительной способности газовой центрифуги в 15 раза и более раз

Нанотехнология демпфирования удара и Нанотехнология демпфирования удара и аккумулирования механической энергииаккумулирования механической энергии

Принцип действия основан на использовании энергетики динамического перколяционного перехода в системе пористое тело с нанометровым размером пор и несмачивающая жидкостьПатент МИФИПатент МИФИОбласть применения системы обеспечения безопасности человека амортизаторы гашение вибраций в автомобильной авиационной космической и другой техникеХарактеристики 15 литра нанопористого тела полностью поглощают энергию автомобиля весом 1 тонна движущегося со скоростью 50 кмч

Пористое тело(наноструктура)

Гидротормоз

Пружинный тормоз Удар

Уплотнение

Шток

Порошок - пористое тело (наноструктура)

Жидкость

1 ndash пульт управления 2- высокочастотный генератор 3- баллон с инертным газом 4 ndash система напуска газа 5 ndash прибор регулирующего типа Р111 6 ndash потенциометр КСП-4 7 ndash корпус камеры 8 ndash кварцевый или керамический питатель 9 ndash термопара10 ndash высокочастотный индуктор 11 ndash расплав 12 ndash закалочный медный диск 13 ndash лентосъемник 14 ndash вакуумная система с термопарным вакуумметром ВТ-2А 15 ndash агрегат вакуумный АВЗ-20Д 16 ndash лентоприемник 17 ndash быстрозакаленная лентаПроизводительность установки ndash 500кГгод

Быстрозакаленный сплав в виде ленты

Принцип методаПринцип методаИндуктор (10) расплавляет кристаллический слиток в кварцевом тигле (8) Подается избыточное давление и из тигля через сопло расплав (11) выдавливается на вращающейся медный диск-холодильник (12) При помощи лентосъемика (13) застывший расплав в виде ленты (17) попадает в лентоприемник (16)

Наноструктурное состояние

Конструкционные наноструктурированные материалы для энергетики Получение наноматериалов методом быстрой

закалки

25 нм 25 нмНаноструктура

Создание наноструктурированных поверхностных слоев

при обработке потоками импульсной газовой плазмыУсловия обработки Плотность энергии падающего потока плазмы q=10ndash100 Джсм2Средняя плотность мощности потока плазмы Q= (3ndash100) 105 Втсм2Длительность воздействия τи= 10ndash60 мксЧисло импульсов облучения N = (1ndashktimes10)

Микроструктура модифицированного слоя стали 0Х16Н15М3Б обработанной потоками импульсной плазмы(Q = 5106 Втсм2 N = 3)

Микроструктура поперечного шлифа стали 45 облученной потоками азотной плазмы(Q = 13106 Втсм2 N = 3)

Зависимость среднего размера ячеек от удельной мощности падающего потока 1 12Х18Н10Т 2 НП2Эви 3 0Х16Н15М3Б 4 03Х20Н45М4БЦ(lh = 50 нм15 мкм)

Цель работыЦель работы ndash разработка физических основ создания ndash разработка физических основ создания новых энергоносителей на основе метастабильных нанокластерных и полимерных форм и состоящих из и состоящих из элементов не образующих в обычных условиях элементов не образующих в обычных условиях конденсированных веществконденсированных веществ- - азота гелияазота гелия Такие нановещества способны запасать энергию от 3 до Такие нановещества способны запасать энергию от 3 до 550 раз больше чем известные химические 0 раз больше чем известные химические энергоносители а также полностью выделять энергоносители а также полностью выделять запасенную энергию за короткие временазапасенную энергию за короткие времена

На данном этапе поиск проводится методами На данном этапе поиск проводится методами компьютерного моделированиякомпьютерного моделирования

Поиск новых энергоносителей на основе Поиск новых энергоносителей на основе метастабильных нанокластеровметастабильных нанокластеров

Диапазоны энергоёмкости

Азотные нанокластеры и их Азотные нанокластеры и их

ансамбли Полимерный азотансамбли Полимерный азот

предсказана возможность предсказана возможность существования ансамблей из существования ансамблей из кластеров кластеров NN88 (так называемых (так называемых laquoлодокraquo) те конденсированной laquoлодокraquo) те конденсированной фазы собранной из фазы собранной из laquoкирпичиковraquo -кластеров laquoкирпичиковraquo -кластеров NN88 Это новое нановещество должно Это новое нановещество должно быть устойчивым при быть устойчивым при нормальном давлении и нагреве нормальном давлении и нагреве до до 800К 800К

Выяснены причины Выяснены причины возможной неустойчивости возможной неустойчивости конечных кластеров Гош конечных кластеров Гош структуры полимерного азота структуры полимерного азота и вычислены времена их и вычислены времена их жизнижизни

Результаты Результаты исследованийисследованийгелиевых кластеровгелиевых кластеров

Определены параметры Определены параметры кластеров спин-кластеров спин-поляризованного гелия с поляризованного гелия с различной структуройразличной структурой

Показано что для Показано что для метастабильных спин-метастабильных спин-поляризованных кластеров поляризованных кластеров гелия выигрыш по удельной гелия выигрыш по удельной массовой энергоемкости может массовой энергоемкости может достигать 50 достигать 50

Показано что продукты Показано что продукты распада данных распада данных HEDMHEDM - - молекулы азота и атомы гелия молекулы азота и атомы гелия соответственно являются соответственно являются чрезвычайно устойчивыми к чрезвычайно устойчивыми к ионизации и распаду те не ионизации и распаду те не преобразуют выделившуюся преобразуют выделившуюся энергию во внутреннюю энергию во внутреннюю малоэффективную компоненту малоэффективную компоненту

Две метастабильные конфигурации метастабильного кластера He12 с полным спином S=6 состоящего из шести молекул (квазиатомов) He2

Метастабильный кластер He4 с полным спином S=2

Что это может датьЧто это может дать В случае успешной реализации работ в этом В случае успешной реализации работ в этом

направлении открывается возможность создания направлении открывается возможность создания принципиально новых веществ энергоемкость принципиально новых веществ энергоемкость которыхкоторых значительно превышает параметры значительно превышает параметры обычных топлив и не требует наличия окислителяобычных топлив и не требует наличия окислителя

Предполагаемые энергетические параметры HEDM на основе азота и гелия

ВеществоВеществоУдельная Удельная запасенная запасенная энергия на энергия на 1см1см33 вещества вещества[кДжсм[кДжсм33]]

Удельная Удельная запасенная запасенная энергия на энергия на 1грамм вещества 1грамм вещества [кДжг] [кДжг]

Максималь-Максималь-ная ная температура температура [[KKoo]]

Удельный Удельный импульсимпульс[[cc]]

Кластеры азотаКластеры азота 20 20 5252 77 17 17 gt10000 Кgt10000 Коо 200200400400

ГелийГелий(спин-(спин-поляризованный) поляризованный)

236236 7070 gt100000 Кgt100000 Коо 1500 1500 18901890

ИсследованияИсследованияуглеродных кластеровуглеродных кластеров

Кубейн Кубейн CC88HH88 Открыт в 1964 году Открыт в 1964 году Представляет собой Представляет собой метастабильный кластер Запасает метастабильный кластер Запасает энергию более 6 эВэнергию более 6 эВ

Характеризуется высоким Характеризуется высоким потенциальным барьером потенциальным барьером препятствующим его переходу в препятствующим его переходу в равновесное состояние поэтому равновесное состояние поэтому отличается сравнительно высокой отличается сравнительно высокой устойчивостью и способен устойчивостью и способен образовывать твердое тело с образовывать твердое тело с температурой плавления около температурой плавления около 130130ооCC Мало изучен Мало изучен

Возможные пути использования в Возможные пути использования в качестве топливного элемента в качестве топливного элемента в медицине (например для медицине (например для локального повышения локального повышения температуры в окрестности температуры в окрестности опухоли) и дропухоли) и др

CCинтез и исследование новых материалов на интез и исследование новых материалов на основе сверхтонких слоев оксидов основе сверхтонких слоев оксидов редкоземельных металлов для редкоземельных металлов для подзатворного диэлектрика МОП -подзатворного диэлектрика МОП -транзисторов нового поколениятранзисторов нового поколения

Синтез и исследование проводящих Синтез и исследование проводящих материалов для металлических затворов в материалов для металлических затворов в МОП-приборах нового поколенияМОП-приборах нового поколения Разработка физических основ технологии Разработка физических основ технологии изготовления элементов памяти на основе изготовления элементов памяти на основе магнитных туннельных переходов магнитных туннельных переходов (спинтроника)(спинтроника)

НаноэлектроникаНаноэлектроника

Si(100)Si(100)

HfOHfO2 2 (27 nm)(27 nm)

a-Si (35 a-Si (35 nm)nm)

a-NiSia-NiSixx

МОП-транзистор

готовыйготовыйобразецобразец

Процесс эпитаксиального ростаПроцесс эпитаксиального роста

Рост слоёв полупроводниковРост слоёв полупроводниковAlAlххGaGa1-х1-хAsAs In InууGaGa1-у1-уAsAs GaAs GaAs формированиеформирование квантовых ям квантовых ям квантовых точекквантовых точек

Молекулярно-лучевая эпитаксияМолекулярно-лучевая эпитаксиядля формирования наногетероструктур для формирования наногетероструктур А3В5 Установка МЛЭ А3В5 Установка МЛЭ Riber (Riber (Франция)Франция)

КАФЕДРА ФИЗИКИ НАНОРАЗМЕРНЫХ ГЕТЕРОСТРУКТУР КАФЕДРА ФИЗИКИ НАНОРАЗМЕРНЫХ ГЕТЕРОСТРУКТУР И СВЧ НАНОЭЛЕКТРОНИКИИ СВЧ НАНОЭЛЕКТРОНИКИ

Квантовые точкиКвантовые точки InAsGaAsInAsGaAs ndash скан ndash сканатомно-силового атомно-силового микроскопамикроскопа

Достижения в разработке Достижения в разработке моделировании моделировании изготовленииизготовленииШирокополосных Широкополосных малошумящих усилителей малошумящих усилителей Рекордно низкий коэф шумаРекордно низкий коэф шума Кш=037дБКш=037дБ Кус=10дБ Кус=10дБ f=f=9-9-112ГГц2ГГц- мощных транзисторов на - мощных транзисторов на AlGaNGaNAlGaNGaN W=11 W=11 ВтВтмммм граничная частотаграничная частота 100 ГГц100 ГГц-Транзисторов К-диапазона Транзисторов К-диапазона (граничная частота (граничная частота fmax=190fmax=190ГГцГГц))- Длина затвора Длина затвора ((топологическая норма) 100-топологическая норма) 100-190 нанометров190 нанометров

Современные СВЧ микросхемы на основе наногетероструктурСовременные СВЧ микросхемы на основе наногетероструктур

- разработана и изготовлена в ИСВЧПЭ РАН- разработана и изготовлена в ИСВЧПЭ РАН совместно с НПФ laquoМикранraquo Томсксовместно с НПФ laquoМикранraquo Томск

Изготовленная СВЧ микросхема Изготовленная СВЧ микросхема вставлена в вставлена в модуль бортового локатора МИГ на АФАРмодуль бортового локатора МИГ на АФАР

демонстрировавшегося на демонстрировавшегося на авиасалоне МАКС ndash 2007авиасалоне МАКС ndash 2007

Рабочие частоты Рабочие частоты ~ ~ 10-10-15 15 ГГцГГц

Первая отечественная наногетероструктурная СВЧ МИСПервая отечественная наногетероструктурная СВЧ МИС 2-х- каскадного малошумящего усилителя2-х- каскадного малошумящего усилителя

АФАРАФАР

ПОЛУЧЕНИЕ УГЛЕРОДНЫХ НАНОТРУБОКПОЛУЧЕНИЕ УГЛЕРОДНЫХ НАНОТРУБОК

Синтез Y- образной нанотрубки как основы нанотранзистора

ПОЛУЧЕНИЕ НАНОСТРУКТУРИРОВАННЫХ ПОЛУЧЕНИЕ НАНОСТРУКТУРИРОВАННЫХ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПЛЕНОК МЕТОДОМ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПЛЕНОК МЕТОДОМ

ПЛАЗМЕННОЙ ТЕХНОЛОГИИПЛАЗМЕННОЙ ТЕХНОЛОГИИ

50 нм

Подложка ndash полимерная пленка применение для конденсаторов высокой емкости

Оборудование дляОборудование для исследования физических исследования физических свойств наносистемсвойств наносистем

Исследовательский комплекс ИЛО-РФЭС-СРМИ-ВИМС (на базе XSAM-800 Kratos)

МИШЕНИ

Hf La Al Au Pt Si Ge Ni

Ti Sb B helliphellip

НАПУСК РЕАКТИВНЫХ

ГАЗОВ O2 N2 helliphellip

РЕНТГЕНОВСКИЙ ИСТОЧНИК

ИОННЫЙ ИСТОЧНИК (Ar+ He+

H+ hellip)

ПОЛУСФЕРИЧЕСКИЙ ЭНЕРГОАНАЛИЗАТОР

ЛАЗЕР

ПК

ИМПУЛЬСНОЕ ИМПУЛЬСНОЕ ЛАЗЕРНОЕ ЛАЗЕРНОЕ

ОСАЖДЕНИЕОСАЖДЕНИЕ

ДЕРЖАТЕЛЬ ОБРАЗЦОВ С

НАГРЕВАТЕЛЕМ

ДО Т=10000С

КАМЕРА КАМЕРА РОСТАРОСТА

АНАЛИТИЧЕСКАЯАНАЛИТИЧЕСКАЯ

КАМЕРАКАМЕРА

КВАД МАСС-СПЕКТРОМЕТР

Измерение методом STM и TEM атомной структуры нанокластеров металлов на углеродных подложках и в твердотельных матрицах

Нанокластеры AuC ПЭМ 50х50 нм

Нанокластер Нанокластер AuAuС СТМ С СТМ 7х7 нм7х7 нм

СканирующиСканирующиее нанотвердоме нанотвердомерыры laquoНаноСканraquolaquoНаноСканraquo и и laquoСуперlaquoСупер--НаноСканraquoНаноСканraquo

Режимы измерений

Контактный динамический режим (рельеф поверхности карта распределения модуля упругости)

Разрешение по XY 015 нм Разрешение по Z 007 нм

Индентирование склерометрия (с макс нагрузкой до 10 гр)

Динамическое наноиндентирование

Оборудование закупаемое в 2008 г под НОЦ Оборудование закупаемое в 2008 г под НОЦ Высоковакуумный сканирующий зондовый микроскоп с методиками

СТМ АСМ и МСМ Multiprobe MXPS RM VR AFM 25 ldquoOmicronrdquo (Германия) оборудованный системой рентгеновской

фотоэлектронной спектроскопии и камерой препарирования

Источник осаждения нанокластеров с квадрупольным масс-фильтромNanoGen50 (Mantis Deposition Ltd Великобритания)

Функциональные Функциональные наноматериалы для наноматериалы для

энергетикиэнергетики((обзор)обзор)

Московский инженерно-физический институтМосковский инженерно-физический институт(государственный университет)(государственный университет)

Основные области примененияОсновные области применения Транспортировка и хранение топливаТранспортировка и хранение топлива Альтернативные источники энергииАльтернативные источники энергии Получение экологически чистого топливаПолучение экологически чистого топлива Энергосбережение за счет уменьшения сил трения и Энергосбережение за счет уменьшения сил трения и

вязкостивязкости Улучшение проводимости контактовУлучшение проводимости контактов Уменьшение сопротивления проводниковУменьшение сопротивления проводников Уменьшение потерь энергии при передачеУменьшение потерь энергии при передаче Создание новых топливных элементов с большим КПДСоздание новых топливных элементов с большим КПД

Твердотельная Твердотельная энергосберегающая и энергосберегающая и

экологически чистая энергетикаэкологически чистая энергетика

Транспортировка и хранение Транспортировка и хранение водородного топливаводородного топлива

33DD-модель заполнения -модель заполнения водородом массива водородом массива углеродных углеродных нанотрубокнанотрубок

Модель заполнения массива Модель заполнения массива нанотрубок нанотрубок а) кремния и b) углерода при а) кремния и b) углерода при температуре 298 K и температуре 298 K и давлении давлении 10 МПа10 МПа

Наноматериалы в солнечных Наноматериалы в солнечных батареях ndash новые перспективы батареях ndash новые перспективы

альтернативной энергетикиальтернативной энергетики

Новые энергосистемы на основе Новые энергосистемы на основе углеродных нанотрубокуглеродных нанотрубок могут могут проводить электричество в 1000 раз проводить электричество в 1000 раз лучше медных проводовлучше медных проводов

КПД 36КПД 36Работает даже ночью Работает даже ночью утилизируя ИК-лучи утилизируя ИК-лучи которые испускает которые испускает ЗемляЗемляГораздо дешевле Гораздо дешевле традиционных традиционных солнечных батарейсолнечных батарей

Экологически чистое топливоЭкологически чистое топливо

Через молекулярные laquoворотаraquo проникают Через молекулярные laquoворотаraquo проникают молекулы двуокиси углерода а более молекулы двуокиси углерода а более крупные молекулы (метановые) остаются крупные молекулы (метановые) остаются в веществе Практическое применение это в веществе Практическое применение это находит при фильтрации двуокиси находит при фильтрации двуокиси углерода из природного газа и при углерода из природного газа и при создании автомобильных катализаторовсоздании автомобильных катализаторов

Уменьшение сил трения и вязкости Уменьшение сил трения и вязкости в микромеханических системахв микромеханических системах

Наноразмерные неровности Наноразмерные неровности поверхностей сокращают площадь поверхностей сокращают площадь контакта между поверхностями Таким контакта между поверхностями Таким образом металлические материалы с образом металлические материалы с наноструктурой обладают повышенной наноструктурой обладают повышенной по сравнению с обычным структурным по сравнению с обычным структурным состоянием твердостью и состоянием твердостью и износостойкостью Эффект износостойкостью Эффект износостойкости и малого износостойкости и малого коэффициента трения проявляется при коэффициента трения проявляется при использовании использовании полинанокристаллических алмазов и полинанокристаллических алмазов и алмазоподобных покрытий а также алмазоподобных покрытий а также сверхтвердых веществ на базе сверхтвердых веществ на базе фуллеренов (например со фуллеренов (например со сфероподобными молекулами С60) и сфероподобными молекулами С60) и фуллеридов (легированных фуллеридов (легированных фуллеренов например FexC60) фуллеренов например FexC60) наноструктурных многослойных пленок наноструктурных многослойных пленок сложного состава на основе сложного состава на основе кубического BN Cкубического BN C33NN44 TiC TiN Ti(AlN) TiC TiN Ti(AlN) обладающих очень высокой (до 70 ГПа) обладающих очень высокой (до 70 ГПа) твердостьютвердостью

Энергосбережение за счет Энергосбережение за счет увеличения ресурса работы увеличения ресурса работы техникитехники

При техническом сервисе благодаря применению наноматериалов можно При техническом сервисе благодаря применению наноматериалов можно значительно (до 15-4 раз) увеличить ресурс работы машин уменьшить значительно (до 15-4 раз) увеличить ресурс работы машин уменьшить вредные выбросы и эксплутационные затраты (в том числе расход вредные выбросы и эксплутационные затраты (в том числе расход топлива) Наноматериалы в основном фуллерены вводят в смазочные топлива) Наноматериалы в основном фуллерены вводят в смазочные материалы которые уменьшают трение и обеспечивают процесс ldquoизнос-материалы которые уменьшают трение и обеспечивают процесс ldquoизнос-восстановлениеrdquoвосстановлениеrdquo

000

020

040

060

080

100

120

140

160

Мощность двигателя Потребление топлива Срок службысмазочных материалов

Расход смазочныхматериалов

0

2

4

6

8

10

12

Продолжительность обкаткиагрегатов

Износостойкость трущихсясоединений

раз

С использованием фуллереновыхпрепаратов

Без использования

Улучшение проводимости Улучшение проводимости контактовконтактов

Внедренные в полимерную матрицу углеродные нанотрубки обеспечивают ее Внедренные в полимерную матрицу углеродные нанотрубки обеспечивают ее электро- и теплопроводность их можно рассматривать как нанопроводники электро- и теплопроводность их можно рассматривать как нанопроводники Нанотрубки увеличивают проводимость в сотни раз сильнее обычных добавок Нанотрубки увеличивают проводимость в сотни раз сильнее обычных добавок используемых для повышения проводимости материалов Благодаря этому используемых для повышения проводимости материалов Благодаря этому нанотрубки формируют объемную электропроводную структуру при введении в нанотрубки формируют объемную электропроводную структуру при введении в очень малых количествах что позволяет добиться проводимости полимеров очень малых количествах что позволяет добиться проводимости полимеров при значительно меньшей доле нанотрубок по сравнению с традиционными при значительно меньшей доле нанотрубок по сравнению с традиционными сажевыми добавкамисажевыми добавками

Данные компании Nanocyl SA Данные компании Nanocyl SA

Уменьшение сопротивления Уменьшение сопротивления проводниковпроводников

Нанопроволочные приборы показали на Нанопроволочные приборы показали на два два порядкапорядка меньшее контактное сопротивление и меньшее контактное сопротивление и на на три порядкатри порядка меньший уровень меньший уровень электрических шумов по сравнению со электрических шумов по сравнению со стандартной кремниевой технологиейстандартной кремниевой технологией

Уменьшение потерь энергии при Уменьшение потерь энергии при передачпередачее

В наноматериалах оптический сигнал передается во много раз быстрее и без В наноматериалах оптический сигнал передается во много раз быстрее и без потери энергии так как перенос информации происходит с помощью фотонов потери энергии так как перенос информации происходит с помощью фотонов Благодаря этому диссипация энергии в электронных устройствах практически Благодаря этому диссипация энергии в электронных устройствах практически сводится к нулю Один из вариантов использования данной технологии ndash создание сводится к нулю Один из вариантов использования данной технологии ndash создание источников света Поскольку около 15 - 20 вырабатываемой электроэнергии источников света Поскольку около 15 - 20 вырабатываемой электроэнергии расходуется для освещения то использование источников света с новым расходуется для освещения то использование источников света с новым принципом работы сулит огромный экономический эффектпринципом работы сулит огромный экономический эффект

4 96

28 72

70 30

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Электрическая лампочка

Оптические микросхемы наоснове периодических

структур

Разрабатываемые диодысветовой эмиссии

Выделяемая энергия в виде света Потери энергии

Энергосбережение на тепловых Энергосбережение на тепловых электростанцияхэлектростанциях

Применение новой технологии создания топливных элементов на Применение новой технологии создания топливных элементов на основе laquoЖидкой керамикиraquo приводит к значительной экономии энергии основе laquoЖидкой керамикиraquo приводит к значительной экономии энергии на тепловых электростанцияхна тепловых электростанциях

40

95

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Сжигание мазута Новые топливные элементы наоснове жидкой керамики

КПД

Наноматериалы для атомной энергетикиНаноматериалы для атомной энергетики

Перспективы развития атомной энергетики связаны Перспективы развития атомной энергетики связаны со снижением удельного потребления природного со снижением удельного потребления природного урана в основном за счет увеличения глубины урана в основном за счет увеличения глубины выгорания ядерного топлива Для этого необходимо выгорания ядерного топлива Для этого необходимо создание крупнокристаллических структур ядерных создание крупнокристаллических структур ядерных материалов с контролируемой пористостью материалов с контролируемой пористостью удерживающих продукты деления и препятствующих удерживающих продукты деления и препятствующих транспорту осколков деления к оболочке транспорту осколков деления к оболочке тепловыделяющего элемента и ее внутреннего тепловыделяющего элемента и ее внутреннего повреждения Активация процесса спекания за счет повреждения Активация процесса спекания за счет добавок нанометрического размера ndash одно из добавок нанометрического размера ndash одно из направлений создания новых видов уран-направлений создания новых видов уран-плутониевых оксидов и нитридов для ядерной плутониевых оксидов и нитридов для ядерной энергетикиэнергетики

Спасибо за вниманиеСпасибо за внимание

44

Примеры структур МИФИ Примеры структур МИФИ осуществляющих осуществляющих

междисциплинарную междисциплинарную подготовкуподготовку

- Высший физический колледж Высший физический колледж Российской академии наук и Российской академии наук и Рособразования в МИФИ Рособразования в МИФИ

- Совместный научно-Совместный научно-образовательный центр laquoПодготовка образовательный центр laquoПодготовка кадров для нанотехнологий атомной кадров для нанотехнологий атомной науки и промышленностиraquo МИФИ - науки и промышленностиraquo МИФИ - РНЦ ldquoКурчатовский институтrdquo РНЦ ldquoКурчатовский институтrdquo

- НОЦ МИФИ по направлению НОЦ МИФИ по направлению laquoнанотехнологииraquolaquoнанотехнологииraquo

55

Научно-образовательный центр laquoПодготовка Научно-образовательный центр laquoПодготовка кадров для нанотехнологий атомной науки кадров для нанотехнологий атомной науки

и промышленностиraquo и промышленностиraquo МИФИ - РНЦ laquoКурчатовский институтraquo МИФИ - РНЦ laquoКурчатовский институтraquo

Цель формирование современной Цель формирование современной эффективной системы подготовки и эффективной системы подготовки и переподготовки квалифицированных переподготовки квалифицированных кадров для нанотехнологий атомной кадров для нанотехнологий атомной науки и промышленности а также науки и промышленности а также создания эффективной инновационной создания эффективной инновационной системы и реализации инновационных системы и реализации инновационных проектов на основе интеграции проектов на основе интеграции научного образовательного и научного образовательного и инновационного потенциалаинновационного потенциала

Научная работа

Информационно-аналитический центр

Подготовка кадров

Центр коллективного пользования

Центр коммерциализации (Технопарк)

НАУЧНО- НАУЧНО- ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫОБРАЗОВАТЕЛЬНЫ

Й ЦЕНТР Й ЦЕНТР (НОЦ МИФИ(НОЦ МИФИ))

НАУЧНО-ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЙ ЦЕНТР (НОЦ НАУЧНО-ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЙ ЦЕНТР (НОЦ МИФИ)МИФИ)

по направлению по направлению ldquo ldquo нанотехнологиинанотехнологии rdquordquo

НАУЧНО-ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЙ НАУЧНО-ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЙ ЦЕНТР МИФИ по направлению ЦЕНТР МИФИ по направлению

laquoНанотехнологииraquolaquoНанотехнологииraquo

Подготовка кадров в МИФИПодготовка кадров в МИФИ

1 Кафедра физики твердого тела и наносистем

2 Кафедра компьютерного моделирования наноструктур

3 Кафедра наноразмерных гетероструктур и СВЧ- наноэлектроники

4 Кафедра микро- и наноэлектроники

5 Кафедра лазерной физики

6 Кафедра физики плазмы

7 Кафедра физических проблем материаловедения

8 Кафедра молекулярной физики

9 Кафедра электрофизических установок

10 Кафедра химической физики

11 Кафедра электроники

Стратегические партнеры Стратегические партнеры МИФИ в области МИФИ в области нанотехнологийнанотехнологий1 Российский научный центр laquoКурчатовский институтraquo

2 Российская госкорпорация нанотехнологий

3 Головные организации отраслей по направлениям развития нанотехнологий НИИФП им ФВЛукина ВНИИНМ им АА Бочвара МИЭТ ЦНИИКМ laquoПрометейraquo ВИАМ ЦНИИХМ

4 Предприятия и институты Росатома ВНИИЭФ (г Саров) ВНИИТФ (г Снежинск) ИТЭФ Концерн laquoРосэнергоатомraquo Концерн laquoСистемпромraquo и др

5 Академические институты ФИАН ИОФ РАН ИК РАН ИФТТ РАН ИРЭ РАН ФТИ РАН ИХФ РАН ИКИ РАН ИММ им АА Байкова РАН ИФХ РАН и др

6 Другие организации ВНИИФТРИ НИИ laquoТитанraquo и др

НАНОЭНЕРГЕТИКА

НАНОЭЛЕКТРОНИКА

НАНОСТРУКТУРЫ

КОНСТРУКЦИОННЫЕ НАНОМАТЕРИАЛЫ

НАНОМЕТРОЛОГИЯ

ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ

МИФИВ ОБЛАСТИ

НАНОТЕХНОЛОГИЙ

ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ МИФИ В ОБЛАСТИ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ МИФИ В ОБЛАСТИ

НАНОТЕХНОЛОГИЙ И НАНОМАТЕРИАЛОВНАНОТЕХНОЛОГИЙ И НАНОМАТЕРИАЛОВ

Разработка технологии роста углеродных Разработка технологии роста углеродных нанотрубок для создания систем с нанотрубок для создания систем с холодными эмиттерамихолодными эмиттерами

Создание и изучение новых нановеществ Создание и изучение новых нановеществ на основе метастабильных кластерных на основе метастабильных кластерных форм способных запасать и выделять форм способных запасать и выделять энергию значительно превосходящую энергию значительно превосходящую энергию известных химических энергию известных химических энергоносителейэнергоносителей

Лазерное напыление тонких Лазерное напыление тонких наноструктурированных пленок ВТСП для наноструктурированных пленок ВТСП для сверхпроводящих накопителей энергиисверхпроводящих накопителей энергии

Разработка аккумуляторов механической Разработка аккумуляторов механической энергии и демпфирующих устройств энергии и демпфирующих устройств нового поколения на основе наносистем нового поколения на основе наносистем laquoнесмачивающая жидкость - laquoнесмачивающая жидкость - нанопористое телоraquoнанопористое телоraquo

Использование УДС и нано-порошков Использование УДС и нано-порошков диоксида урана в качестве добавок к диоксида урана в качестве добавок к порошкам для совершенствования порошкам для совершенствования производства топливных таблеток АЭС или производства топливных таблеток АЭС или улучшения их характеристикулучшения их характеристик

НаноэнергетикаНаноэнергетика

Графитовая бумага с Y-нанотрубкой СТМ

Глобула из углеродных нанотрубок СТМ

Поверхность наноструктурированной топливной таблетки АСМ

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55

H mT

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

1100

1200

1300

1400

1500

1600

Jc

Ac

m2

Ccedilagraveacircegraventildeegraveigrave icirc ntildeograveuuml J c(H )iuml ethegrave ethagraveccedileuml egravedivideiacute ucirc otilde ecircicirc iacute oumlaringiacute ograveethagraveoumlegraveyumlotilde ZrN

150_Bi2223 aacute aringccedil auml icirc uumlagraveacirc icirc ecirc

172_Bi2223_0_1_ZrN

173_Bi2223_0_2_ZrN

171_Bi2223_0_27_ZrN

Повышение критического тока ВТСП за Повышение критического тока ВТСП за счет внедрения наноразмерных добавок счет внедрения наноразмерных добавок

соединений соединений TaC NbC HfN NbN SiTaC NbC HfN NbN Si33NN44

0 5 10 15 20n 1013 ntildeigrave -3

0

05

1

J c(H

=0)

Jc m

ax(H

=0)

icircograveiacute

aringauml

N bCN bNTaC

СВЕРХПРОВОДИМОСТЬСВЕРХПРОВОДИМОСТЬ

Лазерное напыление тонких Лазерное напыление тонких эпитаксиальных наноструктурированных эпитаксиальных наноструктурированных

пленок ВТСП для создания пленок ВТСП для создания сверхпроводящих проводов 2-го поколениясверхпроводящих проводов 2-го поколения

Микрофотографии пленок YBa2Cu3O7-y

а- прямое напыление б- параллельное

в- с экранированием прямого эрозионного факела увеличение x4000

Схема напылительной установки Схема напылительной установки 1 1 -- лазерный луч 2 лазерный луч 2--кварцевая кварцевая линза линза 3 3 -- подложка 4 подложка 4 -- нагреватель 5 нагреватель 5 --входные окна входные окна 6 6 -- мишень 7 мишень 7 -- эрозионный факел эрозионный факел

ИИccccледование ледование левитациилевитации

9

7

11

6

5

8

12

4

13

1

14

10

2

3

Перспективы примененияПерспективы применения транспорт (поезда на магнитной транспорт (поезда на магнитной подушке) энергетика безфрикционный магнитный подвес для подушке) энергетика безфрикционный магнитный подвес для турбин центрифуг кинетических накопителей энергиитурбин центрифуг кинетических накопителей энергии

200

400

600

800

1000

1200

1400

2 14 26 38 50

Композитные материалы на основе углеродных нанотрубок для роторов урановых газовых

центрифуг нового поколения

Устройство центрифуги

Предел прочности ГПа

Мо

дул

ь уп

руг

ост

и Г

Па Композиты на Композиты на

основе нанотрубокоснове нанотрубок

Выпускаемые углеродные волокнаВыпускаемые углеродные волокна

Характеристики- 1divide2 углеродных нанотрубок повышает в 2-7 раз прочность волокон углеродных композитов- увеличение удельной разделительной способности газовой центрифуги в 15 раза и более раз

Нанотехнология демпфирования удара и Нанотехнология демпфирования удара и аккумулирования механической энергииаккумулирования механической энергии

Принцип действия основан на использовании энергетики динамического перколяционного перехода в системе пористое тело с нанометровым размером пор и несмачивающая жидкостьПатент МИФИПатент МИФИОбласть применения системы обеспечения безопасности человека амортизаторы гашение вибраций в автомобильной авиационной космической и другой техникеХарактеристики 15 литра нанопористого тела полностью поглощают энергию автомобиля весом 1 тонна движущегося со скоростью 50 кмч

Пористое тело(наноструктура)

Гидротормоз

Пружинный тормоз Удар

Уплотнение

Шток

Порошок - пористое тело (наноструктура)

Жидкость

1 ndash пульт управления 2- высокочастотный генератор 3- баллон с инертным газом 4 ndash система напуска газа 5 ndash прибор регулирующего типа Р111 6 ndash потенциометр КСП-4 7 ndash корпус камеры 8 ndash кварцевый или керамический питатель 9 ndash термопара10 ndash высокочастотный индуктор 11 ndash расплав 12 ndash закалочный медный диск 13 ndash лентосъемник 14 ndash вакуумная система с термопарным вакуумметром ВТ-2А 15 ndash агрегат вакуумный АВЗ-20Д 16 ndash лентоприемник 17 ndash быстрозакаленная лентаПроизводительность установки ndash 500кГгод

Быстрозакаленный сплав в виде ленты

Принцип методаПринцип методаИндуктор (10) расплавляет кристаллический слиток в кварцевом тигле (8) Подается избыточное давление и из тигля через сопло расплав (11) выдавливается на вращающейся медный диск-холодильник (12) При помощи лентосъемика (13) застывший расплав в виде ленты (17) попадает в лентоприемник (16)

Наноструктурное состояние

Конструкционные наноструктурированные материалы для энергетики Получение наноматериалов методом быстрой

закалки

25 нм 25 нмНаноструктура

Создание наноструктурированных поверхностных слоев

при обработке потоками импульсной газовой плазмыУсловия обработки Плотность энергии падающего потока плазмы q=10ndash100 Джсм2Средняя плотность мощности потока плазмы Q= (3ndash100) 105 Втсм2Длительность воздействия τи= 10ndash60 мксЧисло импульсов облучения N = (1ndashktimes10)

Микроструктура модифицированного слоя стали 0Х16Н15М3Б обработанной потоками импульсной плазмы(Q = 5106 Втсм2 N = 3)

Микроструктура поперечного шлифа стали 45 облученной потоками азотной плазмы(Q = 13106 Втсм2 N = 3)

Зависимость среднего размера ячеек от удельной мощности падающего потока 1 12Х18Н10Т 2 НП2Эви 3 0Х16Н15М3Б 4 03Х20Н45М4БЦ(lh = 50 нм15 мкм)

Цель работыЦель работы ndash разработка физических основ создания ndash разработка физических основ создания новых энергоносителей на основе метастабильных нанокластерных и полимерных форм и состоящих из и состоящих из элементов не образующих в обычных условиях элементов не образующих в обычных условиях конденсированных веществконденсированных веществ- - азота гелияазота гелия Такие нановещества способны запасать энергию от 3 до Такие нановещества способны запасать энергию от 3 до 550 раз больше чем известные химические 0 раз больше чем известные химические энергоносители а также полностью выделять энергоносители а также полностью выделять запасенную энергию за короткие временазапасенную энергию за короткие времена

На данном этапе поиск проводится методами На данном этапе поиск проводится методами компьютерного моделированиякомпьютерного моделирования

Поиск новых энергоносителей на основе Поиск новых энергоносителей на основе метастабильных нанокластеровметастабильных нанокластеров

Диапазоны энергоёмкости

Азотные нанокластеры и их Азотные нанокластеры и их

ансамбли Полимерный азотансамбли Полимерный азот

предсказана возможность предсказана возможность существования ансамблей из существования ансамблей из кластеров кластеров NN88 (так называемых (так называемых laquoлодокraquo) те конденсированной laquoлодокraquo) те конденсированной фазы собранной из фазы собранной из laquoкирпичиковraquo -кластеров laquoкирпичиковraquo -кластеров NN88 Это новое нановещество должно Это новое нановещество должно быть устойчивым при быть устойчивым при нормальном давлении и нагреве нормальном давлении и нагреве до до 800К 800К

Выяснены причины Выяснены причины возможной неустойчивости возможной неустойчивости конечных кластеров Гош конечных кластеров Гош структуры полимерного азота структуры полимерного азота и вычислены времена их и вычислены времена их жизнижизни

Результаты Результаты исследованийисследованийгелиевых кластеровгелиевых кластеров

Определены параметры Определены параметры кластеров спин-кластеров спин-поляризованного гелия с поляризованного гелия с различной структуройразличной структурой

Показано что для Показано что для метастабильных спин-метастабильных спин-поляризованных кластеров поляризованных кластеров гелия выигрыш по удельной гелия выигрыш по удельной массовой энергоемкости может массовой энергоемкости может достигать 50 достигать 50

Показано что продукты Показано что продукты распада данных распада данных HEDMHEDM - - молекулы азота и атомы гелия молекулы азота и атомы гелия соответственно являются соответственно являются чрезвычайно устойчивыми к чрезвычайно устойчивыми к ионизации и распаду те не ионизации и распаду те не преобразуют выделившуюся преобразуют выделившуюся энергию во внутреннюю энергию во внутреннюю малоэффективную компоненту малоэффективную компоненту

Две метастабильные конфигурации метастабильного кластера He12 с полным спином S=6 состоящего из шести молекул (квазиатомов) He2

Метастабильный кластер He4 с полным спином S=2

Что это может датьЧто это может дать В случае успешной реализации работ в этом В случае успешной реализации работ в этом

направлении открывается возможность создания направлении открывается возможность создания принципиально новых веществ энергоемкость принципиально новых веществ энергоемкость которыхкоторых значительно превышает параметры значительно превышает параметры обычных топлив и не требует наличия окислителяобычных топлив и не требует наличия окислителя

Предполагаемые энергетические параметры HEDM на основе азота и гелия

ВеществоВеществоУдельная Удельная запасенная запасенная энергия на энергия на 1см1см33 вещества вещества[кДжсм[кДжсм33]]

Удельная Удельная запасенная запасенная энергия на энергия на 1грамм вещества 1грамм вещества [кДжг] [кДжг]

Максималь-Максималь-ная ная температура температура [[KKoo]]

Удельный Удельный импульсимпульс[[cc]]

Кластеры азотаКластеры азота 20 20 5252 77 17 17 gt10000 Кgt10000 Коо 200200400400

ГелийГелий(спин-(спин-поляризованный) поляризованный)

236236 7070 gt100000 Кgt100000 Коо 1500 1500 18901890

ИсследованияИсследованияуглеродных кластеровуглеродных кластеров

Кубейн Кубейн CC88HH88 Открыт в 1964 году Открыт в 1964 году Представляет собой Представляет собой метастабильный кластер Запасает метастабильный кластер Запасает энергию более 6 эВэнергию более 6 эВ

Характеризуется высоким Характеризуется высоким потенциальным барьером потенциальным барьером препятствующим его переходу в препятствующим его переходу в равновесное состояние поэтому равновесное состояние поэтому отличается сравнительно высокой отличается сравнительно высокой устойчивостью и способен устойчивостью и способен образовывать твердое тело с образовывать твердое тело с температурой плавления около температурой плавления около 130130ооCC Мало изучен Мало изучен

Возможные пути использования в Возможные пути использования в качестве топливного элемента в качестве топливного элемента в медицине (например для медицине (например для локального повышения локального повышения температуры в окрестности температуры в окрестности опухоли) и дропухоли) и др

CCинтез и исследование новых материалов на интез и исследование новых материалов на основе сверхтонких слоев оксидов основе сверхтонких слоев оксидов редкоземельных металлов для редкоземельных металлов для подзатворного диэлектрика МОП -подзатворного диэлектрика МОП -транзисторов нового поколениятранзисторов нового поколения

Синтез и исследование проводящих Синтез и исследование проводящих материалов для металлических затворов в материалов для металлических затворов в МОП-приборах нового поколенияМОП-приборах нового поколения Разработка физических основ технологии Разработка физических основ технологии изготовления элементов памяти на основе изготовления элементов памяти на основе магнитных туннельных переходов магнитных туннельных переходов (спинтроника)(спинтроника)

НаноэлектроникаНаноэлектроника

Si(100)Si(100)

HfOHfO2 2 (27 nm)(27 nm)

a-Si (35 a-Si (35 nm)nm)

a-NiSia-NiSixx

МОП-транзистор

готовыйготовыйобразецобразец

Процесс эпитаксиального ростаПроцесс эпитаксиального роста

Рост слоёв полупроводниковРост слоёв полупроводниковAlAlххGaGa1-х1-хAsAs In InууGaGa1-у1-уAsAs GaAs GaAs формированиеформирование квантовых ям квантовых ям квантовых точекквантовых точек

Молекулярно-лучевая эпитаксияМолекулярно-лучевая эпитаксиядля формирования наногетероструктур для формирования наногетероструктур А3В5 Установка МЛЭ А3В5 Установка МЛЭ Riber (Riber (Франция)Франция)

КАФЕДРА ФИЗИКИ НАНОРАЗМЕРНЫХ ГЕТЕРОСТРУКТУР КАФЕДРА ФИЗИКИ НАНОРАЗМЕРНЫХ ГЕТЕРОСТРУКТУР И СВЧ НАНОЭЛЕКТРОНИКИИ СВЧ НАНОЭЛЕКТРОНИКИ

Квантовые точкиКвантовые точки InAsGaAsInAsGaAs ndash скан ndash сканатомно-силового атомно-силового микроскопамикроскопа

Достижения в разработке Достижения в разработке моделировании моделировании изготовленииизготовленииШирокополосных Широкополосных малошумящих усилителей малошумящих усилителей Рекордно низкий коэф шумаРекордно низкий коэф шума Кш=037дБКш=037дБ Кус=10дБ Кус=10дБ f=f=9-9-112ГГц2ГГц- мощных транзисторов на - мощных транзисторов на AlGaNGaNAlGaNGaN W=11 W=11 ВтВтмммм граничная частотаграничная частота 100 ГГц100 ГГц-Транзисторов К-диапазона Транзисторов К-диапазона (граничная частота (граничная частота fmax=190fmax=190ГГцГГц))- Длина затвора Длина затвора ((топологическая норма) 100-топологическая норма) 100-190 нанометров190 нанометров

Современные СВЧ микросхемы на основе наногетероструктурСовременные СВЧ микросхемы на основе наногетероструктур

- разработана и изготовлена в ИСВЧПЭ РАН- разработана и изготовлена в ИСВЧПЭ РАН совместно с НПФ laquoМикранraquo Томсксовместно с НПФ laquoМикранraquo Томск

Изготовленная СВЧ микросхема Изготовленная СВЧ микросхема вставлена в вставлена в модуль бортового локатора МИГ на АФАРмодуль бортового локатора МИГ на АФАР

демонстрировавшегося на демонстрировавшегося на авиасалоне МАКС ndash 2007авиасалоне МАКС ndash 2007

Рабочие частоты Рабочие частоты ~ ~ 10-10-15 15 ГГцГГц

Первая отечественная наногетероструктурная СВЧ МИСПервая отечественная наногетероструктурная СВЧ МИС 2-х- каскадного малошумящего усилителя2-х- каскадного малошумящего усилителя

АФАРАФАР

ПОЛУЧЕНИЕ УГЛЕРОДНЫХ НАНОТРУБОКПОЛУЧЕНИЕ УГЛЕРОДНЫХ НАНОТРУБОК

Синтез Y- образной нанотрубки как основы нанотранзистора

ПОЛУЧЕНИЕ НАНОСТРУКТУРИРОВАННЫХ ПОЛУЧЕНИЕ НАНОСТРУКТУРИРОВАННЫХ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПЛЕНОК МЕТОДОМ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПЛЕНОК МЕТОДОМ

ПЛАЗМЕННОЙ ТЕХНОЛОГИИПЛАЗМЕННОЙ ТЕХНОЛОГИИ

50 нм

Подложка ndash полимерная пленка применение для конденсаторов высокой емкости

Оборудование дляОборудование для исследования физических исследования физических свойств наносистемсвойств наносистем

Исследовательский комплекс ИЛО-РФЭС-СРМИ-ВИМС (на базе XSAM-800 Kratos)

МИШЕНИ

Hf La Al Au Pt Si Ge Ni

Ti Sb B helliphellip

НАПУСК РЕАКТИВНЫХ

ГАЗОВ O2 N2 helliphellip

РЕНТГЕНОВСКИЙ ИСТОЧНИК

ИОННЫЙ ИСТОЧНИК (Ar+ He+

H+ hellip)

ПОЛУСФЕРИЧЕСКИЙ ЭНЕРГОАНАЛИЗАТОР

ЛАЗЕР

ПК

ИМПУЛЬСНОЕ ИМПУЛЬСНОЕ ЛАЗЕРНОЕ ЛАЗЕРНОЕ

ОСАЖДЕНИЕОСАЖДЕНИЕ

ДЕРЖАТЕЛЬ ОБРАЗЦОВ С

НАГРЕВАТЕЛЕМ

ДО Т=10000С

КАМЕРА КАМЕРА РОСТАРОСТА

АНАЛИТИЧЕСКАЯАНАЛИТИЧЕСКАЯ

КАМЕРАКАМЕРА

КВАД МАСС-СПЕКТРОМЕТР

Измерение методом STM и TEM атомной структуры нанокластеров металлов на углеродных подложках и в твердотельных матрицах

Нанокластеры AuC ПЭМ 50х50 нм

Нанокластер Нанокластер AuAuС СТМ С СТМ 7х7 нм7х7 нм

СканирующиСканирующиее нанотвердоме нанотвердомерыры laquoНаноСканraquolaquoНаноСканraquo и и laquoСуперlaquoСупер--НаноСканraquoНаноСканraquo

Режимы измерений

Контактный динамический режим (рельеф поверхности карта распределения модуля упругости)

Разрешение по XY 015 нм Разрешение по Z 007 нм

Индентирование склерометрия (с макс нагрузкой до 10 гр)

Динамическое наноиндентирование

Оборудование закупаемое в 2008 г под НОЦ Оборудование закупаемое в 2008 г под НОЦ Высоковакуумный сканирующий зондовый микроскоп с методиками

СТМ АСМ и МСМ Multiprobe MXPS RM VR AFM 25 ldquoOmicronrdquo (Германия) оборудованный системой рентгеновской

фотоэлектронной спектроскопии и камерой препарирования

Источник осаждения нанокластеров с квадрупольным масс-фильтромNanoGen50 (Mantis Deposition Ltd Великобритания)

Функциональные Функциональные наноматериалы для наноматериалы для

энергетикиэнергетики((обзор)обзор)

Московский инженерно-физический институтМосковский инженерно-физический институт(государственный университет)(государственный университет)

Основные области примененияОсновные области применения Транспортировка и хранение топливаТранспортировка и хранение топлива Альтернативные источники энергииАльтернативные источники энергии Получение экологически чистого топливаПолучение экологически чистого топлива Энергосбережение за счет уменьшения сил трения и Энергосбережение за счет уменьшения сил трения и

вязкостивязкости Улучшение проводимости контактовУлучшение проводимости контактов Уменьшение сопротивления проводниковУменьшение сопротивления проводников Уменьшение потерь энергии при передачеУменьшение потерь энергии при передаче Создание новых топливных элементов с большим КПДСоздание новых топливных элементов с большим КПД

Твердотельная Твердотельная энергосберегающая и энергосберегающая и

экологически чистая энергетикаэкологически чистая энергетика

Транспортировка и хранение Транспортировка и хранение водородного топливаводородного топлива

33DD-модель заполнения -модель заполнения водородом массива водородом массива углеродных углеродных нанотрубокнанотрубок

Модель заполнения массива Модель заполнения массива нанотрубок нанотрубок а) кремния и b) углерода при а) кремния и b) углерода при температуре 298 K и температуре 298 K и давлении давлении 10 МПа10 МПа

Наноматериалы в солнечных Наноматериалы в солнечных батареях ndash новые перспективы батареях ndash новые перспективы

альтернативной энергетикиальтернативной энергетики

Новые энергосистемы на основе Новые энергосистемы на основе углеродных нанотрубокуглеродных нанотрубок могут могут проводить электричество в 1000 раз проводить электричество в 1000 раз лучше медных проводовлучше медных проводов

КПД 36КПД 36Работает даже ночью Работает даже ночью утилизируя ИК-лучи утилизируя ИК-лучи которые испускает которые испускает ЗемляЗемляГораздо дешевле Гораздо дешевле традиционных традиционных солнечных батарейсолнечных батарей

Экологически чистое топливоЭкологически чистое топливо

Через молекулярные laquoворотаraquo проникают Через молекулярные laquoворотаraquo проникают молекулы двуокиси углерода а более молекулы двуокиси углерода а более крупные молекулы (метановые) остаются крупные молекулы (метановые) остаются в веществе Практическое применение это в веществе Практическое применение это находит при фильтрации двуокиси находит при фильтрации двуокиси углерода из природного газа и при углерода из природного газа и при создании автомобильных катализаторовсоздании автомобильных катализаторов

Уменьшение сил трения и вязкости Уменьшение сил трения и вязкости в микромеханических системахв микромеханических системах

Наноразмерные неровности Наноразмерные неровности поверхностей сокращают площадь поверхностей сокращают площадь контакта между поверхностями Таким контакта между поверхностями Таким образом металлические материалы с образом металлические материалы с наноструктурой обладают повышенной наноструктурой обладают повышенной по сравнению с обычным структурным по сравнению с обычным структурным состоянием твердостью и состоянием твердостью и износостойкостью Эффект износостойкостью Эффект износостойкости и малого износостойкости и малого коэффициента трения проявляется при коэффициента трения проявляется при использовании использовании полинанокристаллических алмазов и полинанокристаллических алмазов и алмазоподобных покрытий а также алмазоподобных покрытий а также сверхтвердых веществ на базе сверхтвердых веществ на базе фуллеренов (например со фуллеренов (например со сфероподобными молекулами С60) и сфероподобными молекулами С60) и фуллеридов (легированных фуллеридов (легированных фуллеренов например FexC60) фуллеренов например FexC60) наноструктурных многослойных пленок наноструктурных многослойных пленок сложного состава на основе сложного состава на основе кубического BN Cкубического BN C33NN44 TiC TiN Ti(AlN) TiC TiN Ti(AlN) обладающих очень высокой (до 70 ГПа) обладающих очень высокой (до 70 ГПа) твердостьютвердостью

Энергосбережение за счет Энергосбережение за счет увеличения ресурса работы увеличения ресурса работы техникитехники

При техническом сервисе благодаря применению наноматериалов можно При техническом сервисе благодаря применению наноматериалов можно значительно (до 15-4 раз) увеличить ресурс работы машин уменьшить значительно (до 15-4 раз) увеличить ресурс работы машин уменьшить вредные выбросы и эксплутационные затраты (в том числе расход вредные выбросы и эксплутационные затраты (в том числе расход топлива) Наноматериалы в основном фуллерены вводят в смазочные топлива) Наноматериалы в основном фуллерены вводят в смазочные материалы которые уменьшают трение и обеспечивают процесс ldquoизнос-материалы которые уменьшают трение и обеспечивают процесс ldquoизнос-восстановлениеrdquoвосстановлениеrdquo

000

020

040

060

080

100

120

140

160

Мощность двигателя Потребление топлива Срок службысмазочных материалов

Расход смазочныхматериалов

0

2

4

6

8

10

12

Продолжительность обкаткиагрегатов

Износостойкость трущихсясоединений

раз

С использованием фуллереновыхпрепаратов

Без использования

Улучшение проводимости Улучшение проводимости контактовконтактов

Внедренные в полимерную матрицу углеродные нанотрубки обеспечивают ее Внедренные в полимерную матрицу углеродные нанотрубки обеспечивают ее электро- и теплопроводность их можно рассматривать как нанопроводники электро- и теплопроводность их можно рассматривать как нанопроводники Нанотрубки увеличивают проводимость в сотни раз сильнее обычных добавок Нанотрубки увеличивают проводимость в сотни раз сильнее обычных добавок используемых для повышения проводимости материалов Благодаря этому используемых для повышения проводимости материалов Благодаря этому нанотрубки формируют объемную электропроводную структуру при введении в нанотрубки формируют объемную электропроводную структуру при введении в очень малых количествах что позволяет добиться проводимости полимеров очень малых количествах что позволяет добиться проводимости полимеров при значительно меньшей доле нанотрубок по сравнению с традиционными при значительно меньшей доле нанотрубок по сравнению с традиционными сажевыми добавкамисажевыми добавками

Данные компании Nanocyl SA Данные компании Nanocyl SA

Уменьшение сопротивления Уменьшение сопротивления проводниковпроводников

Нанопроволочные приборы показали на Нанопроволочные приборы показали на два два порядкапорядка меньшее контактное сопротивление и меньшее контактное сопротивление и на на три порядкатри порядка меньший уровень меньший уровень электрических шумов по сравнению со электрических шумов по сравнению со стандартной кремниевой технологиейстандартной кремниевой технологией

Уменьшение потерь энергии при Уменьшение потерь энергии при передачпередачее

В наноматериалах оптический сигнал передается во много раз быстрее и без В наноматериалах оптический сигнал передается во много раз быстрее и без потери энергии так как перенос информации происходит с помощью фотонов потери энергии так как перенос информации происходит с помощью фотонов Благодаря этому диссипация энергии в электронных устройствах практически Благодаря этому диссипация энергии в электронных устройствах практически сводится к нулю Один из вариантов использования данной технологии ndash создание сводится к нулю Один из вариантов использования данной технологии ndash создание источников света Поскольку около 15 - 20 вырабатываемой электроэнергии источников света Поскольку около 15 - 20 вырабатываемой электроэнергии расходуется для освещения то использование источников света с новым расходуется для освещения то использование источников света с новым принципом работы сулит огромный экономический эффектпринципом работы сулит огромный экономический эффект

4 96

28 72

70 30

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Электрическая лампочка

Оптические микросхемы наоснове периодических

структур

Разрабатываемые диодысветовой эмиссии

Выделяемая энергия в виде света Потери энергии

Энергосбережение на тепловых Энергосбережение на тепловых электростанцияхэлектростанциях

Применение новой технологии создания топливных элементов на Применение новой технологии создания топливных элементов на основе laquoЖидкой керамикиraquo приводит к значительной экономии энергии основе laquoЖидкой керамикиraquo приводит к значительной экономии энергии на тепловых электростанцияхна тепловых электростанциях

40

95

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Сжигание мазута Новые топливные элементы наоснове жидкой керамики

КПД

Наноматериалы для атомной энергетикиНаноматериалы для атомной энергетики

Перспективы развития атомной энергетики связаны Перспективы развития атомной энергетики связаны со снижением удельного потребления природного со снижением удельного потребления природного урана в основном за счет увеличения глубины урана в основном за счет увеличения глубины выгорания ядерного топлива Для этого необходимо выгорания ядерного топлива Для этого необходимо создание крупнокристаллических структур ядерных создание крупнокристаллических структур ядерных материалов с контролируемой пористостью материалов с контролируемой пористостью удерживающих продукты деления и препятствующих удерживающих продукты деления и препятствующих транспорту осколков деления к оболочке транспорту осколков деления к оболочке тепловыделяющего элемента и ее внутреннего тепловыделяющего элемента и ее внутреннего повреждения Активация процесса спекания за счет повреждения Активация процесса спекания за счет добавок нанометрического размера ndash одно из добавок нанометрического размера ndash одно из направлений создания новых видов уран-направлений создания новых видов уран-плутониевых оксидов и нитридов для ядерной плутониевых оксидов и нитридов для ядерной энергетикиэнергетики

Спасибо за вниманиеСпасибо за внимание

55

Научно-образовательный центр laquoПодготовка Научно-образовательный центр laquoПодготовка кадров для нанотехнологий атомной науки кадров для нанотехнологий атомной науки

и промышленностиraquo и промышленностиraquo МИФИ - РНЦ laquoКурчатовский институтraquo МИФИ - РНЦ laquoКурчатовский институтraquo

Цель формирование современной Цель формирование современной эффективной системы подготовки и эффективной системы подготовки и переподготовки квалифицированных переподготовки квалифицированных кадров для нанотехнологий атомной кадров для нанотехнологий атомной науки и промышленности а также науки и промышленности а также создания эффективной инновационной создания эффективной инновационной системы и реализации инновационных системы и реализации инновационных проектов на основе интеграции проектов на основе интеграции научного образовательного и научного образовательного и инновационного потенциалаинновационного потенциала

Научная работа

Информационно-аналитический центр

Подготовка кадров

Центр коллективного пользования

Центр коммерциализации (Технопарк)

НАУЧНО- НАУЧНО- ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫОБРАЗОВАТЕЛЬНЫ

Й ЦЕНТР Й ЦЕНТР (НОЦ МИФИ(НОЦ МИФИ))

НАУЧНО-ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЙ ЦЕНТР (НОЦ НАУЧНО-ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЙ ЦЕНТР (НОЦ МИФИ)МИФИ)

по направлению по направлению ldquo ldquo нанотехнологиинанотехнологии rdquordquo

НАУЧНО-ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЙ НАУЧНО-ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЙ ЦЕНТР МИФИ по направлению ЦЕНТР МИФИ по направлению

laquoНанотехнологииraquolaquoНанотехнологииraquo

Подготовка кадров в МИФИПодготовка кадров в МИФИ

1 Кафедра физики твердого тела и наносистем

2 Кафедра компьютерного моделирования наноструктур

3 Кафедра наноразмерных гетероструктур и СВЧ- наноэлектроники

4 Кафедра микро- и наноэлектроники

5 Кафедра лазерной физики

6 Кафедра физики плазмы

7 Кафедра физических проблем материаловедения

8 Кафедра молекулярной физики

9 Кафедра электрофизических установок

10 Кафедра химической физики

11 Кафедра электроники

Стратегические партнеры Стратегические партнеры МИФИ в области МИФИ в области нанотехнологийнанотехнологий1 Российский научный центр laquoКурчатовский институтraquo

2 Российская госкорпорация нанотехнологий

3 Головные организации отраслей по направлениям развития нанотехнологий НИИФП им ФВЛукина ВНИИНМ им АА Бочвара МИЭТ ЦНИИКМ laquoПрометейraquo ВИАМ ЦНИИХМ

4 Предприятия и институты Росатома ВНИИЭФ (г Саров) ВНИИТФ (г Снежинск) ИТЭФ Концерн laquoРосэнергоатомraquo Концерн laquoСистемпромraquo и др

5 Академические институты ФИАН ИОФ РАН ИК РАН ИФТТ РАН ИРЭ РАН ФТИ РАН ИХФ РАН ИКИ РАН ИММ им АА Байкова РАН ИФХ РАН и др

6 Другие организации ВНИИФТРИ НИИ laquoТитанraquo и др

НАНОЭНЕРГЕТИКА

НАНОЭЛЕКТРОНИКА

НАНОСТРУКТУРЫ

КОНСТРУКЦИОННЫЕ НАНОМАТЕРИАЛЫ

НАНОМЕТРОЛОГИЯ

ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ

МИФИВ ОБЛАСТИ

НАНОТЕХНОЛОГИЙ

ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ МИФИ В ОБЛАСТИ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ МИФИ В ОБЛАСТИ

НАНОТЕХНОЛОГИЙ И НАНОМАТЕРИАЛОВНАНОТЕХНОЛОГИЙ И НАНОМАТЕРИАЛОВ

Разработка технологии роста углеродных Разработка технологии роста углеродных нанотрубок для создания систем с нанотрубок для создания систем с холодными эмиттерамихолодными эмиттерами

Создание и изучение новых нановеществ Создание и изучение новых нановеществ на основе метастабильных кластерных на основе метастабильных кластерных форм способных запасать и выделять форм способных запасать и выделять энергию значительно превосходящую энергию значительно превосходящую энергию известных химических энергию известных химических энергоносителейэнергоносителей

Лазерное напыление тонких Лазерное напыление тонких наноструктурированных пленок ВТСП для наноструктурированных пленок ВТСП для сверхпроводящих накопителей энергиисверхпроводящих накопителей энергии

Разработка аккумуляторов механической Разработка аккумуляторов механической энергии и демпфирующих устройств энергии и демпфирующих устройств нового поколения на основе наносистем нового поколения на основе наносистем laquoнесмачивающая жидкость - laquoнесмачивающая жидкость - нанопористое телоraquoнанопористое телоraquo

Использование УДС и нано-порошков Использование УДС и нано-порошков диоксида урана в качестве добавок к диоксида урана в качестве добавок к порошкам для совершенствования порошкам для совершенствования производства топливных таблеток АЭС или производства топливных таблеток АЭС или улучшения их характеристикулучшения их характеристик

НаноэнергетикаНаноэнергетика

Графитовая бумага с Y-нанотрубкой СТМ

Глобула из углеродных нанотрубок СТМ

Поверхность наноструктурированной топливной таблетки АСМ

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55

H mT

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

1100

1200

1300

1400

1500

1600

Jc

Ac

m2

Ccedilagraveacircegraventildeegraveigrave icirc ntildeograveuuml J c(H )iuml ethegrave ethagraveccedileuml egravedivideiacute ucirc otilde ecircicirc iacute oumlaringiacute ograveethagraveoumlegraveyumlotilde ZrN

150_Bi2223 aacute aringccedil auml icirc uumlagraveacirc icirc ecirc

172_Bi2223_0_1_ZrN

173_Bi2223_0_2_ZrN

171_Bi2223_0_27_ZrN

Повышение критического тока ВТСП за Повышение критического тока ВТСП за счет внедрения наноразмерных добавок счет внедрения наноразмерных добавок

соединений соединений TaC NbC HfN NbN SiTaC NbC HfN NbN Si33NN44

0 5 10 15 20n 1013 ntildeigrave -3

0

05

1

J c(H

=0)

Jc m

ax(H

=0)

icircograveiacute

aringauml

N bCN bNTaC

СВЕРХПРОВОДИМОСТЬСВЕРХПРОВОДИМОСТЬ

Лазерное напыление тонких Лазерное напыление тонких эпитаксиальных наноструктурированных эпитаксиальных наноструктурированных

пленок ВТСП для создания пленок ВТСП для создания сверхпроводящих проводов 2-го поколениясверхпроводящих проводов 2-го поколения

Микрофотографии пленок YBa2Cu3O7-y

а- прямое напыление б- параллельное

в- с экранированием прямого эрозионного факела увеличение x4000

Схема напылительной установки Схема напылительной установки 1 1 -- лазерный луч 2 лазерный луч 2--кварцевая кварцевая линза линза 3 3 -- подложка 4 подложка 4 -- нагреватель 5 нагреватель 5 --входные окна входные окна 6 6 -- мишень 7 мишень 7 -- эрозионный факел эрозионный факел

ИИccccледование ледование левитациилевитации

9

7

11

6

5

8

12

4

13

1

14

10

2

3

Перспективы примененияПерспективы применения транспорт (поезда на магнитной транспорт (поезда на магнитной подушке) энергетика безфрикционный магнитный подвес для подушке) энергетика безфрикционный магнитный подвес для турбин центрифуг кинетических накопителей энергиитурбин центрифуг кинетических накопителей энергии

200

400

600

800

1000

1200

1400

2 14 26 38 50

Композитные материалы на основе углеродных нанотрубок для роторов урановых газовых

центрифуг нового поколения

Устройство центрифуги

Предел прочности ГПа

Мо

дул

ь уп

руг

ост

и Г

Па Композиты на Композиты на

основе нанотрубокоснове нанотрубок

Выпускаемые углеродные волокнаВыпускаемые углеродные волокна

Характеристики- 1divide2 углеродных нанотрубок повышает в 2-7 раз прочность волокон углеродных композитов- увеличение удельной разделительной способности газовой центрифуги в 15 раза и более раз

Нанотехнология демпфирования удара и Нанотехнология демпфирования удара и аккумулирования механической энергииаккумулирования механической энергии

Принцип действия основан на использовании энергетики динамического перколяционного перехода в системе пористое тело с нанометровым размером пор и несмачивающая жидкостьПатент МИФИПатент МИФИОбласть применения системы обеспечения безопасности человека амортизаторы гашение вибраций в автомобильной авиационной космической и другой техникеХарактеристики 15 литра нанопористого тела полностью поглощают энергию автомобиля весом 1 тонна движущегося со скоростью 50 кмч

Пористое тело(наноструктура)

Гидротормоз

Пружинный тормоз Удар

Уплотнение

Шток

Порошок - пористое тело (наноструктура)

Жидкость

1 ndash пульт управления 2- высокочастотный генератор 3- баллон с инертным газом 4 ndash система напуска газа 5 ndash прибор регулирующего типа Р111 6 ndash потенциометр КСП-4 7 ndash корпус камеры 8 ndash кварцевый или керамический питатель 9 ndash термопара10 ndash высокочастотный индуктор 11 ndash расплав 12 ndash закалочный медный диск 13 ndash лентосъемник 14 ndash вакуумная система с термопарным вакуумметром ВТ-2А 15 ndash агрегат вакуумный АВЗ-20Д 16 ndash лентоприемник 17 ndash быстрозакаленная лентаПроизводительность установки ndash 500кГгод

Быстрозакаленный сплав в виде ленты

Принцип методаПринцип методаИндуктор (10) расплавляет кристаллический слиток в кварцевом тигле (8) Подается избыточное давление и из тигля через сопло расплав (11) выдавливается на вращающейся медный диск-холодильник (12) При помощи лентосъемика (13) застывший расплав в виде ленты (17) попадает в лентоприемник (16)

Наноструктурное состояние

Конструкционные наноструктурированные материалы для энергетики Получение наноматериалов методом быстрой

закалки

25 нм 25 нмНаноструктура

Создание наноструктурированных поверхностных слоев

при обработке потоками импульсной газовой плазмыУсловия обработки Плотность энергии падающего потока плазмы q=10ndash100 Джсм2Средняя плотность мощности потока плазмы Q= (3ndash100) 105 Втсм2Длительность воздействия τи= 10ndash60 мксЧисло импульсов облучения N = (1ndashktimes10)

Микроструктура модифицированного слоя стали 0Х16Н15М3Б обработанной потоками импульсной плазмы(Q = 5106 Втсм2 N = 3)

Микроструктура поперечного шлифа стали 45 облученной потоками азотной плазмы(Q = 13106 Втсм2 N = 3)

Зависимость среднего размера ячеек от удельной мощности падающего потока 1 12Х18Н10Т 2 НП2Эви 3 0Х16Н15М3Б 4 03Х20Н45М4БЦ(lh = 50 нм15 мкм)

Цель работыЦель работы ndash разработка физических основ создания ndash разработка физических основ создания новых энергоносителей на основе метастабильных нанокластерных и полимерных форм и состоящих из и состоящих из элементов не образующих в обычных условиях элементов не образующих в обычных условиях конденсированных веществконденсированных веществ- - азота гелияазота гелия Такие нановещества способны запасать энергию от 3 до Такие нановещества способны запасать энергию от 3 до 550 раз больше чем известные химические 0 раз больше чем известные химические энергоносители а также полностью выделять энергоносители а также полностью выделять запасенную энергию за короткие временазапасенную энергию за короткие времена

На данном этапе поиск проводится методами На данном этапе поиск проводится методами компьютерного моделированиякомпьютерного моделирования

Поиск новых энергоносителей на основе Поиск новых энергоносителей на основе метастабильных нанокластеровметастабильных нанокластеров

Диапазоны энергоёмкости

Азотные нанокластеры и их Азотные нанокластеры и их

ансамбли Полимерный азотансамбли Полимерный азот

предсказана возможность предсказана возможность существования ансамблей из существования ансамблей из кластеров кластеров NN88 (так называемых (так называемых laquoлодокraquo) те конденсированной laquoлодокraquo) те конденсированной фазы собранной из фазы собранной из laquoкирпичиковraquo -кластеров laquoкирпичиковraquo -кластеров NN88 Это новое нановещество должно Это новое нановещество должно быть устойчивым при быть устойчивым при нормальном давлении и нагреве нормальном давлении и нагреве до до 800К 800К

Выяснены причины Выяснены причины возможной неустойчивости возможной неустойчивости конечных кластеров Гош конечных кластеров Гош структуры полимерного азота структуры полимерного азота и вычислены времена их и вычислены времена их жизнижизни

Результаты Результаты исследованийисследованийгелиевых кластеровгелиевых кластеров

Определены параметры Определены параметры кластеров спин-кластеров спин-поляризованного гелия с поляризованного гелия с различной структуройразличной структурой

Показано что для Показано что для метастабильных спин-метастабильных спин-поляризованных кластеров поляризованных кластеров гелия выигрыш по удельной гелия выигрыш по удельной массовой энергоемкости может массовой энергоемкости может достигать 50 достигать 50

Показано что продукты Показано что продукты распада данных распада данных HEDMHEDM - - молекулы азота и атомы гелия молекулы азота и атомы гелия соответственно являются соответственно являются чрезвычайно устойчивыми к чрезвычайно устойчивыми к ионизации и распаду те не ионизации и распаду те не преобразуют выделившуюся преобразуют выделившуюся энергию во внутреннюю энергию во внутреннюю малоэффективную компоненту малоэффективную компоненту

Две метастабильные конфигурации метастабильного кластера He12 с полным спином S=6 состоящего из шести молекул (квазиатомов) He2

Метастабильный кластер He4 с полным спином S=2

Что это может датьЧто это может дать В случае успешной реализации работ в этом В случае успешной реализации работ в этом

направлении открывается возможность создания направлении открывается возможность создания принципиально новых веществ энергоемкость принципиально новых веществ энергоемкость которыхкоторых значительно превышает параметры значительно превышает параметры обычных топлив и не требует наличия окислителяобычных топлив и не требует наличия окислителя

Предполагаемые энергетические параметры HEDM на основе азота и гелия

ВеществоВеществоУдельная Удельная запасенная запасенная энергия на энергия на 1см1см33 вещества вещества[кДжсм[кДжсм33]]

Удельная Удельная запасенная запасенная энергия на энергия на 1грамм вещества 1грамм вещества [кДжг] [кДжг]

Максималь-Максималь-ная ная температура температура [[KKoo]]

Удельный Удельный импульсимпульс[[cc]]

Кластеры азотаКластеры азота 20 20 5252 77 17 17 gt10000 Кgt10000 Коо 200200400400

ГелийГелий(спин-(спин-поляризованный) поляризованный)

236236 7070 gt100000 Кgt100000 Коо 1500 1500 18901890

ИсследованияИсследованияуглеродных кластеровуглеродных кластеров

Кубейн Кубейн CC88HH88 Открыт в 1964 году Открыт в 1964 году Представляет собой Представляет собой метастабильный кластер Запасает метастабильный кластер Запасает энергию более 6 эВэнергию более 6 эВ

Характеризуется высоким Характеризуется высоким потенциальным барьером потенциальным барьером препятствующим его переходу в препятствующим его переходу в равновесное состояние поэтому равновесное состояние поэтому отличается сравнительно высокой отличается сравнительно высокой устойчивостью и способен устойчивостью и способен образовывать твердое тело с образовывать твердое тело с температурой плавления около температурой плавления около 130130ооCC Мало изучен Мало изучен

Возможные пути использования в Возможные пути использования в качестве топливного элемента в качестве топливного элемента в медицине (например для медицине (например для локального повышения локального повышения температуры в окрестности температуры в окрестности опухоли) и дропухоли) и др

CCинтез и исследование новых материалов на интез и исследование новых материалов на основе сверхтонких слоев оксидов основе сверхтонких слоев оксидов редкоземельных металлов для редкоземельных металлов для подзатворного диэлектрика МОП -подзатворного диэлектрика МОП -транзисторов нового поколениятранзисторов нового поколения

Синтез и исследование проводящих Синтез и исследование проводящих материалов для металлических затворов в материалов для металлических затворов в МОП-приборах нового поколенияМОП-приборах нового поколения Разработка физических основ технологии Разработка физических основ технологии изготовления элементов памяти на основе изготовления элементов памяти на основе магнитных туннельных переходов магнитных туннельных переходов (спинтроника)(спинтроника)

НаноэлектроникаНаноэлектроника

Si(100)Si(100)

HfOHfO2 2 (27 nm)(27 nm)

a-Si (35 a-Si (35 nm)nm)

a-NiSia-NiSixx

МОП-транзистор

готовыйготовыйобразецобразец

Процесс эпитаксиального ростаПроцесс эпитаксиального роста

Рост слоёв полупроводниковРост слоёв полупроводниковAlAlххGaGa1-х1-хAsAs In InууGaGa1-у1-уAsAs GaAs GaAs формированиеформирование квантовых ям квантовых ям квантовых точекквантовых точек

Молекулярно-лучевая эпитаксияМолекулярно-лучевая эпитаксиядля формирования наногетероструктур для формирования наногетероструктур А3В5 Установка МЛЭ А3В5 Установка МЛЭ Riber (Riber (Франция)Франция)

КАФЕДРА ФИЗИКИ НАНОРАЗМЕРНЫХ ГЕТЕРОСТРУКТУР КАФЕДРА ФИЗИКИ НАНОРАЗМЕРНЫХ ГЕТЕРОСТРУКТУР И СВЧ НАНОЭЛЕКТРОНИКИИ СВЧ НАНОЭЛЕКТРОНИКИ

Квантовые точкиКвантовые точки InAsGaAsInAsGaAs ndash скан ndash сканатомно-силового атомно-силового микроскопамикроскопа

Достижения в разработке Достижения в разработке моделировании моделировании изготовленииизготовленииШирокополосных Широкополосных малошумящих усилителей малошумящих усилителей Рекордно низкий коэф шумаРекордно низкий коэф шума Кш=037дБКш=037дБ Кус=10дБ Кус=10дБ f=f=9-9-112ГГц2ГГц- мощных транзисторов на - мощных транзисторов на AlGaNGaNAlGaNGaN W=11 W=11 ВтВтмммм граничная частотаграничная частота 100 ГГц100 ГГц-Транзисторов К-диапазона Транзисторов К-диапазона (граничная частота (граничная частота fmax=190fmax=190ГГцГГц))- Длина затвора Длина затвора ((топологическая норма) 100-топологическая норма) 100-190 нанометров190 нанометров

Современные СВЧ микросхемы на основе наногетероструктурСовременные СВЧ микросхемы на основе наногетероструктур

- разработана и изготовлена в ИСВЧПЭ РАН- разработана и изготовлена в ИСВЧПЭ РАН совместно с НПФ laquoМикранraquo Томсксовместно с НПФ laquoМикранraquo Томск

Изготовленная СВЧ микросхема Изготовленная СВЧ микросхема вставлена в вставлена в модуль бортового локатора МИГ на АФАРмодуль бортового локатора МИГ на АФАР

демонстрировавшегося на демонстрировавшегося на авиасалоне МАКС ndash 2007авиасалоне МАКС ndash 2007

Рабочие частоты Рабочие частоты ~ ~ 10-10-15 15 ГГцГГц

Первая отечественная наногетероструктурная СВЧ МИСПервая отечественная наногетероструктурная СВЧ МИС 2-х- каскадного малошумящего усилителя2-х- каскадного малошумящего усилителя

АФАРАФАР

ПОЛУЧЕНИЕ УГЛЕРОДНЫХ НАНОТРУБОКПОЛУЧЕНИЕ УГЛЕРОДНЫХ НАНОТРУБОК

Синтез Y- образной нанотрубки как основы нанотранзистора

ПОЛУЧЕНИЕ НАНОСТРУКТУРИРОВАННЫХ ПОЛУЧЕНИЕ НАНОСТРУКТУРИРОВАННЫХ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПЛЕНОК МЕТОДОМ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПЛЕНОК МЕТОДОМ

ПЛАЗМЕННОЙ ТЕХНОЛОГИИПЛАЗМЕННОЙ ТЕХНОЛОГИИ

50 нм

Подложка ndash полимерная пленка применение для конденсаторов высокой емкости

Оборудование дляОборудование для исследования физических исследования физических свойств наносистемсвойств наносистем

Исследовательский комплекс ИЛО-РФЭС-СРМИ-ВИМС (на базе XSAM-800 Kratos)

МИШЕНИ

Hf La Al Au Pt Si Ge Ni

Ti Sb B helliphellip

НАПУСК РЕАКТИВНЫХ

ГАЗОВ O2 N2 helliphellip

РЕНТГЕНОВСКИЙ ИСТОЧНИК

ИОННЫЙ ИСТОЧНИК (Ar+ He+

H+ hellip)

ПОЛУСФЕРИЧЕСКИЙ ЭНЕРГОАНАЛИЗАТОР

ЛАЗЕР

ПК

ИМПУЛЬСНОЕ ИМПУЛЬСНОЕ ЛАЗЕРНОЕ ЛАЗЕРНОЕ

ОСАЖДЕНИЕОСАЖДЕНИЕ

ДЕРЖАТЕЛЬ ОБРАЗЦОВ С

НАГРЕВАТЕЛЕМ

ДО Т=10000С

КАМЕРА КАМЕРА РОСТАРОСТА

АНАЛИТИЧЕСКАЯАНАЛИТИЧЕСКАЯ

КАМЕРАКАМЕРА

КВАД МАСС-СПЕКТРОМЕТР

Измерение методом STM и TEM атомной структуры нанокластеров металлов на углеродных подложках и в твердотельных матрицах

Нанокластеры AuC ПЭМ 50х50 нм

Нанокластер Нанокластер AuAuС СТМ С СТМ 7х7 нм7х7 нм

СканирующиСканирующиее нанотвердоме нанотвердомерыры laquoНаноСканraquolaquoНаноСканraquo и и laquoСуперlaquoСупер--НаноСканraquoНаноСканraquo

Режимы измерений

Контактный динамический режим (рельеф поверхности карта распределения модуля упругости)

Разрешение по XY 015 нм Разрешение по Z 007 нм

Индентирование склерометрия (с макс нагрузкой до 10 гр)

Динамическое наноиндентирование

Оборудование закупаемое в 2008 г под НОЦ Оборудование закупаемое в 2008 г под НОЦ Высоковакуумный сканирующий зондовый микроскоп с методиками

СТМ АСМ и МСМ Multiprobe MXPS RM VR AFM 25 ldquoOmicronrdquo (Германия) оборудованный системой рентгеновской

фотоэлектронной спектроскопии и камерой препарирования

Источник осаждения нанокластеров с квадрупольным масс-фильтромNanoGen50 (Mantis Deposition Ltd Великобритания)

Функциональные Функциональные наноматериалы для наноматериалы для

энергетикиэнергетики((обзор)обзор)

Московский инженерно-физический институтМосковский инженерно-физический институт(государственный университет)(государственный университет)

Основные области примененияОсновные области применения Транспортировка и хранение топливаТранспортировка и хранение топлива Альтернативные источники энергииАльтернативные источники энергии Получение экологически чистого топливаПолучение экологически чистого топлива Энергосбережение за счет уменьшения сил трения и Энергосбережение за счет уменьшения сил трения и

вязкостивязкости Улучшение проводимости контактовУлучшение проводимости контактов Уменьшение сопротивления проводниковУменьшение сопротивления проводников Уменьшение потерь энергии при передачеУменьшение потерь энергии при передаче Создание новых топливных элементов с большим КПДСоздание новых топливных элементов с большим КПД

Твердотельная Твердотельная энергосберегающая и энергосберегающая и

экологически чистая энергетикаэкологически чистая энергетика

Транспортировка и хранение Транспортировка и хранение водородного топливаводородного топлива

33DD-модель заполнения -модель заполнения водородом массива водородом массива углеродных углеродных нанотрубокнанотрубок

Модель заполнения массива Модель заполнения массива нанотрубок нанотрубок а) кремния и b) углерода при а) кремния и b) углерода при температуре 298 K и температуре 298 K и давлении давлении 10 МПа10 МПа

Наноматериалы в солнечных Наноматериалы в солнечных батареях ndash новые перспективы батареях ndash новые перспективы

альтернативной энергетикиальтернативной энергетики

Новые энергосистемы на основе Новые энергосистемы на основе углеродных нанотрубокуглеродных нанотрубок могут могут проводить электричество в 1000 раз проводить электричество в 1000 раз лучше медных проводовлучше медных проводов

КПД 36КПД 36Работает даже ночью Работает даже ночью утилизируя ИК-лучи утилизируя ИК-лучи которые испускает которые испускает ЗемляЗемляГораздо дешевле Гораздо дешевле традиционных традиционных солнечных батарейсолнечных батарей

Экологически чистое топливоЭкологически чистое топливо

Через молекулярные laquoворотаraquo проникают Через молекулярные laquoворотаraquo проникают молекулы двуокиси углерода а более молекулы двуокиси углерода а более крупные молекулы (метановые) остаются крупные молекулы (метановые) остаются в веществе Практическое применение это в веществе Практическое применение это находит при фильтрации двуокиси находит при фильтрации двуокиси углерода из природного газа и при углерода из природного газа и при создании автомобильных катализаторовсоздании автомобильных катализаторов

Уменьшение сил трения и вязкости Уменьшение сил трения и вязкости в микромеханических системахв микромеханических системах

Наноразмерные неровности Наноразмерные неровности поверхностей сокращают площадь поверхностей сокращают площадь контакта между поверхностями Таким контакта между поверхностями Таким образом металлические материалы с образом металлические материалы с наноструктурой обладают повышенной наноструктурой обладают повышенной по сравнению с обычным структурным по сравнению с обычным структурным состоянием твердостью и состоянием твердостью и износостойкостью Эффект износостойкостью Эффект износостойкости и малого износостойкости и малого коэффициента трения проявляется при коэффициента трения проявляется при использовании использовании полинанокристаллических алмазов и полинанокристаллических алмазов и алмазоподобных покрытий а также алмазоподобных покрытий а также сверхтвердых веществ на базе сверхтвердых веществ на базе фуллеренов (например со фуллеренов (например со сфероподобными молекулами С60) и сфероподобными молекулами С60) и фуллеридов (легированных фуллеридов (легированных фуллеренов например FexC60) фуллеренов например FexC60) наноструктурных многослойных пленок наноструктурных многослойных пленок сложного состава на основе сложного состава на основе кубического BN Cкубического BN C33NN44 TiC TiN Ti(AlN) TiC TiN Ti(AlN) обладающих очень высокой (до 70 ГПа) обладающих очень высокой (до 70 ГПа) твердостьютвердостью

Энергосбережение за счет Энергосбережение за счет увеличения ресурса работы увеличения ресурса работы техникитехники

При техническом сервисе благодаря применению наноматериалов можно При техническом сервисе благодаря применению наноматериалов можно значительно (до 15-4 раз) увеличить ресурс работы машин уменьшить значительно (до 15-4 раз) увеличить ресурс работы машин уменьшить вредные выбросы и эксплутационные затраты (в том числе расход вредные выбросы и эксплутационные затраты (в том числе расход топлива) Наноматериалы в основном фуллерены вводят в смазочные топлива) Наноматериалы в основном фуллерены вводят в смазочные материалы которые уменьшают трение и обеспечивают процесс ldquoизнос-материалы которые уменьшают трение и обеспечивают процесс ldquoизнос-восстановлениеrdquoвосстановлениеrdquo

000

020

040

060

080

100

120

140

160

Мощность двигателя Потребление топлива Срок службысмазочных материалов

Расход смазочныхматериалов

0

2

4

6

8

10

12

Продолжительность обкаткиагрегатов

Износостойкость трущихсясоединений

раз

С использованием фуллереновыхпрепаратов

Без использования

Улучшение проводимости Улучшение проводимости контактовконтактов

Внедренные в полимерную матрицу углеродные нанотрубки обеспечивают ее Внедренные в полимерную матрицу углеродные нанотрубки обеспечивают ее электро- и теплопроводность их можно рассматривать как нанопроводники электро- и теплопроводность их можно рассматривать как нанопроводники Нанотрубки увеличивают проводимость в сотни раз сильнее обычных добавок Нанотрубки увеличивают проводимость в сотни раз сильнее обычных добавок используемых для повышения проводимости материалов Благодаря этому используемых для повышения проводимости материалов Благодаря этому нанотрубки формируют объемную электропроводную структуру при введении в нанотрубки формируют объемную электропроводную структуру при введении в очень малых количествах что позволяет добиться проводимости полимеров очень малых количествах что позволяет добиться проводимости полимеров при значительно меньшей доле нанотрубок по сравнению с традиционными при значительно меньшей доле нанотрубок по сравнению с традиционными сажевыми добавкамисажевыми добавками

Данные компании Nanocyl SA Данные компании Nanocyl SA

Уменьшение сопротивления Уменьшение сопротивления проводниковпроводников

Нанопроволочные приборы показали на Нанопроволочные приборы показали на два два порядкапорядка меньшее контактное сопротивление и меньшее контактное сопротивление и на на три порядкатри порядка меньший уровень меньший уровень электрических шумов по сравнению со электрических шумов по сравнению со стандартной кремниевой технологиейстандартной кремниевой технологией

Уменьшение потерь энергии при Уменьшение потерь энергии при передачпередачее

В наноматериалах оптический сигнал передается во много раз быстрее и без В наноматериалах оптический сигнал передается во много раз быстрее и без потери энергии так как перенос информации происходит с помощью фотонов потери энергии так как перенос информации происходит с помощью фотонов Благодаря этому диссипация энергии в электронных устройствах практически Благодаря этому диссипация энергии в электронных устройствах практически сводится к нулю Один из вариантов использования данной технологии ndash создание сводится к нулю Один из вариантов использования данной технологии ndash создание источников света Поскольку около 15 - 20 вырабатываемой электроэнергии источников света Поскольку около 15 - 20 вырабатываемой электроэнергии расходуется для освещения то использование источников света с новым расходуется для освещения то использование источников света с новым принципом работы сулит огромный экономический эффектпринципом работы сулит огромный экономический эффект

4 96

28 72

70 30

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Электрическая лампочка

Оптические микросхемы наоснове периодических

структур

Разрабатываемые диодысветовой эмиссии

Выделяемая энергия в виде света Потери энергии

Энергосбережение на тепловых Энергосбережение на тепловых электростанцияхэлектростанциях

Применение новой технологии создания топливных элементов на Применение новой технологии создания топливных элементов на основе laquoЖидкой керамикиraquo приводит к значительной экономии энергии основе laquoЖидкой керамикиraquo приводит к значительной экономии энергии на тепловых электростанцияхна тепловых электростанциях

40

95

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Сжигание мазута Новые топливные элементы наоснове жидкой керамики

КПД

Наноматериалы для атомной энергетикиНаноматериалы для атомной энергетики

Перспективы развития атомной энергетики связаны Перспективы развития атомной энергетики связаны со снижением удельного потребления природного со снижением удельного потребления природного урана в основном за счет увеличения глубины урана в основном за счет увеличения глубины выгорания ядерного топлива Для этого необходимо выгорания ядерного топлива Для этого необходимо создание крупнокристаллических структур ядерных создание крупнокристаллических структур ядерных материалов с контролируемой пористостью материалов с контролируемой пористостью удерживающих продукты деления и препятствующих удерживающих продукты деления и препятствующих транспорту осколков деления к оболочке транспорту осколков деления к оболочке тепловыделяющего элемента и ее внутреннего тепловыделяющего элемента и ее внутреннего повреждения Активация процесса спекания за счет повреждения Активация процесса спекания за счет добавок нанометрического размера ndash одно из добавок нанометрического размера ndash одно из направлений создания новых видов уран-направлений создания новых видов уран-плутониевых оксидов и нитридов для ядерной плутониевых оксидов и нитридов для ядерной энергетикиэнергетики

Спасибо за вниманиеСпасибо за внимание

Научная работа

Информационно-аналитический центр

Подготовка кадров

Центр коллективного пользования

Центр коммерциализации (Технопарк)

НАУЧНО- НАУЧНО- ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫОБРАЗОВАТЕЛЬНЫ

Й ЦЕНТР Й ЦЕНТР (НОЦ МИФИ(НОЦ МИФИ))

НАУЧНО-ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЙ ЦЕНТР (НОЦ НАУЧНО-ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЙ ЦЕНТР (НОЦ МИФИ)МИФИ)

по направлению по направлению ldquo ldquo нанотехнологиинанотехнологии rdquordquo

НАУЧНО-ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЙ НАУЧНО-ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЙ ЦЕНТР МИФИ по направлению ЦЕНТР МИФИ по направлению

laquoНанотехнологииraquolaquoНанотехнологииraquo

Подготовка кадров в МИФИПодготовка кадров в МИФИ

1 Кафедра физики твердого тела и наносистем

2 Кафедра компьютерного моделирования наноструктур

3 Кафедра наноразмерных гетероструктур и СВЧ- наноэлектроники

4 Кафедра микро- и наноэлектроники

5 Кафедра лазерной физики

6 Кафедра физики плазмы

7 Кафедра физических проблем материаловедения

8 Кафедра молекулярной физики

9 Кафедра электрофизических установок

10 Кафедра химической физики

11 Кафедра электроники

Стратегические партнеры Стратегические партнеры МИФИ в области МИФИ в области нанотехнологийнанотехнологий1 Российский научный центр laquoКурчатовский институтraquo

2 Российская госкорпорация нанотехнологий

3 Головные организации отраслей по направлениям развития нанотехнологий НИИФП им ФВЛукина ВНИИНМ им АА Бочвара МИЭТ ЦНИИКМ laquoПрометейraquo ВИАМ ЦНИИХМ

4 Предприятия и институты Росатома ВНИИЭФ (г Саров) ВНИИТФ (г Снежинск) ИТЭФ Концерн laquoРосэнергоатомraquo Концерн laquoСистемпромraquo и др

5 Академические институты ФИАН ИОФ РАН ИК РАН ИФТТ РАН ИРЭ РАН ФТИ РАН ИХФ РАН ИКИ РАН ИММ им АА Байкова РАН ИФХ РАН и др

6 Другие организации ВНИИФТРИ НИИ laquoТитанraquo и др

НАНОЭНЕРГЕТИКА

НАНОЭЛЕКТРОНИКА

НАНОСТРУКТУРЫ

КОНСТРУКЦИОННЫЕ НАНОМАТЕРИАЛЫ

НАНОМЕТРОЛОГИЯ

ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ

МИФИВ ОБЛАСТИ

НАНОТЕХНОЛОГИЙ

ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ МИФИ В ОБЛАСТИ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ МИФИ В ОБЛАСТИ

НАНОТЕХНОЛОГИЙ И НАНОМАТЕРИАЛОВНАНОТЕХНОЛОГИЙ И НАНОМАТЕРИАЛОВ

Разработка технологии роста углеродных Разработка технологии роста углеродных нанотрубок для создания систем с нанотрубок для создания систем с холодными эмиттерамихолодными эмиттерами

Создание и изучение новых нановеществ Создание и изучение новых нановеществ на основе метастабильных кластерных на основе метастабильных кластерных форм способных запасать и выделять форм способных запасать и выделять энергию значительно превосходящую энергию значительно превосходящую энергию известных химических энергию известных химических энергоносителейэнергоносителей

Лазерное напыление тонких Лазерное напыление тонких наноструктурированных пленок ВТСП для наноструктурированных пленок ВТСП для сверхпроводящих накопителей энергиисверхпроводящих накопителей энергии

Разработка аккумуляторов механической Разработка аккумуляторов механической энергии и демпфирующих устройств энергии и демпфирующих устройств нового поколения на основе наносистем нового поколения на основе наносистем laquoнесмачивающая жидкость - laquoнесмачивающая жидкость - нанопористое телоraquoнанопористое телоraquo

Использование УДС и нано-порошков Использование УДС и нано-порошков диоксида урана в качестве добавок к диоксида урана в качестве добавок к порошкам для совершенствования порошкам для совершенствования производства топливных таблеток АЭС или производства топливных таблеток АЭС или улучшения их характеристикулучшения их характеристик

НаноэнергетикаНаноэнергетика

Графитовая бумага с Y-нанотрубкой СТМ

Глобула из углеродных нанотрубок СТМ

Поверхность наноструктурированной топливной таблетки АСМ

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55

H mT

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

1100

1200

1300

1400

1500

1600

Jc

Ac

m2

Ccedilagraveacircegraventildeegraveigrave icirc ntildeograveuuml J c(H )iuml ethegrave ethagraveccedileuml egravedivideiacute ucirc otilde ecircicirc iacute oumlaringiacute ograveethagraveoumlegraveyumlotilde ZrN

150_Bi2223 aacute aringccedil auml icirc uumlagraveacirc icirc ecirc

172_Bi2223_0_1_ZrN

173_Bi2223_0_2_ZrN

171_Bi2223_0_27_ZrN

Повышение критического тока ВТСП за Повышение критического тока ВТСП за счет внедрения наноразмерных добавок счет внедрения наноразмерных добавок

соединений соединений TaC NbC HfN NbN SiTaC NbC HfN NbN Si33NN44

0 5 10 15 20n 1013 ntildeigrave -3

0

05

1

J c(H

=0)

Jc m

ax(H

=0)

icircograveiacute

aringauml

N bCN bNTaC

СВЕРХПРОВОДИМОСТЬСВЕРХПРОВОДИМОСТЬ

Лазерное напыление тонких Лазерное напыление тонких эпитаксиальных наноструктурированных эпитаксиальных наноструктурированных

пленок ВТСП для создания пленок ВТСП для создания сверхпроводящих проводов 2-го поколениясверхпроводящих проводов 2-го поколения

Микрофотографии пленок YBa2Cu3O7-y

а- прямое напыление б- параллельное

в- с экранированием прямого эрозионного факела увеличение x4000

Схема напылительной установки Схема напылительной установки 1 1 -- лазерный луч 2 лазерный луч 2--кварцевая кварцевая линза линза 3 3 -- подложка 4 подложка 4 -- нагреватель 5 нагреватель 5 --входные окна входные окна 6 6 -- мишень 7 мишень 7 -- эрозионный факел эрозионный факел

ИИccccледование ледование левитациилевитации

9

7

11

6

5

8

12

4

13

1

14

10

2

3

Перспективы примененияПерспективы применения транспорт (поезда на магнитной транспорт (поезда на магнитной подушке) энергетика безфрикционный магнитный подвес для подушке) энергетика безфрикционный магнитный подвес для турбин центрифуг кинетических накопителей энергиитурбин центрифуг кинетических накопителей энергии

200

400

600

800

1000

1200

1400

2 14 26 38 50

Композитные материалы на основе углеродных нанотрубок для роторов урановых газовых

центрифуг нового поколения

Устройство центрифуги

Предел прочности ГПа

Мо

дул

ь уп

руг

ост

и Г

Па Композиты на Композиты на

основе нанотрубокоснове нанотрубок

Выпускаемые углеродные волокнаВыпускаемые углеродные волокна

Характеристики- 1divide2 углеродных нанотрубок повышает в 2-7 раз прочность волокон углеродных композитов- увеличение удельной разделительной способности газовой центрифуги в 15 раза и более раз

Нанотехнология демпфирования удара и Нанотехнология демпфирования удара и аккумулирования механической энергииаккумулирования механической энергии

Принцип действия основан на использовании энергетики динамического перколяционного перехода в системе пористое тело с нанометровым размером пор и несмачивающая жидкостьПатент МИФИПатент МИФИОбласть применения системы обеспечения безопасности человека амортизаторы гашение вибраций в автомобильной авиационной космической и другой техникеХарактеристики 15 литра нанопористого тела полностью поглощают энергию автомобиля весом 1 тонна движущегося со скоростью 50 кмч

Пористое тело(наноструктура)

Гидротормоз

Пружинный тормоз Удар

Уплотнение

Шток

Порошок - пористое тело (наноструктура)

Жидкость

1 ndash пульт управления 2- высокочастотный генератор 3- баллон с инертным газом 4 ndash система напуска газа 5 ndash прибор регулирующего типа Р111 6 ndash потенциометр КСП-4 7 ndash корпус камеры 8 ndash кварцевый или керамический питатель 9 ndash термопара10 ndash высокочастотный индуктор 11 ndash расплав 12 ndash закалочный медный диск 13 ndash лентосъемник 14 ndash вакуумная система с термопарным вакуумметром ВТ-2А 15 ndash агрегат вакуумный АВЗ-20Д 16 ndash лентоприемник 17 ndash быстрозакаленная лентаПроизводительность установки ndash 500кГгод

Быстрозакаленный сплав в виде ленты

Принцип методаПринцип методаИндуктор (10) расплавляет кристаллический слиток в кварцевом тигле (8) Подается избыточное давление и из тигля через сопло расплав (11) выдавливается на вращающейся медный диск-холодильник (12) При помощи лентосъемика (13) застывший расплав в виде ленты (17) попадает в лентоприемник (16)

Наноструктурное состояние

Конструкционные наноструктурированные материалы для энергетики Получение наноматериалов методом быстрой

закалки

25 нм 25 нмНаноструктура

Создание наноструктурированных поверхностных слоев

при обработке потоками импульсной газовой плазмыУсловия обработки Плотность энергии падающего потока плазмы q=10ndash100 Джсм2Средняя плотность мощности потока плазмы Q= (3ndash100) 105 Втсм2Длительность воздействия τи= 10ndash60 мксЧисло импульсов облучения N = (1ndashktimes10)

Микроструктура модифицированного слоя стали 0Х16Н15М3Б обработанной потоками импульсной плазмы(Q = 5106 Втсм2 N = 3)

Микроструктура поперечного шлифа стали 45 облученной потоками азотной плазмы(Q = 13106 Втсм2 N = 3)

Зависимость среднего размера ячеек от удельной мощности падающего потока 1 12Х18Н10Т 2 НП2Эви 3 0Х16Н15М3Б 4 03Х20Н45М4БЦ(lh = 50 нм15 мкм)

Цель работыЦель работы ndash разработка физических основ создания ndash разработка физических основ создания новых энергоносителей на основе метастабильных нанокластерных и полимерных форм и состоящих из и состоящих из элементов не образующих в обычных условиях элементов не образующих в обычных условиях конденсированных веществконденсированных веществ- - азота гелияазота гелия Такие нановещества способны запасать энергию от 3 до Такие нановещества способны запасать энергию от 3 до 550 раз больше чем известные химические 0 раз больше чем известные химические энергоносители а также полностью выделять энергоносители а также полностью выделять запасенную энергию за короткие временазапасенную энергию за короткие времена

На данном этапе поиск проводится методами На данном этапе поиск проводится методами компьютерного моделированиякомпьютерного моделирования

Поиск новых энергоносителей на основе Поиск новых энергоносителей на основе метастабильных нанокластеровметастабильных нанокластеров

Диапазоны энергоёмкости

Азотные нанокластеры и их Азотные нанокластеры и их

ансамбли Полимерный азотансамбли Полимерный азот

предсказана возможность предсказана возможность существования ансамблей из существования ансамблей из кластеров кластеров NN88 (так называемых (так называемых laquoлодокraquo) те конденсированной laquoлодокraquo) те конденсированной фазы собранной из фазы собранной из laquoкирпичиковraquo -кластеров laquoкирпичиковraquo -кластеров NN88 Это новое нановещество должно Это новое нановещество должно быть устойчивым при быть устойчивым при нормальном давлении и нагреве нормальном давлении и нагреве до до 800К 800К

Выяснены причины Выяснены причины возможной неустойчивости возможной неустойчивости конечных кластеров Гош конечных кластеров Гош структуры полимерного азота структуры полимерного азота и вычислены времена их и вычислены времена их жизнижизни

Результаты Результаты исследованийисследованийгелиевых кластеровгелиевых кластеров

Определены параметры Определены параметры кластеров спин-кластеров спин-поляризованного гелия с поляризованного гелия с различной структуройразличной структурой

Показано что для Показано что для метастабильных спин-метастабильных спин-поляризованных кластеров поляризованных кластеров гелия выигрыш по удельной гелия выигрыш по удельной массовой энергоемкости может массовой энергоемкости может достигать 50 достигать 50

Показано что продукты Показано что продукты распада данных распада данных HEDMHEDM - - молекулы азота и атомы гелия молекулы азота и атомы гелия соответственно являются соответственно являются чрезвычайно устойчивыми к чрезвычайно устойчивыми к ионизации и распаду те не ионизации и распаду те не преобразуют выделившуюся преобразуют выделившуюся энергию во внутреннюю энергию во внутреннюю малоэффективную компоненту малоэффективную компоненту

Две метастабильные конфигурации метастабильного кластера He12 с полным спином S=6 состоящего из шести молекул (квазиатомов) He2

Метастабильный кластер He4 с полным спином S=2

Что это может датьЧто это может дать В случае успешной реализации работ в этом В случае успешной реализации работ в этом

направлении открывается возможность создания направлении открывается возможность создания принципиально новых веществ энергоемкость принципиально новых веществ энергоемкость которыхкоторых значительно превышает параметры значительно превышает параметры обычных топлив и не требует наличия окислителяобычных топлив и не требует наличия окислителя

Предполагаемые энергетические параметры HEDM на основе азота и гелия

ВеществоВеществоУдельная Удельная запасенная запасенная энергия на энергия на 1см1см33 вещества вещества[кДжсм[кДжсм33]]

Удельная Удельная запасенная запасенная энергия на энергия на 1грамм вещества 1грамм вещества [кДжг] [кДжг]

Максималь-Максималь-ная ная температура температура [[KKoo]]

Удельный Удельный импульсимпульс[[cc]]

Кластеры азотаКластеры азота 20 20 5252 77 17 17 gt10000 Кgt10000 Коо 200200400400

ГелийГелий(спин-(спин-поляризованный) поляризованный)

236236 7070 gt100000 Кgt100000 Коо 1500 1500 18901890

ИсследованияИсследованияуглеродных кластеровуглеродных кластеров

Кубейн Кубейн CC88HH88 Открыт в 1964 году Открыт в 1964 году Представляет собой Представляет собой метастабильный кластер Запасает метастабильный кластер Запасает энергию более 6 эВэнергию более 6 эВ

Характеризуется высоким Характеризуется высоким потенциальным барьером потенциальным барьером препятствующим его переходу в препятствующим его переходу в равновесное состояние поэтому равновесное состояние поэтому отличается сравнительно высокой отличается сравнительно высокой устойчивостью и способен устойчивостью и способен образовывать твердое тело с образовывать твердое тело с температурой плавления около температурой плавления около 130130ооCC Мало изучен Мало изучен

Возможные пути использования в Возможные пути использования в качестве топливного элемента в качестве топливного элемента в медицине (например для медицине (например для локального повышения локального повышения температуры в окрестности температуры в окрестности опухоли) и дропухоли) и др

CCинтез и исследование новых материалов на интез и исследование новых материалов на основе сверхтонких слоев оксидов основе сверхтонких слоев оксидов редкоземельных металлов для редкоземельных металлов для подзатворного диэлектрика МОП -подзатворного диэлектрика МОП -транзисторов нового поколениятранзисторов нового поколения

Синтез и исследование проводящих Синтез и исследование проводящих материалов для металлических затворов в материалов для металлических затворов в МОП-приборах нового поколенияМОП-приборах нового поколения Разработка физических основ технологии Разработка физических основ технологии изготовления элементов памяти на основе изготовления элементов памяти на основе магнитных туннельных переходов магнитных туннельных переходов (спинтроника)(спинтроника)

НаноэлектроникаНаноэлектроника

Si(100)Si(100)

HfOHfO2 2 (27 nm)(27 nm)

a-Si (35 a-Si (35 nm)nm)

a-NiSia-NiSixx

МОП-транзистор

готовыйготовыйобразецобразец

Процесс эпитаксиального ростаПроцесс эпитаксиального роста

Рост слоёв полупроводниковРост слоёв полупроводниковAlAlххGaGa1-х1-хAsAs In InууGaGa1-у1-уAsAs GaAs GaAs формированиеформирование квантовых ям квантовых ям квантовых точекквантовых точек

Молекулярно-лучевая эпитаксияМолекулярно-лучевая эпитаксиядля формирования наногетероструктур для формирования наногетероструктур А3В5 Установка МЛЭ А3В5 Установка МЛЭ Riber (Riber (Франция)Франция)

КАФЕДРА ФИЗИКИ НАНОРАЗМЕРНЫХ ГЕТЕРОСТРУКТУР КАФЕДРА ФИЗИКИ НАНОРАЗМЕРНЫХ ГЕТЕРОСТРУКТУР И СВЧ НАНОЭЛЕКТРОНИКИИ СВЧ НАНОЭЛЕКТРОНИКИ

Квантовые точкиКвантовые точки InAsGaAsInAsGaAs ndash скан ndash сканатомно-силового атомно-силового микроскопамикроскопа

Достижения в разработке Достижения в разработке моделировании моделировании изготовленииизготовленииШирокополосных Широкополосных малошумящих усилителей малошумящих усилителей Рекордно низкий коэф шумаРекордно низкий коэф шума Кш=037дБКш=037дБ Кус=10дБ Кус=10дБ f=f=9-9-112ГГц2ГГц- мощных транзисторов на - мощных транзисторов на AlGaNGaNAlGaNGaN W=11 W=11 ВтВтмммм граничная частотаграничная частота 100 ГГц100 ГГц-Транзисторов К-диапазона Транзисторов К-диапазона (граничная частота (граничная частота fmax=190fmax=190ГГцГГц))- Длина затвора Длина затвора ((топологическая норма) 100-топологическая норма) 100-190 нанометров190 нанометров

Современные СВЧ микросхемы на основе наногетероструктурСовременные СВЧ микросхемы на основе наногетероструктур

- разработана и изготовлена в ИСВЧПЭ РАН- разработана и изготовлена в ИСВЧПЭ РАН совместно с НПФ laquoМикранraquo Томсксовместно с НПФ laquoМикранraquo Томск

Изготовленная СВЧ микросхема Изготовленная СВЧ микросхема вставлена в вставлена в модуль бортового локатора МИГ на АФАРмодуль бортового локатора МИГ на АФАР

демонстрировавшегося на демонстрировавшегося на авиасалоне МАКС ndash 2007авиасалоне МАКС ndash 2007

Рабочие частоты Рабочие частоты ~ ~ 10-10-15 15 ГГцГГц

Первая отечественная наногетероструктурная СВЧ МИСПервая отечественная наногетероструктурная СВЧ МИС 2-х- каскадного малошумящего усилителя2-х- каскадного малошумящего усилителя

АФАРАФАР

ПОЛУЧЕНИЕ УГЛЕРОДНЫХ НАНОТРУБОКПОЛУЧЕНИЕ УГЛЕРОДНЫХ НАНОТРУБОК

Синтез Y- образной нанотрубки как основы нанотранзистора

ПОЛУЧЕНИЕ НАНОСТРУКТУРИРОВАННЫХ ПОЛУЧЕНИЕ НАНОСТРУКТУРИРОВАННЫХ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПЛЕНОК МЕТОДОМ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПЛЕНОК МЕТОДОМ

ПЛАЗМЕННОЙ ТЕХНОЛОГИИПЛАЗМЕННОЙ ТЕХНОЛОГИИ

50 нм

Подложка ndash полимерная пленка применение для конденсаторов высокой емкости

Оборудование дляОборудование для исследования физических исследования физических свойств наносистемсвойств наносистем

Исследовательский комплекс ИЛО-РФЭС-СРМИ-ВИМС (на базе XSAM-800 Kratos)

МИШЕНИ

Hf La Al Au Pt Si Ge Ni

Ti Sb B helliphellip

НАПУСК РЕАКТИВНЫХ

ГАЗОВ O2 N2 helliphellip

РЕНТГЕНОВСКИЙ ИСТОЧНИК

ИОННЫЙ ИСТОЧНИК (Ar+ He+

H+ hellip)

ПОЛУСФЕРИЧЕСКИЙ ЭНЕРГОАНАЛИЗАТОР

ЛАЗЕР

ПК

ИМПУЛЬСНОЕ ИМПУЛЬСНОЕ ЛАЗЕРНОЕ ЛАЗЕРНОЕ

ОСАЖДЕНИЕОСАЖДЕНИЕ

ДЕРЖАТЕЛЬ ОБРАЗЦОВ С

НАГРЕВАТЕЛЕМ

ДО Т=10000С

КАМЕРА КАМЕРА РОСТАРОСТА

АНАЛИТИЧЕСКАЯАНАЛИТИЧЕСКАЯ

КАМЕРАКАМЕРА

КВАД МАСС-СПЕКТРОМЕТР

Измерение методом STM и TEM атомной структуры нанокластеров металлов на углеродных подложках и в твердотельных матрицах

Нанокластеры AuC ПЭМ 50х50 нм

Нанокластер Нанокластер AuAuС СТМ С СТМ 7х7 нм7х7 нм

СканирующиСканирующиее нанотвердоме нанотвердомерыры laquoНаноСканraquolaquoНаноСканraquo и и laquoСуперlaquoСупер--НаноСканraquoНаноСканraquo

Режимы измерений

Контактный динамический режим (рельеф поверхности карта распределения модуля упругости)

Разрешение по XY 015 нм Разрешение по Z 007 нм

Индентирование склерометрия (с макс нагрузкой до 10 гр)

Динамическое наноиндентирование

Оборудование закупаемое в 2008 г под НОЦ Оборудование закупаемое в 2008 г под НОЦ Высоковакуумный сканирующий зондовый микроскоп с методиками

СТМ АСМ и МСМ Multiprobe MXPS RM VR AFM 25 ldquoOmicronrdquo (Германия) оборудованный системой рентгеновской

фотоэлектронной спектроскопии и камерой препарирования

Источник осаждения нанокластеров с квадрупольным масс-фильтромNanoGen50 (Mantis Deposition Ltd Великобритания)

Функциональные Функциональные наноматериалы для наноматериалы для

энергетикиэнергетики((обзор)обзор)

Московский инженерно-физический институтМосковский инженерно-физический институт(государственный университет)(государственный университет)

Основные области примененияОсновные области применения Транспортировка и хранение топливаТранспортировка и хранение топлива Альтернативные источники энергииАльтернативные источники энергии Получение экологически чистого топливаПолучение экологически чистого топлива Энергосбережение за счет уменьшения сил трения и Энергосбережение за счет уменьшения сил трения и

вязкостивязкости Улучшение проводимости контактовУлучшение проводимости контактов Уменьшение сопротивления проводниковУменьшение сопротивления проводников Уменьшение потерь энергии при передачеУменьшение потерь энергии при передаче Создание новых топливных элементов с большим КПДСоздание новых топливных элементов с большим КПД

Твердотельная Твердотельная энергосберегающая и энергосберегающая и

экологически чистая энергетикаэкологически чистая энергетика

Транспортировка и хранение Транспортировка и хранение водородного топливаводородного топлива

33DD-модель заполнения -модель заполнения водородом массива водородом массива углеродных углеродных нанотрубокнанотрубок

Модель заполнения массива Модель заполнения массива нанотрубок нанотрубок а) кремния и b) углерода при а) кремния и b) углерода при температуре 298 K и температуре 298 K и давлении давлении 10 МПа10 МПа

Наноматериалы в солнечных Наноматериалы в солнечных батареях ndash новые перспективы батареях ndash новые перспективы

альтернативной энергетикиальтернативной энергетики

Новые энергосистемы на основе Новые энергосистемы на основе углеродных нанотрубокуглеродных нанотрубок могут могут проводить электричество в 1000 раз проводить электричество в 1000 раз лучше медных проводовлучше медных проводов

КПД 36КПД 36Работает даже ночью Работает даже ночью утилизируя ИК-лучи утилизируя ИК-лучи которые испускает которые испускает ЗемляЗемляГораздо дешевле Гораздо дешевле традиционных традиционных солнечных батарейсолнечных батарей

Экологически чистое топливоЭкологически чистое топливо

Через молекулярные laquoворотаraquo проникают Через молекулярные laquoворотаraquo проникают молекулы двуокиси углерода а более молекулы двуокиси углерода а более крупные молекулы (метановые) остаются крупные молекулы (метановые) остаются в веществе Практическое применение это в веществе Практическое применение это находит при фильтрации двуокиси находит при фильтрации двуокиси углерода из природного газа и при углерода из природного газа и при создании автомобильных катализаторовсоздании автомобильных катализаторов

Уменьшение сил трения и вязкости Уменьшение сил трения и вязкости в микромеханических системахв микромеханических системах

Наноразмерные неровности Наноразмерные неровности поверхностей сокращают площадь поверхностей сокращают площадь контакта между поверхностями Таким контакта между поверхностями Таким образом металлические материалы с образом металлические материалы с наноструктурой обладают повышенной наноструктурой обладают повышенной по сравнению с обычным структурным по сравнению с обычным структурным состоянием твердостью и состоянием твердостью и износостойкостью Эффект износостойкостью Эффект износостойкости и малого износостойкости и малого коэффициента трения проявляется при коэффициента трения проявляется при использовании использовании полинанокристаллических алмазов и полинанокристаллических алмазов и алмазоподобных покрытий а также алмазоподобных покрытий а также сверхтвердых веществ на базе сверхтвердых веществ на базе фуллеренов (например со фуллеренов (например со сфероподобными молекулами С60) и сфероподобными молекулами С60) и фуллеридов (легированных фуллеридов (легированных фуллеренов например FexC60) фуллеренов например FexC60) наноструктурных многослойных пленок наноструктурных многослойных пленок сложного состава на основе сложного состава на основе кубического BN Cкубического BN C33NN44 TiC TiN Ti(AlN) TiC TiN Ti(AlN) обладающих очень высокой (до 70 ГПа) обладающих очень высокой (до 70 ГПа) твердостьютвердостью

Энергосбережение за счет Энергосбережение за счет увеличения ресурса работы увеличения ресурса работы техникитехники

При техническом сервисе благодаря применению наноматериалов можно При техническом сервисе благодаря применению наноматериалов можно значительно (до 15-4 раз) увеличить ресурс работы машин уменьшить значительно (до 15-4 раз) увеличить ресурс работы машин уменьшить вредные выбросы и эксплутационные затраты (в том числе расход вредные выбросы и эксплутационные затраты (в том числе расход топлива) Наноматериалы в основном фуллерены вводят в смазочные топлива) Наноматериалы в основном фуллерены вводят в смазочные материалы которые уменьшают трение и обеспечивают процесс ldquoизнос-материалы которые уменьшают трение и обеспечивают процесс ldquoизнос-восстановлениеrdquoвосстановлениеrdquo

000

020

040

060

080

100

120

140

160

Мощность двигателя Потребление топлива Срок службысмазочных материалов

Расход смазочныхматериалов

0

2

4

6

8

10

12

Продолжительность обкаткиагрегатов

Износостойкость трущихсясоединений

раз

С использованием фуллереновыхпрепаратов

Без использования

Улучшение проводимости Улучшение проводимости контактовконтактов

Внедренные в полимерную матрицу углеродные нанотрубки обеспечивают ее Внедренные в полимерную матрицу углеродные нанотрубки обеспечивают ее электро- и теплопроводность их можно рассматривать как нанопроводники электро- и теплопроводность их можно рассматривать как нанопроводники Нанотрубки увеличивают проводимость в сотни раз сильнее обычных добавок Нанотрубки увеличивают проводимость в сотни раз сильнее обычных добавок используемых для повышения проводимости материалов Благодаря этому используемых для повышения проводимости материалов Благодаря этому нанотрубки формируют объемную электропроводную структуру при введении в нанотрубки формируют объемную электропроводную структуру при введении в очень малых количествах что позволяет добиться проводимости полимеров очень малых количествах что позволяет добиться проводимости полимеров при значительно меньшей доле нанотрубок по сравнению с традиционными при значительно меньшей доле нанотрубок по сравнению с традиционными сажевыми добавкамисажевыми добавками

Данные компании Nanocyl SA Данные компании Nanocyl SA

Уменьшение сопротивления Уменьшение сопротивления проводниковпроводников

Нанопроволочные приборы показали на Нанопроволочные приборы показали на два два порядкапорядка меньшее контактное сопротивление и меньшее контактное сопротивление и на на три порядкатри порядка меньший уровень меньший уровень электрических шумов по сравнению со электрических шумов по сравнению со стандартной кремниевой технологиейстандартной кремниевой технологией

Уменьшение потерь энергии при Уменьшение потерь энергии при передачпередачее

В наноматериалах оптический сигнал передается во много раз быстрее и без В наноматериалах оптический сигнал передается во много раз быстрее и без потери энергии так как перенос информации происходит с помощью фотонов потери энергии так как перенос информации происходит с помощью фотонов Благодаря этому диссипация энергии в электронных устройствах практически Благодаря этому диссипация энергии в электронных устройствах практически сводится к нулю Один из вариантов использования данной технологии ndash создание сводится к нулю Один из вариантов использования данной технологии ndash создание источников света Поскольку около 15 - 20 вырабатываемой электроэнергии источников света Поскольку около 15 - 20 вырабатываемой электроэнергии расходуется для освещения то использование источников света с новым расходуется для освещения то использование источников света с новым принципом работы сулит огромный экономический эффектпринципом работы сулит огромный экономический эффект

4 96

28 72

70 30

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Электрическая лампочка

Оптические микросхемы наоснове периодических

структур

Разрабатываемые диодысветовой эмиссии

Выделяемая энергия в виде света Потери энергии

Энергосбережение на тепловых Энергосбережение на тепловых электростанцияхэлектростанциях

Применение новой технологии создания топливных элементов на Применение новой технологии создания топливных элементов на основе laquoЖидкой керамикиraquo приводит к значительной экономии энергии основе laquoЖидкой керамикиraquo приводит к значительной экономии энергии на тепловых электростанцияхна тепловых электростанциях

40

95

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Сжигание мазута Новые топливные элементы наоснове жидкой керамики

КПД

Наноматериалы для атомной энергетикиНаноматериалы для атомной энергетики

Перспективы развития атомной энергетики связаны Перспективы развития атомной энергетики связаны со снижением удельного потребления природного со снижением удельного потребления природного урана в основном за счет увеличения глубины урана в основном за счет увеличения глубины выгорания ядерного топлива Для этого необходимо выгорания ядерного топлива Для этого необходимо создание крупнокристаллических структур ядерных создание крупнокристаллических структур ядерных материалов с контролируемой пористостью материалов с контролируемой пористостью удерживающих продукты деления и препятствующих удерживающих продукты деления и препятствующих транспорту осколков деления к оболочке транспорту осколков деления к оболочке тепловыделяющего элемента и ее внутреннего тепловыделяющего элемента и ее внутреннего повреждения Активация процесса спекания за счет повреждения Активация процесса спекания за счет добавок нанометрического размера ndash одно из добавок нанометрического размера ndash одно из направлений создания новых видов уран-направлений создания новых видов уран-плутониевых оксидов и нитридов для ядерной плутониевых оксидов и нитридов для ядерной энергетикиэнергетики

Спасибо за вниманиеСпасибо за внимание

НАУЧНО-ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЙ НАУЧНО-ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЙ ЦЕНТР МИФИ по направлению ЦЕНТР МИФИ по направлению

laquoНанотехнологииraquolaquoНанотехнологииraquo

Подготовка кадров в МИФИПодготовка кадров в МИФИ

1 Кафедра физики твердого тела и наносистем

2 Кафедра компьютерного моделирования наноструктур

3 Кафедра наноразмерных гетероструктур и СВЧ- наноэлектроники

4 Кафедра микро- и наноэлектроники

5 Кафедра лазерной физики

6 Кафедра физики плазмы

7 Кафедра физических проблем материаловедения

8 Кафедра молекулярной физики

9 Кафедра электрофизических установок

10 Кафедра химической физики

11 Кафедра электроники

Стратегические партнеры Стратегические партнеры МИФИ в области МИФИ в области нанотехнологийнанотехнологий1 Российский научный центр laquoКурчатовский институтraquo

2 Российская госкорпорация нанотехнологий

3 Головные организации отраслей по направлениям развития нанотехнологий НИИФП им ФВЛукина ВНИИНМ им АА Бочвара МИЭТ ЦНИИКМ laquoПрометейraquo ВИАМ ЦНИИХМ

4 Предприятия и институты Росатома ВНИИЭФ (г Саров) ВНИИТФ (г Снежинск) ИТЭФ Концерн laquoРосэнергоатомraquo Концерн laquoСистемпромraquo и др

5 Академические институты ФИАН ИОФ РАН ИК РАН ИФТТ РАН ИРЭ РАН ФТИ РАН ИХФ РАН ИКИ РАН ИММ им АА Байкова РАН ИФХ РАН и др

6 Другие организации ВНИИФТРИ НИИ laquoТитанraquo и др

НАНОЭНЕРГЕТИКА

НАНОЭЛЕКТРОНИКА

НАНОСТРУКТУРЫ

КОНСТРУКЦИОННЫЕ НАНОМАТЕРИАЛЫ

НАНОМЕТРОЛОГИЯ

ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ

МИФИВ ОБЛАСТИ

НАНОТЕХНОЛОГИЙ

ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ МИФИ В ОБЛАСТИ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ МИФИ В ОБЛАСТИ

НАНОТЕХНОЛОГИЙ И НАНОМАТЕРИАЛОВНАНОТЕХНОЛОГИЙ И НАНОМАТЕРИАЛОВ

Разработка технологии роста углеродных Разработка технологии роста углеродных нанотрубок для создания систем с нанотрубок для создания систем с холодными эмиттерамихолодными эмиттерами

Создание и изучение новых нановеществ Создание и изучение новых нановеществ на основе метастабильных кластерных на основе метастабильных кластерных форм способных запасать и выделять форм способных запасать и выделять энергию значительно превосходящую энергию значительно превосходящую энергию известных химических энергию известных химических энергоносителейэнергоносителей

Лазерное напыление тонких Лазерное напыление тонких наноструктурированных пленок ВТСП для наноструктурированных пленок ВТСП для сверхпроводящих накопителей энергиисверхпроводящих накопителей энергии

Разработка аккумуляторов механической Разработка аккумуляторов механической энергии и демпфирующих устройств энергии и демпфирующих устройств нового поколения на основе наносистем нового поколения на основе наносистем laquoнесмачивающая жидкость - laquoнесмачивающая жидкость - нанопористое телоraquoнанопористое телоraquo

Использование УДС и нано-порошков Использование УДС и нано-порошков диоксида урана в качестве добавок к диоксида урана в качестве добавок к порошкам для совершенствования порошкам для совершенствования производства топливных таблеток АЭС или производства топливных таблеток АЭС или улучшения их характеристикулучшения их характеристик

НаноэнергетикаНаноэнергетика

Графитовая бумага с Y-нанотрубкой СТМ

Глобула из углеродных нанотрубок СТМ

Поверхность наноструктурированной топливной таблетки АСМ

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55

H mT

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

1100

1200

1300

1400

1500

1600

Jc

Ac

m2

Ccedilagraveacircegraventildeegraveigrave icirc ntildeograveuuml J c(H )iuml ethegrave ethagraveccedileuml egravedivideiacute ucirc otilde ecircicirc iacute oumlaringiacute ograveethagraveoumlegraveyumlotilde ZrN

150_Bi2223 aacute aringccedil auml icirc uumlagraveacirc icirc ecirc

172_Bi2223_0_1_ZrN

173_Bi2223_0_2_ZrN

171_Bi2223_0_27_ZrN

Повышение критического тока ВТСП за Повышение критического тока ВТСП за счет внедрения наноразмерных добавок счет внедрения наноразмерных добавок

соединений соединений TaC NbC HfN NbN SiTaC NbC HfN NbN Si33NN44

0 5 10 15 20n 1013 ntildeigrave -3

0

05

1

J c(H

=0)

Jc m

ax(H

=0)

icircograveiacute

aringauml

N bCN bNTaC

СВЕРХПРОВОДИМОСТЬСВЕРХПРОВОДИМОСТЬ

Лазерное напыление тонких Лазерное напыление тонких эпитаксиальных наноструктурированных эпитаксиальных наноструктурированных

пленок ВТСП для создания пленок ВТСП для создания сверхпроводящих проводов 2-го поколениясверхпроводящих проводов 2-го поколения

Микрофотографии пленок YBa2Cu3O7-y

а- прямое напыление б- параллельное

в- с экранированием прямого эрозионного факела увеличение x4000

Схема напылительной установки Схема напылительной установки 1 1 -- лазерный луч 2 лазерный луч 2--кварцевая кварцевая линза линза 3 3 -- подложка 4 подложка 4 -- нагреватель 5 нагреватель 5 --входные окна входные окна 6 6 -- мишень 7 мишень 7 -- эрозионный факел эрозионный факел

ИИccccледование ледование левитациилевитации

9

7

11

6

5

8

12

4

13

1

14

10

2

3

Перспективы примененияПерспективы применения транспорт (поезда на магнитной транспорт (поезда на магнитной подушке) энергетика безфрикционный магнитный подвес для подушке) энергетика безфрикционный магнитный подвес для турбин центрифуг кинетических накопителей энергиитурбин центрифуг кинетических накопителей энергии

200

400

600

800

1000

1200

1400

2 14 26 38 50

Композитные материалы на основе углеродных нанотрубок для роторов урановых газовых

центрифуг нового поколения

Устройство центрифуги

Предел прочности ГПа

Мо

дул

ь уп

руг

ост

и Г

Па Композиты на Композиты на

основе нанотрубокоснове нанотрубок

Выпускаемые углеродные волокнаВыпускаемые углеродные волокна

Характеристики- 1divide2 углеродных нанотрубок повышает в 2-7 раз прочность волокон углеродных композитов- увеличение удельной разделительной способности газовой центрифуги в 15 раза и более раз

Нанотехнология демпфирования удара и Нанотехнология демпфирования удара и аккумулирования механической энергииаккумулирования механической энергии

Принцип действия основан на использовании энергетики динамического перколяционного перехода в системе пористое тело с нанометровым размером пор и несмачивающая жидкостьПатент МИФИПатент МИФИОбласть применения системы обеспечения безопасности человека амортизаторы гашение вибраций в автомобильной авиационной космической и другой техникеХарактеристики 15 литра нанопористого тела полностью поглощают энергию автомобиля весом 1 тонна движущегося со скоростью 50 кмч

Пористое тело(наноструктура)

Гидротормоз

Пружинный тормоз Удар

Уплотнение

Шток

Порошок - пористое тело (наноструктура)

Жидкость

1 ndash пульт управления 2- высокочастотный генератор 3- баллон с инертным газом 4 ndash система напуска газа 5 ndash прибор регулирующего типа Р111 6 ndash потенциометр КСП-4 7 ndash корпус камеры 8 ndash кварцевый или керамический питатель 9 ndash термопара10 ndash высокочастотный индуктор 11 ndash расплав 12 ndash закалочный медный диск 13 ndash лентосъемник 14 ndash вакуумная система с термопарным вакуумметром ВТ-2А 15 ndash агрегат вакуумный АВЗ-20Д 16 ndash лентоприемник 17 ndash быстрозакаленная лентаПроизводительность установки ndash 500кГгод

Быстрозакаленный сплав в виде ленты

Принцип методаПринцип методаИндуктор (10) расплавляет кристаллический слиток в кварцевом тигле (8) Подается избыточное давление и из тигля через сопло расплав (11) выдавливается на вращающейся медный диск-холодильник (12) При помощи лентосъемика (13) застывший расплав в виде ленты (17) попадает в лентоприемник (16)

Наноструктурное состояние

Конструкционные наноструктурированные материалы для энергетики Получение наноматериалов методом быстрой

закалки

25 нм 25 нмНаноструктура

Создание наноструктурированных поверхностных слоев

при обработке потоками импульсной газовой плазмыУсловия обработки Плотность энергии падающего потока плазмы q=10ndash100 Джсм2Средняя плотность мощности потока плазмы Q= (3ndash100) 105 Втсм2Длительность воздействия τи= 10ndash60 мксЧисло импульсов облучения N = (1ndashktimes10)

Микроструктура модифицированного слоя стали 0Х16Н15М3Б обработанной потоками импульсной плазмы(Q = 5106 Втсм2 N = 3)

Микроструктура поперечного шлифа стали 45 облученной потоками азотной плазмы(Q = 13106 Втсм2 N = 3)

Зависимость среднего размера ячеек от удельной мощности падающего потока 1 12Х18Н10Т 2 НП2Эви 3 0Х16Н15М3Б 4 03Х20Н45М4БЦ(lh = 50 нм15 мкм)

Цель работыЦель работы ndash разработка физических основ создания ndash разработка физических основ создания новых энергоносителей на основе метастабильных нанокластерных и полимерных форм и состоящих из и состоящих из элементов не образующих в обычных условиях элементов не образующих в обычных условиях конденсированных веществконденсированных веществ- - азота гелияазота гелия Такие нановещества способны запасать энергию от 3 до Такие нановещества способны запасать энергию от 3 до 550 раз больше чем известные химические 0 раз больше чем известные химические энергоносители а также полностью выделять энергоносители а также полностью выделять запасенную энергию за короткие временазапасенную энергию за короткие времена

На данном этапе поиск проводится методами На данном этапе поиск проводится методами компьютерного моделированиякомпьютерного моделирования

Поиск новых энергоносителей на основе Поиск новых энергоносителей на основе метастабильных нанокластеровметастабильных нанокластеров

Диапазоны энергоёмкости

Азотные нанокластеры и их Азотные нанокластеры и их

ансамбли Полимерный азотансамбли Полимерный азот

предсказана возможность предсказана возможность существования ансамблей из существования ансамблей из кластеров кластеров NN88 (так называемых (так называемых laquoлодокraquo) те конденсированной laquoлодокraquo) те конденсированной фазы собранной из фазы собранной из laquoкирпичиковraquo -кластеров laquoкирпичиковraquo -кластеров NN88 Это новое нановещество должно Это новое нановещество должно быть устойчивым при быть устойчивым при нормальном давлении и нагреве нормальном давлении и нагреве до до 800К 800К

Выяснены причины Выяснены причины возможной неустойчивости возможной неустойчивости конечных кластеров Гош конечных кластеров Гош структуры полимерного азота структуры полимерного азота и вычислены времена их и вычислены времена их жизнижизни

Результаты Результаты исследованийисследованийгелиевых кластеровгелиевых кластеров

Определены параметры Определены параметры кластеров спин-кластеров спин-поляризованного гелия с поляризованного гелия с различной структуройразличной структурой

Показано что для Показано что для метастабильных спин-метастабильных спин-поляризованных кластеров поляризованных кластеров гелия выигрыш по удельной гелия выигрыш по удельной массовой энергоемкости может массовой энергоемкости может достигать 50 достигать 50

Показано что продукты Показано что продукты распада данных распада данных HEDMHEDM - - молекулы азота и атомы гелия молекулы азота и атомы гелия соответственно являются соответственно являются чрезвычайно устойчивыми к чрезвычайно устойчивыми к ионизации и распаду те не ионизации и распаду те не преобразуют выделившуюся преобразуют выделившуюся энергию во внутреннюю энергию во внутреннюю малоэффективную компоненту малоэффективную компоненту

Две метастабильные конфигурации метастабильного кластера He12 с полным спином S=6 состоящего из шести молекул (квазиатомов) He2

Метастабильный кластер He4 с полным спином S=2

Что это может датьЧто это может дать В случае успешной реализации работ в этом В случае успешной реализации работ в этом

направлении открывается возможность создания направлении открывается возможность создания принципиально новых веществ энергоемкость принципиально новых веществ энергоемкость которыхкоторых значительно превышает параметры значительно превышает параметры обычных топлив и не требует наличия окислителяобычных топлив и не требует наличия окислителя

Предполагаемые энергетические параметры HEDM на основе азота и гелия

ВеществоВеществоУдельная Удельная запасенная запасенная энергия на энергия на 1см1см33 вещества вещества[кДжсм[кДжсм33]]

Удельная Удельная запасенная запасенная энергия на энергия на 1грамм вещества 1грамм вещества [кДжг] [кДжг]

Максималь-Максималь-ная ная температура температура [[KKoo]]

Удельный Удельный импульсимпульс[[cc]]

Кластеры азотаКластеры азота 20 20 5252 77 17 17 gt10000 Кgt10000 Коо 200200400400

ГелийГелий(спин-(спин-поляризованный) поляризованный)

236236 7070 gt100000 Кgt100000 Коо 1500 1500 18901890

ИсследованияИсследованияуглеродных кластеровуглеродных кластеров

Кубейн Кубейн CC88HH88 Открыт в 1964 году Открыт в 1964 году Представляет собой Представляет собой метастабильный кластер Запасает метастабильный кластер Запасает энергию более 6 эВэнергию более 6 эВ

Характеризуется высоким Характеризуется высоким потенциальным барьером потенциальным барьером препятствующим его переходу в препятствующим его переходу в равновесное состояние поэтому равновесное состояние поэтому отличается сравнительно высокой отличается сравнительно высокой устойчивостью и способен устойчивостью и способен образовывать твердое тело с образовывать твердое тело с температурой плавления около температурой плавления около 130130ооCC Мало изучен Мало изучен

Возможные пути использования в Возможные пути использования в качестве топливного элемента в качестве топливного элемента в медицине (например для медицине (например для локального повышения локального повышения температуры в окрестности температуры в окрестности опухоли) и дропухоли) и др

CCинтез и исследование новых материалов на интез и исследование новых материалов на основе сверхтонких слоев оксидов основе сверхтонких слоев оксидов редкоземельных металлов для редкоземельных металлов для подзатворного диэлектрика МОП -подзатворного диэлектрика МОП -транзисторов нового поколениятранзисторов нового поколения

Синтез и исследование проводящих Синтез и исследование проводящих материалов для металлических затворов в материалов для металлических затворов в МОП-приборах нового поколенияМОП-приборах нового поколения Разработка физических основ технологии Разработка физических основ технологии изготовления элементов памяти на основе изготовления элементов памяти на основе магнитных туннельных переходов магнитных туннельных переходов (спинтроника)(спинтроника)

НаноэлектроникаНаноэлектроника

Si(100)Si(100)

HfOHfO2 2 (27 nm)(27 nm)

a-Si (35 a-Si (35 nm)nm)

a-NiSia-NiSixx

МОП-транзистор

готовыйготовыйобразецобразец

Процесс эпитаксиального ростаПроцесс эпитаксиального роста

Рост слоёв полупроводниковРост слоёв полупроводниковAlAlххGaGa1-х1-хAsAs In InууGaGa1-у1-уAsAs GaAs GaAs формированиеформирование квантовых ям квантовых ям квантовых точекквантовых точек

Молекулярно-лучевая эпитаксияМолекулярно-лучевая эпитаксиядля формирования наногетероструктур для формирования наногетероструктур А3В5 Установка МЛЭ А3В5 Установка МЛЭ Riber (Riber (Франция)Франция)

КАФЕДРА ФИЗИКИ НАНОРАЗМЕРНЫХ ГЕТЕРОСТРУКТУР КАФЕДРА ФИЗИКИ НАНОРАЗМЕРНЫХ ГЕТЕРОСТРУКТУР И СВЧ НАНОЭЛЕКТРОНИКИИ СВЧ НАНОЭЛЕКТРОНИКИ

Квантовые точкиКвантовые точки InAsGaAsInAsGaAs ndash скан ndash сканатомно-силового атомно-силового микроскопамикроскопа

Достижения в разработке Достижения в разработке моделировании моделировании изготовленииизготовленииШирокополосных Широкополосных малошумящих усилителей малошумящих усилителей Рекордно низкий коэф шумаРекордно низкий коэф шума Кш=037дБКш=037дБ Кус=10дБ Кус=10дБ f=f=9-9-112ГГц2ГГц- мощных транзисторов на - мощных транзисторов на AlGaNGaNAlGaNGaN W=11 W=11 ВтВтмммм граничная частотаграничная частота 100 ГГц100 ГГц-Транзисторов К-диапазона Транзисторов К-диапазона (граничная частота (граничная частота fmax=190fmax=190ГГцГГц))- Длина затвора Длина затвора ((топологическая норма) 100-топологическая норма) 100-190 нанометров190 нанометров

Современные СВЧ микросхемы на основе наногетероструктурСовременные СВЧ микросхемы на основе наногетероструктур

- разработана и изготовлена в ИСВЧПЭ РАН- разработана и изготовлена в ИСВЧПЭ РАН совместно с НПФ laquoМикранraquo Томсксовместно с НПФ laquoМикранraquo Томск

Изготовленная СВЧ микросхема Изготовленная СВЧ микросхема вставлена в вставлена в модуль бортового локатора МИГ на АФАРмодуль бортового локатора МИГ на АФАР

демонстрировавшегося на демонстрировавшегося на авиасалоне МАКС ndash 2007авиасалоне МАКС ndash 2007

Рабочие частоты Рабочие частоты ~ ~ 10-10-15 15 ГГцГГц

Первая отечественная наногетероструктурная СВЧ МИСПервая отечественная наногетероструктурная СВЧ МИС 2-х- каскадного малошумящего усилителя2-х- каскадного малошумящего усилителя

АФАРАФАР

ПОЛУЧЕНИЕ УГЛЕРОДНЫХ НАНОТРУБОКПОЛУЧЕНИЕ УГЛЕРОДНЫХ НАНОТРУБОК

Синтез Y- образной нанотрубки как основы нанотранзистора

ПОЛУЧЕНИЕ НАНОСТРУКТУРИРОВАННЫХ ПОЛУЧЕНИЕ НАНОСТРУКТУРИРОВАННЫХ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПЛЕНОК МЕТОДОМ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПЛЕНОК МЕТОДОМ

ПЛАЗМЕННОЙ ТЕХНОЛОГИИПЛАЗМЕННОЙ ТЕХНОЛОГИИ

50 нм

Подложка ndash полимерная пленка применение для конденсаторов высокой емкости

Оборудование дляОборудование для исследования физических исследования физических свойств наносистемсвойств наносистем

Исследовательский комплекс ИЛО-РФЭС-СРМИ-ВИМС (на базе XSAM-800 Kratos)

МИШЕНИ

Hf La Al Au Pt Si Ge Ni

Ti Sb B helliphellip

НАПУСК РЕАКТИВНЫХ

ГАЗОВ O2 N2 helliphellip

РЕНТГЕНОВСКИЙ ИСТОЧНИК

ИОННЫЙ ИСТОЧНИК (Ar+ He+

H+ hellip)

ПОЛУСФЕРИЧЕСКИЙ ЭНЕРГОАНАЛИЗАТОР

ЛАЗЕР

ПК

ИМПУЛЬСНОЕ ИМПУЛЬСНОЕ ЛАЗЕРНОЕ ЛАЗЕРНОЕ

ОСАЖДЕНИЕОСАЖДЕНИЕ

ДЕРЖАТЕЛЬ ОБРАЗЦОВ С

НАГРЕВАТЕЛЕМ

ДО Т=10000С

КАМЕРА КАМЕРА РОСТАРОСТА

АНАЛИТИЧЕСКАЯАНАЛИТИЧЕСКАЯ

КАМЕРАКАМЕРА

КВАД МАСС-СПЕКТРОМЕТР

Измерение методом STM и TEM атомной структуры нанокластеров металлов на углеродных подложках и в твердотельных матрицах

Нанокластеры AuC ПЭМ 50х50 нм

Нанокластер Нанокластер AuAuС СТМ С СТМ 7х7 нм7х7 нм

СканирующиСканирующиее нанотвердоме нанотвердомерыры laquoНаноСканraquolaquoНаноСканraquo и и laquoСуперlaquoСупер--НаноСканraquoНаноСканraquo

Режимы измерений

Контактный динамический режим (рельеф поверхности карта распределения модуля упругости)

Разрешение по XY 015 нм Разрешение по Z 007 нм

Индентирование склерометрия (с макс нагрузкой до 10 гр)

Динамическое наноиндентирование

Оборудование закупаемое в 2008 г под НОЦ Оборудование закупаемое в 2008 г под НОЦ Высоковакуумный сканирующий зондовый микроскоп с методиками

СТМ АСМ и МСМ Multiprobe MXPS RM VR AFM 25 ldquoOmicronrdquo (Германия) оборудованный системой рентгеновской

фотоэлектронной спектроскопии и камерой препарирования

Источник осаждения нанокластеров с квадрупольным масс-фильтромNanoGen50 (Mantis Deposition Ltd Великобритания)

Функциональные Функциональные наноматериалы для наноматериалы для

энергетикиэнергетики((обзор)обзор)

Московский инженерно-физический институтМосковский инженерно-физический институт(государственный университет)(государственный университет)

Основные области примененияОсновные области применения Транспортировка и хранение топливаТранспортировка и хранение топлива Альтернативные источники энергииАльтернативные источники энергии Получение экологически чистого топливаПолучение экологически чистого топлива Энергосбережение за счет уменьшения сил трения и Энергосбережение за счет уменьшения сил трения и

вязкостивязкости Улучшение проводимости контактовУлучшение проводимости контактов Уменьшение сопротивления проводниковУменьшение сопротивления проводников Уменьшение потерь энергии при передачеУменьшение потерь энергии при передаче Создание новых топливных элементов с большим КПДСоздание новых топливных элементов с большим КПД

Твердотельная Твердотельная энергосберегающая и энергосберегающая и

экологически чистая энергетикаэкологически чистая энергетика

Транспортировка и хранение Транспортировка и хранение водородного топливаводородного топлива

33DD-модель заполнения -модель заполнения водородом массива водородом массива углеродных углеродных нанотрубокнанотрубок

Модель заполнения массива Модель заполнения массива нанотрубок нанотрубок а) кремния и b) углерода при а) кремния и b) углерода при температуре 298 K и температуре 298 K и давлении давлении 10 МПа10 МПа

Наноматериалы в солнечных Наноматериалы в солнечных батареях ndash новые перспективы батареях ndash новые перспективы

альтернативной энергетикиальтернативной энергетики

Новые энергосистемы на основе Новые энергосистемы на основе углеродных нанотрубокуглеродных нанотрубок могут могут проводить электричество в 1000 раз проводить электричество в 1000 раз лучше медных проводовлучше медных проводов

КПД 36КПД 36Работает даже ночью Работает даже ночью утилизируя ИК-лучи утилизируя ИК-лучи которые испускает которые испускает ЗемляЗемляГораздо дешевле Гораздо дешевле традиционных традиционных солнечных батарейсолнечных батарей

Экологически чистое топливоЭкологически чистое топливо

Через молекулярные laquoворотаraquo проникают Через молекулярные laquoворотаraquo проникают молекулы двуокиси углерода а более молекулы двуокиси углерода а более крупные молекулы (метановые) остаются крупные молекулы (метановые) остаются в веществе Практическое применение это в веществе Практическое применение это находит при фильтрации двуокиси находит при фильтрации двуокиси углерода из природного газа и при углерода из природного газа и при создании автомобильных катализаторовсоздании автомобильных катализаторов

Уменьшение сил трения и вязкости Уменьшение сил трения и вязкости в микромеханических системахв микромеханических системах

Наноразмерные неровности Наноразмерные неровности поверхностей сокращают площадь поверхностей сокращают площадь контакта между поверхностями Таким контакта между поверхностями Таким образом металлические материалы с образом металлические материалы с наноструктурой обладают повышенной наноструктурой обладают повышенной по сравнению с обычным структурным по сравнению с обычным структурным состоянием твердостью и состоянием твердостью и износостойкостью Эффект износостойкостью Эффект износостойкости и малого износостойкости и малого коэффициента трения проявляется при коэффициента трения проявляется при использовании использовании полинанокристаллических алмазов и полинанокристаллических алмазов и алмазоподобных покрытий а также алмазоподобных покрытий а также сверхтвердых веществ на базе сверхтвердых веществ на базе фуллеренов (например со фуллеренов (например со сфероподобными молекулами С60) и сфероподобными молекулами С60) и фуллеридов (легированных фуллеридов (легированных фуллеренов например FexC60) фуллеренов например FexC60) наноструктурных многослойных пленок наноструктурных многослойных пленок сложного состава на основе сложного состава на основе кубического BN Cкубического BN C33NN44 TiC TiN Ti(AlN) TiC TiN Ti(AlN) обладающих очень высокой (до 70 ГПа) обладающих очень высокой (до 70 ГПа) твердостьютвердостью

Энергосбережение за счет Энергосбережение за счет увеличения ресурса работы увеличения ресурса работы техникитехники

При техническом сервисе благодаря применению наноматериалов можно При техническом сервисе благодаря применению наноматериалов можно значительно (до 15-4 раз) увеличить ресурс работы машин уменьшить значительно (до 15-4 раз) увеличить ресурс работы машин уменьшить вредные выбросы и эксплутационные затраты (в том числе расход вредные выбросы и эксплутационные затраты (в том числе расход топлива) Наноматериалы в основном фуллерены вводят в смазочные топлива) Наноматериалы в основном фуллерены вводят в смазочные материалы которые уменьшают трение и обеспечивают процесс ldquoизнос-материалы которые уменьшают трение и обеспечивают процесс ldquoизнос-восстановлениеrdquoвосстановлениеrdquo

000

020

040

060

080

100

120

140

160

Мощность двигателя Потребление топлива Срок службысмазочных материалов

Расход смазочныхматериалов

0

2

4

6

8

10

12

Продолжительность обкаткиагрегатов

Износостойкость трущихсясоединений

раз

С использованием фуллереновыхпрепаратов

Без использования

Улучшение проводимости Улучшение проводимости контактовконтактов

Внедренные в полимерную матрицу углеродные нанотрубки обеспечивают ее Внедренные в полимерную матрицу углеродные нанотрубки обеспечивают ее электро- и теплопроводность их можно рассматривать как нанопроводники электро- и теплопроводность их можно рассматривать как нанопроводники Нанотрубки увеличивают проводимость в сотни раз сильнее обычных добавок Нанотрубки увеличивают проводимость в сотни раз сильнее обычных добавок используемых для повышения проводимости материалов Благодаря этому используемых для повышения проводимости материалов Благодаря этому нанотрубки формируют объемную электропроводную структуру при введении в нанотрубки формируют объемную электропроводную структуру при введении в очень малых количествах что позволяет добиться проводимости полимеров очень малых количествах что позволяет добиться проводимости полимеров при значительно меньшей доле нанотрубок по сравнению с традиционными при значительно меньшей доле нанотрубок по сравнению с традиционными сажевыми добавкамисажевыми добавками

Данные компании Nanocyl SA Данные компании Nanocyl SA

Уменьшение сопротивления Уменьшение сопротивления проводниковпроводников

Нанопроволочные приборы показали на Нанопроволочные приборы показали на два два порядкапорядка меньшее контактное сопротивление и меньшее контактное сопротивление и на на три порядкатри порядка меньший уровень меньший уровень электрических шумов по сравнению со электрических шумов по сравнению со стандартной кремниевой технологиейстандартной кремниевой технологией

Уменьшение потерь энергии при Уменьшение потерь энергии при передачпередачее

В наноматериалах оптический сигнал передается во много раз быстрее и без В наноматериалах оптический сигнал передается во много раз быстрее и без потери энергии так как перенос информации происходит с помощью фотонов потери энергии так как перенос информации происходит с помощью фотонов Благодаря этому диссипация энергии в электронных устройствах практически Благодаря этому диссипация энергии в электронных устройствах практически сводится к нулю Один из вариантов использования данной технологии ndash создание сводится к нулю Один из вариантов использования данной технологии ndash создание источников света Поскольку около 15 - 20 вырабатываемой электроэнергии источников света Поскольку около 15 - 20 вырабатываемой электроэнергии расходуется для освещения то использование источников света с новым расходуется для освещения то использование источников света с новым принципом работы сулит огромный экономический эффектпринципом работы сулит огромный экономический эффект

4 96

28 72

70 30

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Электрическая лампочка

Оптические микросхемы наоснове периодических

структур

Разрабатываемые диодысветовой эмиссии

Выделяемая энергия в виде света Потери энергии

Энергосбережение на тепловых Энергосбережение на тепловых электростанцияхэлектростанциях

Применение новой технологии создания топливных элементов на Применение новой технологии создания топливных элементов на основе laquoЖидкой керамикиraquo приводит к значительной экономии энергии основе laquoЖидкой керамикиraquo приводит к значительной экономии энергии на тепловых электростанцияхна тепловых электростанциях

40

95

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Сжигание мазута Новые топливные элементы наоснове жидкой керамики

КПД

Наноматериалы для атомной энергетикиНаноматериалы для атомной энергетики

Перспективы развития атомной энергетики связаны Перспективы развития атомной энергетики связаны со снижением удельного потребления природного со снижением удельного потребления природного урана в основном за счет увеличения глубины урана в основном за счет увеличения глубины выгорания ядерного топлива Для этого необходимо выгорания ядерного топлива Для этого необходимо создание крупнокристаллических структур ядерных создание крупнокристаллических структур ядерных материалов с контролируемой пористостью материалов с контролируемой пористостью удерживающих продукты деления и препятствующих удерживающих продукты деления и препятствующих транспорту осколков деления к оболочке транспорту осколков деления к оболочке тепловыделяющего элемента и ее внутреннего тепловыделяющего элемента и ее внутреннего повреждения Активация процесса спекания за счет повреждения Активация процесса спекания за счет добавок нанометрического размера ndash одно из добавок нанометрического размера ndash одно из направлений создания новых видов уран-направлений создания новых видов уран-плутониевых оксидов и нитридов для ядерной плутониевых оксидов и нитридов для ядерной энергетикиэнергетики

Спасибо за вниманиеСпасибо за внимание

Подготовка кадров в МИФИПодготовка кадров в МИФИ

1 Кафедра физики твердого тела и наносистем

2 Кафедра компьютерного моделирования наноструктур

3 Кафедра наноразмерных гетероструктур и СВЧ- наноэлектроники

4 Кафедра микро- и наноэлектроники

5 Кафедра лазерной физики

6 Кафедра физики плазмы

7 Кафедра физических проблем материаловедения

8 Кафедра молекулярной физики

9 Кафедра электрофизических установок

10 Кафедра химической физики

11 Кафедра электроники

Стратегические партнеры Стратегические партнеры МИФИ в области МИФИ в области нанотехнологийнанотехнологий1 Российский научный центр laquoКурчатовский институтraquo

2 Российская госкорпорация нанотехнологий

3 Головные организации отраслей по направлениям развития нанотехнологий НИИФП им ФВЛукина ВНИИНМ им АА Бочвара МИЭТ ЦНИИКМ laquoПрометейraquo ВИАМ ЦНИИХМ

4 Предприятия и институты Росатома ВНИИЭФ (г Саров) ВНИИТФ (г Снежинск) ИТЭФ Концерн laquoРосэнергоатомraquo Концерн laquoСистемпромraquo и др

5 Академические институты ФИАН ИОФ РАН ИК РАН ИФТТ РАН ИРЭ РАН ФТИ РАН ИХФ РАН ИКИ РАН ИММ им АА Байкова РАН ИФХ РАН и др

6 Другие организации ВНИИФТРИ НИИ laquoТитанraquo и др

НАНОЭНЕРГЕТИКА

НАНОЭЛЕКТРОНИКА

НАНОСТРУКТУРЫ

КОНСТРУКЦИОННЫЕ НАНОМАТЕРИАЛЫ

НАНОМЕТРОЛОГИЯ

ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ

МИФИВ ОБЛАСТИ

НАНОТЕХНОЛОГИЙ

ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ МИФИ В ОБЛАСТИ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ МИФИ В ОБЛАСТИ

НАНОТЕХНОЛОГИЙ И НАНОМАТЕРИАЛОВНАНОТЕХНОЛОГИЙ И НАНОМАТЕРИАЛОВ

Разработка технологии роста углеродных Разработка технологии роста углеродных нанотрубок для создания систем с нанотрубок для создания систем с холодными эмиттерамихолодными эмиттерами

Создание и изучение новых нановеществ Создание и изучение новых нановеществ на основе метастабильных кластерных на основе метастабильных кластерных форм способных запасать и выделять форм способных запасать и выделять энергию значительно превосходящую энергию значительно превосходящую энергию известных химических энергию известных химических энергоносителейэнергоносителей

Лазерное напыление тонких Лазерное напыление тонких наноструктурированных пленок ВТСП для наноструктурированных пленок ВТСП для сверхпроводящих накопителей энергиисверхпроводящих накопителей энергии

Разработка аккумуляторов механической Разработка аккумуляторов механической энергии и демпфирующих устройств энергии и демпфирующих устройств нового поколения на основе наносистем нового поколения на основе наносистем laquoнесмачивающая жидкость - laquoнесмачивающая жидкость - нанопористое телоraquoнанопористое телоraquo

Использование УДС и нано-порошков Использование УДС и нано-порошков диоксида урана в качестве добавок к диоксида урана в качестве добавок к порошкам для совершенствования порошкам для совершенствования производства топливных таблеток АЭС или производства топливных таблеток АЭС или улучшения их характеристикулучшения их характеристик

НаноэнергетикаНаноэнергетика

Графитовая бумага с Y-нанотрубкой СТМ

Глобула из углеродных нанотрубок СТМ

Поверхность наноструктурированной топливной таблетки АСМ

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55

H mT

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

1100

1200

1300

1400

1500

1600

Jc

Ac

m2

Ccedilagraveacircegraventildeegraveigrave icirc ntildeograveuuml J c(H )iuml ethegrave ethagraveccedileuml egravedivideiacute ucirc otilde ecircicirc iacute oumlaringiacute ograveethagraveoumlegraveyumlotilde ZrN

150_Bi2223 aacute aringccedil auml icirc uumlagraveacirc icirc ecirc

172_Bi2223_0_1_ZrN

173_Bi2223_0_2_ZrN

171_Bi2223_0_27_ZrN

Повышение критического тока ВТСП за Повышение критического тока ВТСП за счет внедрения наноразмерных добавок счет внедрения наноразмерных добавок

соединений соединений TaC NbC HfN NbN SiTaC NbC HfN NbN Si33NN44

0 5 10 15 20n 1013 ntildeigrave -3

0

05

1

J c(H

=0)

Jc m

ax(H

=0)

icircograveiacute

aringauml

N bCN bNTaC

СВЕРХПРОВОДИМОСТЬСВЕРХПРОВОДИМОСТЬ

Лазерное напыление тонких Лазерное напыление тонких эпитаксиальных наноструктурированных эпитаксиальных наноструктурированных

пленок ВТСП для создания пленок ВТСП для создания сверхпроводящих проводов 2-го поколениясверхпроводящих проводов 2-го поколения

Микрофотографии пленок YBa2Cu3O7-y

а- прямое напыление б- параллельное

в- с экранированием прямого эрозионного факела увеличение x4000

Схема напылительной установки Схема напылительной установки 1 1 -- лазерный луч 2 лазерный луч 2--кварцевая кварцевая линза линза 3 3 -- подложка 4 подложка 4 -- нагреватель 5 нагреватель 5 --входные окна входные окна 6 6 -- мишень 7 мишень 7 -- эрозионный факел эрозионный факел

ИИccccледование ледование левитациилевитации

9

7

11

6

5

8

12

4

13

1

14

10

2

3

Перспективы примененияПерспективы применения транспорт (поезда на магнитной транспорт (поезда на магнитной подушке) энергетика безфрикционный магнитный подвес для подушке) энергетика безфрикционный магнитный подвес для турбин центрифуг кинетических накопителей энергиитурбин центрифуг кинетических накопителей энергии

200

400

600

800

1000

1200

1400

2 14 26 38 50

Композитные материалы на основе углеродных нанотрубок для роторов урановых газовых

центрифуг нового поколения

Устройство центрифуги

Предел прочности ГПа

Мо

дул

ь уп

руг

ост

и Г

Па Композиты на Композиты на

основе нанотрубокоснове нанотрубок

Выпускаемые углеродные волокнаВыпускаемые углеродные волокна

Характеристики- 1divide2 углеродных нанотрубок повышает в 2-7 раз прочность волокон углеродных композитов- увеличение удельной разделительной способности газовой центрифуги в 15 раза и более раз

Нанотехнология демпфирования удара и Нанотехнология демпфирования удара и аккумулирования механической энергииаккумулирования механической энергии

Принцип действия основан на использовании энергетики динамического перколяционного перехода в системе пористое тело с нанометровым размером пор и несмачивающая жидкостьПатент МИФИПатент МИФИОбласть применения системы обеспечения безопасности человека амортизаторы гашение вибраций в автомобильной авиационной космической и другой техникеХарактеристики 15 литра нанопористого тела полностью поглощают энергию автомобиля весом 1 тонна движущегося со скоростью 50 кмч

Пористое тело(наноструктура)

Гидротормоз

Пружинный тормоз Удар

Уплотнение

Шток

Порошок - пористое тело (наноструктура)

Жидкость

1 ndash пульт управления 2- высокочастотный генератор 3- баллон с инертным газом 4 ndash система напуска газа 5 ndash прибор регулирующего типа Р111 6 ndash потенциометр КСП-4 7 ndash корпус камеры 8 ndash кварцевый или керамический питатель 9 ndash термопара10 ndash высокочастотный индуктор 11 ndash расплав 12 ndash закалочный медный диск 13 ndash лентосъемник 14 ndash вакуумная система с термопарным вакуумметром ВТ-2А 15 ndash агрегат вакуумный АВЗ-20Д 16 ndash лентоприемник 17 ndash быстрозакаленная лентаПроизводительность установки ndash 500кГгод

Быстрозакаленный сплав в виде ленты

Принцип методаПринцип методаИндуктор (10) расплавляет кристаллический слиток в кварцевом тигле (8) Подается избыточное давление и из тигля через сопло расплав (11) выдавливается на вращающейся медный диск-холодильник (12) При помощи лентосъемика (13) застывший расплав в виде ленты (17) попадает в лентоприемник (16)

Наноструктурное состояние

Конструкционные наноструктурированные материалы для энергетики Получение наноматериалов методом быстрой

закалки

25 нм 25 нмНаноструктура

Создание наноструктурированных поверхностных слоев

при обработке потоками импульсной газовой плазмыУсловия обработки Плотность энергии падающего потока плазмы q=10ndash100 Джсм2Средняя плотность мощности потока плазмы Q= (3ndash100) 105 Втсм2Длительность воздействия τи= 10ndash60 мксЧисло импульсов облучения N = (1ndashktimes10)

Микроструктура модифицированного слоя стали 0Х16Н15М3Б обработанной потоками импульсной плазмы(Q = 5106 Втсм2 N = 3)

Микроструктура поперечного шлифа стали 45 облученной потоками азотной плазмы(Q = 13106 Втсм2 N = 3)

Зависимость среднего размера ячеек от удельной мощности падающего потока 1 12Х18Н10Т 2 НП2Эви 3 0Х16Н15М3Б 4 03Х20Н45М4БЦ(lh = 50 нм15 мкм)

Цель работыЦель работы ndash разработка физических основ создания ndash разработка физических основ создания новых энергоносителей на основе метастабильных нанокластерных и полимерных форм и состоящих из и состоящих из элементов не образующих в обычных условиях элементов не образующих в обычных условиях конденсированных веществконденсированных веществ- - азота гелияазота гелия Такие нановещества способны запасать энергию от 3 до Такие нановещества способны запасать энергию от 3 до 550 раз больше чем известные химические 0 раз больше чем известные химические энергоносители а также полностью выделять энергоносители а также полностью выделять запасенную энергию за короткие временазапасенную энергию за короткие времена

На данном этапе поиск проводится методами На данном этапе поиск проводится методами компьютерного моделированиякомпьютерного моделирования

Поиск новых энергоносителей на основе Поиск новых энергоносителей на основе метастабильных нанокластеровметастабильных нанокластеров

Диапазоны энергоёмкости

Азотные нанокластеры и их Азотные нанокластеры и их

ансамбли Полимерный азотансамбли Полимерный азот

предсказана возможность предсказана возможность существования ансамблей из существования ансамблей из кластеров кластеров NN88 (так называемых (так называемых laquoлодокraquo) те конденсированной laquoлодокraquo) те конденсированной фазы собранной из фазы собранной из laquoкирпичиковraquo -кластеров laquoкирпичиковraquo -кластеров NN88 Это новое нановещество должно Это новое нановещество должно быть устойчивым при быть устойчивым при нормальном давлении и нагреве нормальном давлении и нагреве до до 800К 800К

Выяснены причины Выяснены причины возможной неустойчивости возможной неустойчивости конечных кластеров Гош конечных кластеров Гош структуры полимерного азота структуры полимерного азота и вычислены времена их и вычислены времена их жизнижизни

Результаты Результаты исследованийисследованийгелиевых кластеровгелиевых кластеров

Определены параметры Определены параметры кластеров спин-кластеров спин-поляризованного гелия с поляризованного гелия с различной структуройразличной структурой

Показано что для Показано что для метастабильных спин-метастабильных спин-поляризованных кластеров поляризованных кластеров гелия выигрыш по удельной гелия выигрыш по удельной массовой энергоемкости может массовой энергоемкости может достигать 50 достигать 50

Показано что продукты Показано что продукты распада данных распада данных HEDMHEDM - - молекулы азота и атомы гелия молекулы азота и атомы гелия соответственно являются соответственно являются чрезвычайно устойчивыми к чрезвычайно устойчивыми к ионизации и распаду те не ионизации и распаду те не преобразуют выделившуюся преобразуют выделившуюся энергию во внутреннюю энергию во внутреннюю малоэффективную компоненту малоэффективную компоненту

Две метастабильные конфигурации метастабильного кластера He12 с полным спином S=6 состоящего из шести молекул (квазиатомов) He2

Метастабильный кластер He4 с полным спином S=2

Что это может датьЧто это может дать В случае успешной реализации работ в этом В случае успешной реализации работ в этом

направлении открывается возможность создания направлении открывается возможность создания принципиально новых веществ энергоемкость принципиально новых веществ энергоемкость которыхкоторых значительно превышает параметры значительно превышает параметры обычных топлив и не требует наличия окислителяобычных топлив и не требует наличия окислителя

Предполагаемые энергетические параметры HEDM на основе азота и гелия

ВеществоВеществоУдельная Удельная запасенная запасенная энергия на энергия на 1см1см33 вещества вещества[кДжсм[кДжсм33]]

Удельная Удельная запасенная запасенная энергия на энергия на 1грамм вещества 1грамм вещества [кДжг] [кДжг]

Максималь-Максималь-ная ная температура температура [[KKoo]]

Удельный Удельный импульсимпульс[[cc]]

Кластеры азотаКластеры азота 20 20 5252 77 17 17 gt10000 Кgt10000 Коо 200200400400

ГелийГелий(спин-(спин-поляризованный) поляризованный)

236236 7070 gt100000 Кgt100000 Коо 1500 1500 18901890

ИсследованияИсследованияуглеродных кластеровуглеродных кластеров

Кубейн Кубейн CC88HH88 Открыт в 1964 году Открыт в 1964 году Представляет собой Представляет собой метастабильный кластер Запасает метастабильный кластер Запасает энергию более 6 эВэнергию более 6 эВ

Характеризуется высоким Характеризуется высоким потенциальным барьером потенциальным барьером препятствующим его переходу в препятствующим его переходу в равновесное состояние поэтому равновесное состояние поэтому отличается сравнительно высокой отличается сравнительно высокой устойчивостью и способен устойчивостью и способен образовывать твердое тело с образовывать твердое тело с температурой плавления около температурой плавления около 130130ооCC Мало изучен Мало изучен

Возможные пути использования в Возможные пути использования в качестве топливного элемента в качестве топливного элемента в медицине (например для медицине (например для локального повышения локального повышения температуры в окрестности температуры в окрестности опухоли) и дропухоли) и др

CCинтез и исследование новых материалов на интез и исследование новых материалов на основе сверхтонких слоев оксидов основе сверхтонких слоев оксидов редкоземельных металлов для редкоземельных металлов для подзатворного диэлектрика МОП -подзатворного диэлектрика МОП -транзисторов нового поколениятранзисторов нового поколения

Синтез и исследование проводящих Синтез и исследование проводящих материалов для металлических затворов в материалов для металлических затворов в МОП-приборах нового поколенияМОП-приборах нового поколения Разработка физических основ технологии Разработка физических основ технологии изготовления элементов памяти на основе изготовления элементов памяти на основе магнитных туннельных переходов магнитных туннельных переходов (спинтроника)(спинтроника)

НаноэлектроникаНаноэлектроника

Si(100)Si(100)

HfOHfO2 2 (27 nm)(27 nm)

a-Si (35 a-Si (35 nm)nm)

a-NiSia-NiSixx

МОП-транзистор

готовыйготовыйобразецобразец

Процесс эпитаксиального ростаПроцесс эпитаксиального роста

Рост слоёв полупроводниковРост слоёв полупроводниковAlAlххGaGa1-х1-хAsAs In InууGaGa1-у1-уAsAs GaAs GaAs формированиеформирование квантовых ям квантовых ям квантовых точекквантовых точек

Молекулярно-лучевая эпитаксияМолекулярно-лучевая эпитаксиядля формирования наногетероструктур для формирования наногетероструктур А3В5 Установка МЛЭ А3В5 Установка МЛЭ Riber (Riber (Франция)Франция)

КАФЕДРА ФИЗИКИ НАНОРАЗМЕРНЫХ ГЕТЕРОСТРУКТУР КАФЕДРА ФИЗИКИ НАНОРАЗМЕРНЫХ ГЕТЕРОСТРУКТУР И СВЧ НАНОЭЛЕКТРОНИКИИ СВЧ НАНОЭЛЕКТРОНИКИ

Квантовые точкиКвантовые точки InAsGaAsInAsGaAs ndash скан ndash сканатомно-силового атомно-силового микроскопамикроскопа

Достижения в разработке Достижения в разработке моделировании моделировании изготовленииизготовленииШирокополосных Широкополосных малошумящих усилителей малошумящих усилителей Рекордно низкий коэф шумаРекордно низкий коэф шума Кш=037дБКш=037дБ Кус=10дБ Кус=10дБ f=f=9-9-112ГГц2ГГц- мощных транзисторов на - мощных транзисторов на AlGaNGaNAlGaNGaN W=11 W=11 ВтВтмммм граничная частотаграничная частота 100 ГГц100 ГГц-Транзисторов К-диапазона Транзисторов К-диапазона (граничная частота (граничная частота fmax=190fmax=190ГГцГГц))- Длина затвора Длина затвора ((топологическая норма) 100-топологическая норма) 100-190 нанометров190 нанометров

Современные СВЧ микросхемы на основе наногетероструктурСовременные СВЧ микросхемы на основе наногетероструктур

- разработана и изготовлена в ИСВЧПЭ РАН- разработана и изготовлена в ИСВЧПЭ РАН совместно с НПФ laquoМикранraquo Томсксовместно с НПФ laquoМикранraquo Томск

Изготовленная СВЧ микросхема Изготовленная СВЧ микросхема вставлена в вставлена в модуль бортового локатора МИГ на АФАРмодуль бортового локатора МИГ на АФАР

демонстрировавшегося на демонстрировавшегося на авиасалоне МАКС ndash 2007авиасалоне МАКС ndash 2007

Рабочие частоты Рабочие частоты ~ ~ 10-10-15 15 ГГцГГц

Первая отечественная наногетероструктурная СВЧ МИСПервая отечественная наногетероструктурная СВЧ МИС 2-х- каскадного малошумящего усилителя2-х- каскадного малошумящего усилителя

АФАРАФАР

ПОЛУЧЕНИЕ УГЛЕРОДНЫХ НАНОТРУБОКПОЛУЧЕНИЕ УГЛЕРОДНЫХ НАНОТРУБОК

Синтез Y- образной нанотрубки как основы нанотранзистора

ПОЛУЧЕНИЕ НАНОСТРУКТУРИРОВАННЫХ ПОЛУЧЕНИЕ НАНОСТРУКТУРИРОВАННЫХ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПЛЕНОК МЕТОДОМ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПЛЕНОК МЕТОДОМ

ПЛАЗМЕННОЙ ТЕХНОЛОГИИПЛАЗМЕННОЙ ТЕХНОЛОГИИ

50 нм

Подложка ndash полимерная пленка применение для конденсаторов высокой емкости

Оборудование дляОборудование для исследования физических исследования физических свойств наносистемсвойств наносистем

Исследовательский комплекс ИЛО-РФЭС-СРМИ-ВИМС (на базе XSAM-800 Kratos)

МИШЕНИ

Hf La Al Au Pt Si Ge Ni

Ti Sb B helliphellip

НАПУСК РЕАКТИВНЫХ

ГАЗОВ O2 N2 helliphellip

РЕНТГЕНОВСКИЙ ИСТОЧНИК

ИОННЫЙ ИСТОЧНИК (Ar+ He+

H+ hellip)

ПОЛУСФЕРИЧЕСКИЙ ЭНЕРГОАНАЛИЗАТОР

ЛАЗЕР

ПК

ИМПУЛЬСНОЕ ИМПУЛЬСНОЕ ЛАЗЕРНОЕ ЛАЗЕРНОЕ

ОСАЖДЕНИЕОСАЖДЕНИЕ

ДЕРЖАТЕЛЬ ОБРАЗЦОВ С

НАГРЕВАТЕЛЕМ

ДО Т=10000С

КАМЕРА КАМЕРА РОСТАРОСТА

АНАЛИТИЧЕСКАЯАНАЛИТИЧЕСКАЯ

КАМЕРАКАМЕРА

КВАД МАСС-СПЕКТРОМЕТР

Измерение методом STM и TEM атомной структуры нанокластеров металлов на углеродных подложках и в твердотельных матрицах

Нанокластеры AuC ПЭМ 50х50 нм

Нанокластер Нанокластер AuAuС СТМ С СТМ 7х7 нм7х7 нм

СканирующиСканирующиее нанотвердоме нанотвердомерыры laquoНаноСканraquolaquoНаноСканraquo и и laquoСуперlaquoСупер--НаноСканraquoНаноСканraquo

Режимы измерений

Контактный динамический режим (рельеф поверхности карта распределения модуля упругости)

Разрешение по XY 015 нм Разрешение по Z 007 нм

Индентирование склерометрия (с макс нагрузкой до 10 гр)

Динамическое наноиндентирование

Оборудование закупаемое в 2008 г под НОЦ Оборудование закупаемое в 2008 г под НОЦ Высоковакуумный сканирующий зондовый микроскоп с методиками

СТМ АСМ и МСМ Multiprobe MXPS RM VR AFM 25 ldquoOmicronrdquo (Германия) оборудованный системой рентгеновской

фотоэлектронной спектроскопии и камерой препарирования

Источник осаждения нанокластеров с квадрупольным масс-фильтромNanoGen50 (Mantis Deposition Ltd Великобритания)

Функциональные Функциональные наноматериалы для наноматериалы для

энергетикиэнергетики((обзор)обзор)

Московский инженерно-физический институтМосковский инженерно-физический институт(государственный университет)(государственный университет)

Основные области примененияОсновные области применения Транспортировка и хранение топливаТранспортировка и хранение топлива Альтернативные источники энергииАльтернативные источники энергии Получение экологически чистого топливаПолучение экологически чистого топлива Энергосбережение за счет уменьшения сил трения и Энергосбережение за счет уменьшения сил трения и

вязкостивязкости Улучшение проводимости контактовУлучшение проводимости контактов Уменьшение сопротивления проводниковУменьшение сопротивления проводников Уменьшение потерь энергии при передачеУменьшение потерь энергии при передаче Создание новых топливных элементов с большим КПДСоздание новых топливных элементов с большим КПД

Твердотельная Твердотельная энергосберегающая и энергосберегающая и

экологически чистая энергетикаэкологически чистая энергетика

Транспортировка и хранение Транспортировка и хранение водородного топливаводородного топлива

33DD-модель заполнения -модель заполнения водородом массива водородом массива углеродных углеродных нанотрубокнанотрубок

Модель заполнения массива Модель заполнения массива нанотрубок нанотрубок а) кремния и b) углерода при а) кремния и b) углерода при температуре 298 K и температуре 298 K и давлении давлении 10 МПа10 МПа

Наноматериалы в солнечных Наноматериалы в солнечных батареях ndash новые перспективы батареях ndash новые перспективы

альтернативной энергетикиальтернативной энергетики

Новые энергосистемы на основе Новые энергосистемы на основе углеродных нанотрубокуглеродных нанотрубок могут могут проводить электричество в 1000 раз проводить электричество в 1000 раз лучше медных проводовлучше медных проводов

КПД 36КПД 36Работает даже ночью Работает даже ночью утилизируя ИК-лучи утилизируя ИК-лучи которые испускает которые испускает ЗемляЗемляГораздо дешевле Гораздо дешевле традиционных традиционных солнечных батарейсолнечных батарей

Экологически чистое топливоЭкологически чистое топливо

Через молекулярные laquoворотаraquo проникают Через молекулярные laquoворотаraquo проникают молекулы двуокиси углерода а более молекулы двуокиси углерода а более крупные молекулы (метановые) остаются крупные молекулы (метановые) остаются в веществе Практическое применение это в веществе Практическое применение это находит при фильтрации двуокиси находит при фильтрации двуокиси углерода из природного газа и при углерода из природного газа и при создании автомобильных катализаторовсоздании автомобильных катализаторов

Уменьшение сил трения и вязкости Уменьшение сил трения и вязкости в микромеханических системахв микромеханических системах

Наноразмерные неровности Наноразмерные неровности поверхностей сокращают площадь поверхностей сокращают площадь контакта между поверхностями Таким контакта между поверхностями Таким образом металлические материалы с образом металлические материалы с наноструктурой обладают повышенной наноструктурой обладают повышенной по сравнению с обычным структурным по сравнению с обычным структурным состоянием твердостью и состоянием твердостью и износостойкостью Эффект износостойкостью Эффект износостойкости и малого износостойкости и малого коэффициента трения проявляется при коэффициента трения проявляется при использовании использовании полинанокристаллических алмазов и полинанокристаллических алмазов и алмазоподобных покрытий а также алмазоподобных покрытий а также сверхтвердых веществ на базе сверхтвердых веществ на базе фуллеренов (например со фуллеренов (например со сфероподобными молекулами С60) и сфероподобными молекулами С60) и фуллеридов (легированных фуллеридов (легированных фуллеренов например FexC60) фуллеренов например FexC60) наноструктурных многослойных пленок наноструктурных многослойных пленок сложного состава на основе сложного состава на основе кубического BN Cкубического BN C33NN44 TiC TiN Ti(AlN) TiC TiN Ti(AlN) обладающих очень высокой (до 70 ГПа) обладающих очень высокой (до 70 ГПа) твердостьютвердостью

Энергосбережение за счет Энергосбережение за счет увеличения ресурса работы увеличения ресурса работы техникитехники

При техническом сервисе благодаря применению наноматериалов можно При техническом сервисе благодаря применению наноматериалов можно значительно (до 15-4 раз) увеличить ресурс работы машин уменьшить значительно (до 15-4 раз) увеличить ресурс работы машин уменьшить вредные выбросы и эксплутационные затраты (в том числе расход вредные выбросы и эксплутационные затраты (в том числе расход топлива) Наноматериалы в основном фуллерены вводят в смазочные топлива) Наноматериалы в основном фуллерены вводят в смазочные материалы которые уменьшают трение и обеспечивают процесс ldquoизнос-материалы которые уменьшают трение и обеспечивают процесс ldquoизнос-восстановлениеrdquoвосстановлениеrdquo

000

020

040

060

080

100

120

140

160

Мощность двигателя Потребление топлива Срок службысмазочных материалов

Расход смазочныхматериалов

0

2

4

6

8

10

12

Продолжительность обкаткиагрегатов

Износостойкость трущихсясоединений

раз

С использованием фуллереновыхпрепаратов

Без использования

Улучшение проводимости Улучшение проводимости контактовконтактов

Внедренные в полимерную матрицу углеродные нанотрубки обеспечивают ее Внедренные в полимерную матрицу углеродные нанотрубки обеспечивают ее электро- и теплопроводность их можно рассматривать как нанопроводники электро- и теплопроводность их можно рассматривать как нанопроводники Нанотрубки увеличивают проводимость в сотни раз сильнее обычных добавок Нанотрубки увеличивают проводимость в сотни раз сильнее обычных добавок используемых для повышения проводимости материалов Благодаря этому используемых для повышения проводимости материалов Благодаря этому нанотрубки формируют объемную электропроводную структуру при введении в нанотрубки формируют объемную электропроводную структуру при введении в очень малых количествах что позволяет добиться проводимости полимеров очень малых количествах что позволяет добиться проводимости полимеров при значительно меньшей доле нанотрубок по сравнению с традиционными при значительно меньшей доле нанотрубок по сравнению с традиционными сажевыми добавкамисажевыми добавками

Данные компании Nanocyl SA Данные компании Nanocyl SA

Уменьшение сопротивления Уменьшение сопротивления проводниковпроводников

Нанопроволочные приборы показали на Нанопроволочные приборы показали на два два порядкапорядка меньшее контактное сопротивление и меньшее контактное сопротивление и на на три порядкатри порядка меньший уровень меньший уровень электрических шумов по сравнению со электрических шумов по сравнению со стандартной кремниевой технологиейстандартной кремниевой технологией

Уменьшение потерь энергии при Уменьшение потерь энергии при передачпередачее

В наноматериалах оптический сигнал передается во много раз быстрее и без В наноматериалах оптический сигнал передается во много раз быстрее и без потери энергии так как перенос информации происходит с помощью фотонов потери энергии так как перенос информации происходит с помощью фотонов Благодаря этому диссипация энергии в электронных устройствах практически Благодаря этому диссипация энергии в электронных устройствах практически сводится к нулю Один из вариантов использования данной технологии ndash создание сводится к нулю Один из вариантов использования данной технологии ndash создание источников света Поскольку около 15 - 20 вырабатываемой электроэнергии источников света Поскольку около 15 - 20 вырабатываемой электроэнергии расходуется для освещения то использование источников света с новым расходуется для освещения то использование источников света с новым принципом работы сулит огромный экономический эффектпринципом работы сулит огромный экономический эффект

4 96

28 72

70 30

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Электрическая лампочка

Оптические микросхемы наоснове периодических

структур

Разрабатываемые диодысветовой эмиссии

Выделяемая энергия в виде света Потери энергии

Энергосбережение на тепловых Энергосбережение на тепловых электростанцияхэлектростанциях

Применение новой технологии создания топливных элементов на Применение новой технологии создания топливных элементов на основе laquoЖидкой керамикиraquo приводит к значительной экономии энергии основе laquoЖидкой керамикиraquo приводит к значительной экономии энергии на тепловых электростанцияхна тепловых электростанциях

40

95

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Сжигание мазута Новые топливные элементы наоснове жидкой керамики

КПД

Наноматериалы для атомной энергетикиНаноматериалы для атомной энергетики

Перспективы развития атомной энергетики связаны Перспективы развития атомной энергетики связаны со снижением удельного потребления природного со снижением удельного потребления природного урана в основном за счет увеличения глубины урана в основном за счет увеличения глубины выгорания ядерного топлива Для этого необходимо выгорания ядерного топлива Для этого необходимо создание крупнокристаллических структур ядерных создание крупнокристаллических структур ядерных материалов с контролируемой пористостью материалов с контролируемой пористостью удерживающих продукты деления и препятствующих удерживающих продукты деления и препятствующих транспорту осколков деления к оболочке транспорту осколков деления к оболочке тепловыделяющего элемента и ее внутреннего тепловыделяющего элемента и ее внутреннего повреждения Активация процесса спекания за счет повреждения Активация процесса спекания за счет добавок нанометрического размера ndash одно из добавок нанометрического размера ndash одно из направлений создания новых видов уран-направлений создания новых видов уран-плутониевых оксидов и нитридов для ядерной плутониевых оксидов и нитридов для ядерной энергетикиэнергетики

Спасибо за вниманиеСпасибо за внимание

Стратегические партнеры Стратегические партнеры МИФИ в области МИФИ в области нанотехнологийнанотехнологий1 Российский научный центр laquoКурчатовский институтraquo

2 Российская госкорпорация нанотехнологий

3 Головные организации отраслей по направлениям развития нанотехнологий НИИФП им ФВЛукина ВНИИНМ им АА Бочвара МИЭТ ЦНИИКМ laquoПрометейraquo ВИАМ ЦНИИХМ

4 Предприятия и институты Росатома ВНИИЭФ (г Саров) ВНИИТФ (г Снежинск) ИТЭФ Концерн laquoРосэнергоатомraquo Концерн laquoСистемпромraquo и др

5 Академические институты ФИАН ИОФ РАН ИК РАН ИФТТ РАН ИРЭ РАН ФТИ РАН ИХФ РАН ИКИ РАН ИММ им АА Байкова РАН ИФХ РАН и др

6 Другие организации ВНИИФТРИ НИИ laquoТитанraquo и др

НАНОЭНЕРГЕТИКА

НАНОЭЛЕКТРОНИКА

НАНОСТРУКТУРЫ

КОНСТРУКЦИОННЫЕ НАНОМАТЕРИАЛЫ

НАНОМЕТРОЛОГИЯ

ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ

МИФИВ ОБЛАСТИ

НАНОТЕХНОЛОГИЙ

ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ МИФИ В ОБЛАСТИ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ МИФИ В ОБЛАСТИ

НАНОТЕХНОЛОГИЙ И НАНОМАТЕРИАЛОВНАНОТЕХНОЛОГИЙ И НАНОМАТЕРИАЛОВ

Разработка технологии роста углеродных Разработка технологии роста углеродных нанотрубок для создания систем с нанотрубок для создания систем с холодными эмиттерамихолодными эмиттерами

Создание и изучение новых нановеществ Создание и изучение новых нановеществ на основе метастабильных кластерных на основе метастабильных кластерных форм способных запасать и выделять форм способных запасать и выделять энергию значительно превосходящую энергию значительно превосходящую энергию известных химических энергию известных химических энергоносителейэнергоносителей

Лазерное напыление тонких Лазерное напыление тонких наноструктурированных пленок ВТСП для наноструктурированных пленок ВТСП для сверхпроводящих накопителей энергиисверхпроводящих накопителей энергии

Разработка аккумуляторов механической Разработка аккумуляторов механической энергии и демпфирующих устройств энергии и демпфирующих устройств нового поколения на основе наносистем нового поколения на основе наносистем laquoнесмачивающая жидкость - laquoнесмачивающая жидкость - нанопористое телоraquoнанопористое телоraquo

Использование УДС и нано-порошков Использование УДС и нано-порошков диоксида урана в качестве добавок к диоксида урана в качестве добавок к порошкам для совершенствования порошкам для совершенствования производства топливных таблеток АЭС или производства топливных таблеток АЭС или улучшения их характеристикулучшения их характеристик

НаноэнергетикаНаноэнергетика

Графитовая бумага с Y-нанотрубкой СТМ

Глобула из углеродных нанотрубок СТМ

Поверхность наноструктурированной топливной таблетки АСМ

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55

H mT

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

1100

1200

1300

1400

1500

1600

Jc

Ac

m2

Ccedilagraveacircegraventildeegraveigrave icirc ntildeograveuuml J c(H )iuml ethegrave ethagraveccedileuml egravedivideiacute ucirc otilde ecircicirc iacute oumlaringiacute ograveethagraveoumlegraveyumlotilde ZrN

150_Bi2223 aacute aringccedil auml icirc uumlagraveacirc icirc ecirc

172_Bi2223_0_1_ZrN

173_Bi2223_0_2_ZrN

171_Bi2223_0_27_ZrN

Повышение критического тока ВТСП за Повышение критического тока ВТСП за счет внедрения наноразмерных добавок счет внедрения наноразмерных добавок

соединений соединений TaC NbC HfN NbN SiTaC NbC HfN NbN Si33NN44

0 5 10 15 20n 1013 ntildeigrave -3

0

05

1

J c(H

=0)

Jc m

ax(H

=0)

icircograveiacute

aringauml

N bCN bNTaC

СВЕРХПРОВОДИМОСТЬСВЕРХПРОВОДИМОСТЬ

Лазерное напыление тонких Лазерное напыление тонких эпитаксиальных наноструктурированных эпитаксиальных наноструктурированных

пленок ВТСП для создания пленок ВТСП для создания сверхпроводящих проводов 2-го поколениясверхпроводящих проводов 2-го поколения

Микрофотографии пленок YBa2Cu3O7-y

а- прямое напыление б- параллельное

в- с экранированием прямого эрозионного факела увеличение x4000

Схема напылительной установки Схема напылительной установки 1 1 -- лазерный луч 2 лазерный луч 2--кварцевая кварцевая линза линза 3 3 -- подложка 4 подложка 4 -- нагреватель 5 нагреватель 5 --входные окна входные окна 6 6 -- мишень 7 мишень 7 -- эрозионный факел эрозионный факел

ИИccccледование ледование левитациилевитации

9

7

11

6

5

8

12

4

13

1

14

10

2

3

Перспективы примененияПерспективы применения транспорт (поезда на магнитной транспорт (поезда на магнитной подушке) энергетика безфрикционный магнитный подвес для подушке) энергетика безфрикционный магнитный подвес для турбин центрифуг кинетических накопителей энергиитурбин центрифуг кинетических накопителей энергии

200

400

600

800

1000

1200

1400

2 14 26 38 50

Композитные материалы на основе углеродных нанотрубок для роторов урановых газовых

центрифуг нового поколения

Устройство центрифуги

Предел прочности ГПа

Мо

дул

ь уп

руг

ост

и Г

Па Композиты на Композиты на

основе нанотрубокоснове нанотрубок

Выпускаемые углеродные волокнаВыпускаемые углеродные волокна

Характеристики- 1divide2 углеродных нанотрубок повышает в 2-7 раз прочность волокон углеродных композитов- увеличение удельной разделительной способности газовой центрифуги в 15 раза и более раз

Нанотехнология демпфирования удара и Нанотехнология демпфирования удара и аккумулирования механической энергииаккумулирования механической энергии

Принцип действия основан на использовании энергетики динамического перколяционного перехода в системе пористое тело с нанометровым размером пор и несмачивающая жидкостьПатент МИФИПатент МИФИОбласть применения системы обеспечения безопасности человека амортизаторы гашение вибраций в автомобильной авиационной космической и другой техникеХарактеристики 15 литра нанопористого тела полностью поглощают энергию автомобиля весом 1 тонна движущегося со скоростью 50 кмч

Пористое тело(наноструктура)

Гидротормоз

Пружинный тормоз Удар

Уплотнение

Шток

Порошок - пористое тело (наноструктура)

Жидкость

1 ndash пульт управления 2- высокочастотный генератор 3- баллон с инертным газом 4 ndash система напуска газа 5 ndash прибор регулирующего типа Р111 6 ndash потенциометр КСП-4 7 ndash корпус камеры 8 ndash кварцевый или керамический питатель 9 ndash термопара10 ndash высокочастотный индуктор 11 ndash расплав 12 ndash закалочный медный диск 13 ndash лентосъемник 14 ndash вакуумная система с термопарным вакуумметром ВТ-2А 15 ndash агрегат вакуумный АВЗ-20Д 16 ndash лентоприемник 17 ndash быстрозакаленная лентаПроизводительность установки ndash 500кГгод

Быстрозакаленный сплав в виде ленты

Принцип методаПринцип методаИндуктор (10) расплавляет кристаллический слиток в кварцевом тигле (8) Подается избыточное давление и из тигля через сопло расплав (11) выдавливается на вращающейся медный диск-холодильник (12) При помощи лентосъемика (13) застывший расплав в виде ленты (17) попадает в лентоприемник (16)

Наноструктурное состояние

Конструкционные наноструктурированные материалы для энергетики Получение наноматериалов методом быстрой

закалки

25 нм 25 нмНаноструктура

Создание наноструктурированных поверхностных слоев

при обработке потоками импульсной газовой плазмыУсловия обработки Плотность энергии падающего потока плазмы q=10ndash100 Джсм2Средняя плотность мощности потока плазмы Q= (3ndash100) 105 Втсм2Длительность воздействия τи= 10ndash60 мксЧисло импульсов облучения N = (1ndashktimes10)

Микроструктура модифицированного слоя стали 0Х16Н15М3Б обработанной потоками импульсной плазмы(Q = 5106 Втсм2 N = 3)

Микроструктура поперечного шлифа стали 45 облученной потоками азотной плазмы(Q = 13106 Втсм2 N = 3)

Зависимость среднего размера ячеек от удельной мощности падающего потока 1 12Х18Н10Т 2 НП2Эви 3 0Х16Н15М3Б 4 03Х20Н45М4БЦ(lh = 50 нм15 мкм)

Цель работыЦель работы ndash разработка физических основ создания ndash разработка физических основ создания новых энергоносителей на основе метастабильных нанокластерных и полимерных форм и состоящих из и состоящих из элементов не образующих в обычных условиях элементов не образующих в обычных условиях конденсированных веществконденсированных веществ- - азота гелияазота гелия Такие нановещества способны запасать энергию от 3 до Такие нановещества способны запасать энергию от 3 до 550 раз больше чем известные химические 0 раз больше чем известные химические энергоносители а также полностью выделять энергоносители а также полностью выделять запасенную энергию за короткие временазапасенную энергию за короткие времена

На данном этапе поиск проводится методами На данном этапе поиск проводится методами компьютерного моделированиякомпьютерного моделирования

Поиск новых энергоносителей на основе Поиск новых энергоносителей на основе метастабильных нанокластеровметастабильных нанокластеров

Диапазоны энергоёмкости

Азотные нанокластеры и их Азотные нанокластеры и их

ансамбли Полимерный азотансамбли Полимерный азот

предсказана возможность предсказана возможность существования ансамблей из существования ансамблей из кластеров кластеров NN88 (так называемых (так называемых laquoлодокraquo) те конденсированной laquoлодокraquo) те конденсированной фазы собранной из фазы собранной из laquoкирпичиковraquo -кластеров laquoкирпичиковraquo -кластеров NN88 Это новое нановещество должно Это новое нановещество должно быть устойчивым при быть устойчивым при нормальном давлении и нагреве нормальном давлении и нагреве до до 800К 800К

Выяснены причины Выяснены причины возможной неустойчивости возможной неустойчивости конечных кластеров Гош конечных кластеров Гош структуры полимерного азота структуры полимерного азота и вычислены времена их и вычислены времена их жизнижизни

Результаты Результаты исследованийисследованийгелиевых кластеровгелиевых кластеров

Определены параметры Определены параметры кластеров спин-кластеров спин-поляризованного гелия с поляризованного гелия с различной структуройразличной структурой

Показано что для Показано что для метастабильных спин-метастабильных спин-поляризованных кластеров поляризованных кластеров гелия выигрыш по удельной гелия выигрыш по удельной массовой энергоемкости может массовой энергоемкости может достигать 50 достигать 50

Показано что продукты Показано что продукты распада данных распада данных HEDMHEDM - - молекулы азота и атомы гелия молекулы азота и атомы гелия соответственно являются соответственно являются чрезвычайно устойчивыми к чрезвычайно устойчивыми к ионизации и распаду те не ионизации и распаду те не преобразуют выделившуюся преобразуют выделившуюся энергию во внутреннюю энергию во внутреннюю малоэффективную компоненту малоэффективную компоненту

Две метастабильные конфигурации метастабильного кластера He12 с полным спином S=6 состоящего из шести молекул (квазиатомов) He2

Метастабильный кластер He4 с полным спином S=2

Что это может датьЧто это может дать В случае успешной реализации работ в этом В случае успешной реализации работ в этом

направлении открывается возможность создания направлении открывается возможность создания принципиально новых веществ энергоемкость принципиально новых веществ энергоемкость которыхкоторых значительно превышает параметры значительно превышает параметры обычных топлив и не требует наличия окислителяобычных топлив и не требует наличия окислителя

Предполагаемые энергетические параметры HEDM на основе азота и гелия

ВеществоВеществоУдельная Удельная запасенная запасенная энергия на энергия на 1см1см33 вещества вещества[кДжсм[кДжсм33]]

Удельная Удельная запасенная запасенная энергия на энергия на 1грамм вещества 1грамм вещества [кДжг] [кДжг]

Максималь-Максималь-ная ная температура температура [[KKoo]]

Удельный Удельный импульсимпульс[[cc]]

Кластеры азотаКластеры азота 20 20 5252 77 17 17 gt10000 Кgt10000 Коо 200200400400

ГелийГелий(спин-(спин-поляризованный) поляризованный)

236236 7070 gt100000 Кgt100000 Коо 1500 1500 18901890

ИсследованияИсследованияуглеродных кластеровуглеродных кластеров

Кубейн Кубейн CC88HH88 Открыт в 1964 году Открыт в 1964 году Представляет собой Представляет собой метастабильный кластер Запасает метастабильный кластер Запасает энергию более 6 эВэнергию более 6 эВ

Характеризуется высоким Характеризуется высоким потенциальным барьером потенциальным барьером препятствующим его переходу в препятствующим его переходу в равновесное состояние поэтому равновесное состояние поэтому отличается сравнительно высокой отличается сравнительно высокой устойчивостью и способен устойчивостью и способен образовывать твердое тело с образовывать твердое тело с температурой плавления около температурой плавления около 130130ооCC Мало изучен Мало изучен

Возможные пути использования в Возможные пути использования в качестве топливного элемента в качестве топливного элемента в медицине (например для медицине (например для локального повышения локального повышения температуры в окрестности температуры в окрестности опухоли) и дропухоли) и др

CCинтез и исследование новых материалов на интез и исследование новых материалов на основе сверхтонких слоев оксидов основе сверхтонких слоев оксидов редкоземельных металлов для редкоземельных металлов для подзатворного диэлектрика МОП -подзатворного диэлектрика МОП -транзисторов нового поколениятранзисторов нового поколения

Синтез и исследование проводящих Синтез и исследование проводящих материалов для металлических затворов в материалов для металлических затворов в МОП-приборах нового поколенияМОП-приборах нового поколения Разработка физических основ технологии Разработка физических основ технологии изготовления элементов памяти на основе изготовления элементов памяти на основе магнитных туннельных переходов магнитных туннельных переходов (спинтроника)(спинтроника)

НаноэлектроникаНаноэлектроника

Si(100)Si(100)

HfOHfO2 2 (27 nm)(27 nm)

a-Si (35 a-Si (35 nm)nm)

a-NiSia-NiSixx

МОП-транзистор

готовыйготовыйобразецобразец

Процесс эпитаксиального ростаПроцесс эпитаксиального роста

Рост слоёв полупроводниковРост слоёв полупроводниковAlAlххGaGa1-х1-хAsAs In InууGaGa1-у1-уAsAs GaAs GaAs формированиеформирование квантовых ям квантовых ям квантовых точекквантовых точек

Молекулярно-лучевая эпитаксияМолекулярно-лучевая эпитаксиядля формирования наногетероструктур для формирования наногетероструктур А3В5 Установка МЛЭ А3В5 Установка МЛЭ Riber (Riber (Франция)Франция)

КАФЕДРА ФИЗИКИ НАНОРАЗМЕРНЫХ ГЕТЕРОСТРУКТУР КАФЕДРА ФИЗИКИ НАНОРАЗМЕРНЫХ ГЕТЕРОСТРУКТУР И СВЧ НАНОЭЛЕКТРОНИКИИ СВЧ НАНОЭЛЕКТРОНИКИ

Квантовые точкиКвантовые точки InAsGaAsInAsGaAs ndash скан ndash сканатомно-силового атомно-силового микроскопамикроскопа

Достижения в разработке Достижения в разработке моделировании моделировании изготовленииизготовленииШирокополосных Широкополосных малошумящих усилителей малошумящих усилителей Рекордно низкий коэф шумаРекордно низкий коэф шума Кш=037дБКш=037дБ Кус=10дБ Кус=10дБ f=f=9-9-112ГГц2ГГц- мощных транзисторов на - мощных транзисторов на AlGaNGaNAlGaNGaN W=11 W=11 ВтВтмммм граничная частотаграничная частота 100 ГГц100 ГГц-Транзисторов К-диапазона Транзисторов К-диапазона (граничная частота (граничная частота fmax=190fmax=190ГГцГГц))- Длина затвора Длина затвора ((топологическая норма) 100-топологическая норма) 100-190 нанометров190 нанометров

Современные СВЧ микросхемы на основе наногетероструктурСовременные СВЧ микросхемы на основе наногетероструктур

- разработана и изготовлена в ИСВЧПЭ РАН- разработана и изготовлена в ИСВЧПЭ РАН совместно с НПФ laquoМикранraquo Томсксовместно с НПФ laquoМикранraquo Томск

Изготовленная СВЧ микросхема Изготовленная СВЧ микросхема вставлена в вставлена в модуль бортового локатора МИГ на АФАРмодуль бортового локатора МИГ на АФАР

демонстрировавшегося на демонстрировавшегося на авиасалоне МАКС ndash 2007авиасалоне МАКС ndash 2007

Рабочие частоты Рабочие частоты ~ ~ 10-10-15 15 ГГцГГц

Первая отечественная наногетероструктурная СВЧ МИСПервая отечественная наногетероструктурная СВЧ МИС 2-х- каскадного малошумящего усилителя2-х- каскадного малошумящего усилителя

АФАРАФАР

ПОЛУЧЕНИЕ УГЛЕРОДНЫХ НАНОТРУБОКПОЛУЧЕНИЕ УГЛЕРОДНЫХ НАНОТРУБОК

Синтез Y- образной нанотрубки как основы нанотранзистора

ПОЛУЧЕНИЕ НАНОСТРУКТУРИРОВАННЫХ ПОЛУЧЕНИЕ НАНОСТРУКТУРИРОВАННЫХ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПЛЕНОК МЕТОДОМ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПЛЕНОК МЕТОДОМ

ПЛАЗМЕННОЙ ТЕХНОЛОГИИПЛАЗМЕННОЙ ТЕХНОЛОГИИ

50 нм

Подложка ndash полимерная пленка применение для конденсаторов высокой емкости

Оборудование дляОборудование для исследования физических исследования физических свойств наносистемсвойств наносистем

Исследовательский комплекс ИЛО-РФЭС-СРМИ-ВИМС (на базе XSAM-800 Kratos)

МИШЕНИ

Hf La Al Au Pt Si Ge Ni

Ti Sb B helliphellip

НАПУСК РЕАКТИВНЫХ

ГАЗОВ O2 N2 helliphellip

РЕНТГЕНОВСКИЙ ИСТОЧНИК

ИОННЫЙ ИСТОЧНИК (Ar+ He+

H+ hellip)

ПОЛУСФЕРИЧЕСКИЙ ЭНЕРГОАНАЛИЗАТОР

ЛАЗЕР

ПК

ИМПУЛЬСНОЕ ИМПУЛЬСНОЕ ЛАЗЕРНОЕ ЛАЗЕРНОЕ

ОСАЖДЕНИЕОСАЖДЕНИЕ

ДЕРЖАТЕЛЬ ОБРАЗЦОВ С

НАГРЕВАТЕЛЕМ

ДО Т=10000С

КАМЕРА КАМЕРА РОСТАРОСТА

АНАЛИТИЧЕСКАЯАНАЛИТИЧЕСКАЯ

КАМЕРАКАМЕРА

КВАД МАСС-СПЕКТРОМЕТР

Измерение методом STM и TEM атомной структуры нанокластеров металлов на углеродных подложках и в твердотельных матрицах

Нанокластеры AuC ПЭМ 50х50 нм

Нанокластер Нанокластер AuAuС СТМ С СТМ 7х7 нм7х7 нм

СканирующиСканирующиее нанотвердоме нанотвердомерыры laquoНаноСканraquolaquoНаноСканraquo и и laquoСуперlaquoСупер--НаноСканraquoНаноСканraquo

Режимы измерений

Контактный динамический режим (рельеф поверхности карта распределения модуля упругости)

Разрешение по XY 015 нм Разрешение по Z 007 нм

Индентирование склерометрия (с макс нагрузкой до 10 гр)

Динамическое наноиндентирование

Оборудование закупаемое в 2008 г под НОЦ Оборудование закупаемое в 2008 г под НОЦ Высоковакуумный сканирующий зондовый микроскоп с методиками

СТМ АСМ и МСМ Multiprobe MXPS RM VR AFM 25 ldquoOmicronrdquo (Германия) оборудованный системой рентгеновской

фотоэлектронной спектроскопии и камерой препарирования

Источник осаждения нанокластеров с квадрупольным масс-фильтромNanoGen50 (Mantis Deposition Ltd Великобритания)

Функциональные Функциональные наноматериалы для наноматериалы для

энергетикиэнергетики((обзор)обзор)

Московский инженерно-физический институтМосковский инженерно-физический институт(государственный университет)(государственный университет)

Основные области примененияОсновные области применения Транспортировка и хранение топливаТранспортировка и хранение топлива Альтернативные источники энергииАльтернативные источники энергии Получение экологически чистого топливаПолучение экологически чистого топлива Энергосбережение за счет уменьшения сил трения и Энергосбережение за счет уменьшения сил трения и

вязкостивязкости Улучшение проводимости контактовУлучшение проводимости контактов Уменьшение сопротивления проводниковУменьшение сопротивления проводников Уменьшение потерь энергии при передачеУменьшение потерь энергии при передаче Создание новых топливных элементов с большим КПДСоздание новых топливных элементов с большим КПД

Твердотельная Твердотельная энергосберегающая и энергосберегающая и

экологически чистая энергетикаэкологически чистая энергетика

Транспортировка и хранение Транспортировка и хранение водородного топливаводородного топлива

33DD-модель заполнения -модель заполнения водородом массива водородом массива углеродных углеродных нанотрубокнанотрубок

Модель заполнения массива Модель заполнения массива нанотрубок нанотрубок а) кремния и b) углерода при а) кремния и b) углерода при температуре 298 K и температуре 298 K и давлении давлении 10 МПа10 МПа

Наноматериалы в солнечных Наноматериалы в солнечных батареях ndash новые перспективы батареях ndash новые перспективы

альтернативной энергетикиальтернативной энергетики

Новые энергосистемы на основе Новые энергосистемы на основе углеродных нанотрубокуглеродных нанотрубок могут могут проводить электричество в 1000 раз проводить электричество в 1000 раз лучше медных проводовлучше медных проводов

КПД 36КПД 36Работает даже ночью Работает даже ночью утилизируя ИК-лучи утилизируя ИК-лучи которые испускает которые испускает ЗемляЗемляГораздо дешевле Гораздо дешевле традиционных традиционных солнечных батарейсолнечных батарей

Экологически чистое топливоЭкологически чистое топливо

Через молекулярные laquoворотаraquo проникают Через молекулярные laquoворотаraquo проникают молекулы двуокиси углерода а более молекулы двуокиси углерода а более крупные молекулы (метановые) остаются крупные молекулы (метановые) остаются в веществе Практическое применение это в веществе Практическое применение это находит при фильтрации двуокиси находит при фильтрации двуокиси углерода из природного газа и при углерода из природного газа и при создании автомобильных катализаторовсоздании автомобильных катализаторов

Уменьшение сил трения и вязкости Уменьшение сил трения и вязкости в микромеханических системахв микромеханических системах

Наноразмерные неровности Наноразмерные неровности поверхностей сокращают площадь поверхностей сокращают площадь контакта между поверхностями Таким контакта между поверхностями Таким образом металлические материалы с образом металлические материалы с наноструктурой обладают повышенной наноструктурой обладают повышенной по сравнению с обычным структурным по сравнению с обычным структурным состоянием твердостью и состоянием твердостью и износостойкостью Эффект износостойкостью Эффект износостойкости и малого износостойкости и малого коэффициента трения проявляется при коэффициента трения проявляется при использовании использовании полинанокристаллических алмазов и полинанокристаллических алмазов и алмазоподобных покрытий а также алмазоподобных покрытий а также сверхтвердых веществ на базе сверхтвердых веществ на базе фуллеренов (например со фуллеренов (например со сфероподобными молекулами С60) и сфероподобными молекулами С60) и фуллеридов (легированных фуллеридов (легированных фуллеренов например FexC60) фуллеренов например FexC60) наноструктурных многослойных пленок наноструктурных многослойных пленок сложного состава на основе сложного состава на основе кубического BN Cкубического BN C33NN44 TiC TiN Ti(AlN) TiC TiN Ti(AlN) обладающих очень высокой (до 70 ГПа) обладающих очень высокой (до 70 ГПа) твердостьютвердостью

Энергосбережение за счет Энергосбережение за счет увеличения ресурса работы увеличения ресурса работы техникитехники

При техническом сервисе благодаря применению наноматериалов можно При техническом сервисе благодаря применению наноматериалов можно значительно (до 15-4 раз) увеличить ресурс работы машин уменьшить значительно (до 15-4 раз) увеличить ресурс работы машин уменьшить вредные выбросы и эксплутационные затраты (в том числе расход вредные выбросы и эксплутационные затраты (в том числе расход топлива) Наноматериалы в основном фуллерены вводят в смазочные топлива) Наноматериалы в основном фуллерены вводят в смазочные материалы которые уменьшают трение и обеспечивают процесс ldquoизнос-материалы которые уменьшают трение и обеспечивают процесс ldquoизнос-восстановлениеrdquoвосстановлениеrdquo

000

020

040

060

080

100

120

140

160

Мощность двигателя Потребление топлива Срок службысмазочных материалов

Расход смазочныхматериалов

0

2

4

6

8

10

12

Продолжительность обкаткиагрегатов

Износостойкость трущихсясоединений

раз

С использованием фуллереновыхпрепаратов

Без использования

Улучшение проводимости Улучшение проводимости контактовконтактов

Внедренные в полимерную матрицу углеродные нанотрубки обеспечивают ее Внедренные в полимерную матрицу углеродные нанотрубки обеспечивают ее электро- и теплопроводность их можно рассматривать как нанопроводники электро- и теплопроводность их можно рассматривать как нанопроводники Нанотрубки увеличивают проводимость в сотни раз сильнее обычных добавок Нанотрубки увеличивают проводимость в сотни раз сильнее обычных добавок используемых для повышения проводимости материалов Благодаря этому используемых для повышения проводимости материалов Благодаря этому нанотрубки формируют объемную электропроводную структуру при введении в нанотрубки формируют объемную электропроводную структуру при введении в очень малых количествах что позволяет добиться проводимости полимеров очень малых количествах что позволяет добиться проводимости полимеров при значительно меньшей доле нанотрубок по сравнению с традиционными при значительно меньшей доле нанотрубок по сравнению с традиционными сажевыми добавкамисажевыми добавками

Данные компании Nanocyl SA Данные компании Nanocyl SA

Уменьшение сопротивления Уменьшение сопротивления проводниковпроводников

Нанопроволочные приборы показали на Нанопроволочные приборы показали на два два порядкапорядка меньшее контактное сопротивление и меньшее контактное сопротивление и на на три порядкатри порядка меньший уровень меньший уровень электрических шумов по сравнению со электрических шумов по сравнению со стандартной кремниевой технологиейстандартной кремниевой технологией

Уменьшение потерь энергии при Уменьшение потерь энергии при передачпередачее

В наноматериалах оптический сигнал передается во много раз быстрее и без В наноматериалах оптический сигнал передается во много раз быстрее и без потери энергии так как перенос информации происходит с помощью фотонов потери энергии так как перенос информации происходит с помощью фотонов Благодаря этому диссипация энергии в электронных устройствах практически Благодаря этому диссипация энергии в электронных устройствах практически сводится к нулю Один из вариантов использования данной технологии ndash создание сводится к нулю Один из вариантов использования данной технологии ndash создание источников света Поскольку около 15 - 20 вырабатываемой электроэнергии источников света Поскольку около 15 - 20 вырабатываемой электроэнергии расходуется для освещения то использование источников света с новым расходуется для освещения то использование источников света с новым принципом работы сулит огромный экономический эффектпринципом работы сулит огромный экономический эффект

4 96

28 72

70 30

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Электрическая лампочка

Оптические микросхемы наоснове периодических

структур

Разрабатываемые диодысветовой эмиссии

Выделяемая энергия в виде света Потери энергии

Энергосбережение на тепловых Энергосбережение на тепловых электростанцияхэлектростанциях

Применение новой технологии создания топливных элементов на Применение новой технологии создания топливных элементов на основе laquoЖидкой керамикиraquo приводит к значительной экономии энергии основе laquoЖидкой керамикиraquo приводит к значительной экономии энергии на тепловых электростанцияхна тепловых электростанциях

40

95

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Сжигание мазута Новые топливные элементы наоснове жидкой керамики

КПД

Наноматериалы для атомной энергетикиНаноматериалы для атомной энергетики

Перспективы развития атомной энергетики связаны Перспективы развития атомной энергетики связаны со снижением удельного потребления природного со снижением удельного потребления природного урана в основном за счет увеличения глубины урана в основном за счет увеличения глубины выгорания ядерного топлива Для этого необходимо выгорания ядерного топлива Для этого необходимо создание крупнокристаллических структур ядерных создание крупнокристаллических структур ядерных материалов с контролируемой пористостью материалов с контролируемой пористостью удерживающих продукты деления и препятствующих удерживающих продукты деления и препятствующих транспорту осколков деления к оболочке транспорту осколков деления к оболочке тепловыделяющего элемента и ее внутреннего тепловыделяющего элемента и ее внутреннего повреждения Активация процесса спекания за счет повреждения Активация процесса спекания за счет добавок нанометрического размера ndash одно из добавок нанометрического размера ndash одно из направлений создания новых видов уран-направлений создания новых видов уран-плутониевых оксидов и нитридов для ядерной плутониевых оксидов и нитридов для ядерной энергетикиэнергетики

Спасибо за вниманиеСпасибо за внимание

НАНОЭНЕРГЕТИКА

НАНОЭЛЕКТРОНИКА

НАНОСТРУКТУРЫ

КОНСТРУКЦИОННЫЕ НАНОМАТЕРИАЛЫ

НАНОМЕТРОЛОГИЯ

ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ

МИФИВ ОБЛАСТИ

НАНОТЕХНОЛОГИЙ

ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ МИФИ В ОБЛАСТИ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ МИФИ В ОБЛАСТИ

НАНОТЕХНОЛОГИЙ И НАНОМАТЕРИАЛОВНАНОТЕХНОЛОГИЙ И НАНОМАТЕРИАЛОВ

Разработка технологии роста углеродных Разработка технологии роста углеродных нанотрубок для создания систем с нанотрубок для создания систем с холодными эмиттерамихолодными эмиттерами

Создание и изучение новых нановеществ Создание и изучение новых нановеществ на основе метастабильных кластерных на основе метастабильных кластерных форм способных запасать и выделять форм способных запасать и выделять энергию значительно превосходящую энергию значительно превосходящую энергию известных химических энергию известных химических энергоносителейэнергоносителей

Лазерное напыление тонких Лазерное напыление тонких наноструктурированных пленок ВТСП для наноструктурированных пленок ВТСП для сверхпроводящих накопителей энергиисверхпроводящих накопителей энергии

Разработка аккумуляторов механической Разработка аккумуляторов механической энергии и демпфирующих устройств энергии и демпфирующих устройств нового поколения на основе наносистем нового поколения на основе наносистем laquoнесмачивающая жидкость - laquoнесмачивающая жидкость - нанопористое телоraquoнанопористое телоraquo

Использование УДС и нано-порошков Использование УДС и нано-порошков диоксида урана в качестве добавок к диоксида урана в качестве добавок к порошкам для совершенствования порошкам для совершенствования производства топливных таблеток АЭС или производства топливных таблеток АЭС или улучшения их характеристикулучшения их характеристик

НаноэнергетикаНаноэнергетика

Графитовая бумага с Y-нанотрубкой СТМ

Глобула из углеродных нанотрубок СТМ

Поверхность наноструктурированной топливной таблетки АСМ

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55

H mT

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

1100

1200

1300

1400

1500

1600

Jc

Ac

m2

Ccedilagraveacircegraventildeegraveigrave icirc ntildeograveuuml J c(H )iuml ethegrave ethagraveccedileuml egravedivideiacute ucirc otilde ecircicirc iacute oumlaringiacute ograveethagraveoumlegraveyumlotilde ZrN

150_Bi2223 aacute aringccedil auml icirc uumlagraveacirc icirc ecirc

172_Bi2223_0_1_ZrN

173_Bi2223_0_2_ZrN

171_Bi2223_0_27_ZrN

Повышение критического тока ВТСП за Повышение критического тока ВТСП за счет внедрения наноразмерных добавок счет внедрения наноразмерных добавок

соединений соединений TaC NbC HfN NbN SiTaC NbC HfN NbN Si33NN44

0 5 10 15 20n 1013 ntildeigrave -3

0

05

1

J c(H

=0)

Jc m

ax(H

=0)

icircograveiacute

aringauml

N bCN bNTaC

СВЕРХПРОВОДИМОСТЬСВЕРХПРОВОДИМОСТЬ

Лазерное напыление тонких Лазерное напыление тонких эпитаксиальных наноструктурированных эпитаксиальных наноструктурированных

пленок ВТСП для создания пленок ВТСП для создания сверхпроводящих проводов 2-го поколениясверхпроводящих проводов 2-го поколения

Микрофотографии пленок YBa2Cu3O7-y

а- прямое напыление б- параллельное

в- с экранированием прямого эрозионного факела увеличение x4000

Схема напылительной установки Схема напылительной установки 1 1 -- лазерный луч 2 лазерный луч 2--кварцевая кварцевая линза линза 3 3 -- подложка 4 подложка 4 -- нагреватель 5 нагреватель 5 --входные окна входные окна 6 6 -- мишень 7 мишень 7 -- эрозионный факел эрозионный факел

ИИccccледование ледование левитациилевитации

9

7

11

6

5

8

12

4

13

1

14

10

2

3

Перспективы примененияПерспективы применения транспорт (поезда на магнитной транспорт (поезда на магнитной подушке) энергетика безфрикционный магнитный подвес для подушке) энергетика безфрикционный магнитный подвес для турбин центрифуг кинетических накопителей энергиитурбин центрифуг кинетических накопителей энергии

200

400

600

800

1000

1200

1400

2 14 26 38 50

Композитные материалы на основе углеродных нанотрубок для роторов урановых газовых

центрифуг нового поколения

Устройство центрифуги

Предел прочности ГПа

Мо

дул

ь уп

руг

ост

и Г

Па Композиты на Композиты на

основе нанотрубокоснове нанотрубок

Выпускаемые углеродные волокнаВыпускаемые углеродные волокна

Характеристики- 1divide2 углеродных нанотрубок повышает в 2-7 раз прочность волокон углеродных композитов- увеличение удельной разделительной способности газовой центрифуги в 15 раза и более раз

Нанотехнология демпфирования удара и Нанотехнология демпфирования удара и аккумулирования механической энергииаккумулирования механической энергии

Принцип действия основан на использовании энергетики динамического перколяционного перехода в системе пористое тело с нанометровым размером пор и несмачивающая жидкостьПатент МИФИПатент МИФИОбласть применения системы обеспечения безопасности человека амортизаторы гашение вибраций в автомобильной авиационной космической и другой техникеХарактеристики 15 литра нанопористого тела полностью поглощают энергию автомобиля весом 1 тонна движущегося со скоростью 50 кмч

Пористое тело(наноструктура)

Гидротормоз

Пружинный тормоз Удар

Уплотнение

Шток

Порошок - пористое тело (наноструктура)

Жидкость

1 ndash пульт управления 2- высокочастотный генератор 3- баллон с инертным газом 4 ndash система напуска газа 5 ndash прибор регулирующего типа Р111 6 ndash потенциометр КСП-4 7 ndash корпус камеры 8 ndash кварцевый или керамический питатель 9 ndash термопара10 ndash высокочастотный индуктор 11 ndash расплав 12 ndash закалочный медный диск 13 ndash лентосъемник 14 ndash вакуумная система с термопарным вакуумметром ВТ-2А 15 ndash агрегат вакуумный АВЗ-20Д 16 ndash лентоприемник 17 ndash быстрозакаленная лентаПроизводительность установки ndash 500кГгод

Быстрозакаленный сплав в виде ленты

Принцип методаПринцип методаИндуктор (10) расплавляет кристаллический слиток в кварцевом тигле (8) Подается избыточное давление и из тигля через сопло расплав (11) выдавливается на вращающейся медный диск-холодильник (12) При помощи лентосъемика (13) застывший расплав в виде ленты (17) попадает в лентоприемник (16)

Наноструктурное состояние

Конструкционные наноструктурированные материалы для энергетики Получение наноматериалов методом быстрой

закалки

25 нм 25 нмНаноструктура

Создание наноструктурированных поверхностных слоев

при обработке потоками импульсной газовой плазмыУсловия обработки Плотность энергии падающего потока плазмы q=10ndash100 Джсм2Средняя плотность мощности потока плазмы Q= (3ndash100) 105 Втсм2Длительность воздействия τи= 10ndash60 мксЧисло импульсов облучения N = (1ndashktimes10)

Микроструктура модифицированного слоя стали 0Х16Н15М3Б обработанной потоками импульсной плазмы(Q = 5106 Втсм2 N = 3)

Микроструктура поперечного шлифа стали 45 облученной потоками азотной плазмы(Q = 13106 Втсм2 N = 3)

Зависимость среднего размера ячеек от удельной мощности падающего потока 1 12Х18Н10Т 2 НП2Эви 3 0Х16Н15М3Б 4 03Х20Н45М4БЦ(lh = 50 нм15 мкм)

Цель работыЦель работы ndash разработка физических основ создания ndash разработка физических основ создания новых энергоносителей на основе метастабильных нанокластерных и полимерных форм и состоящих из и состоящих из элементов не образующих в обычных условиях элементов не образующих в обычных условиях конденсированных веществконденсированных веществ- - азота гелияазота гелия Такие нановещества способны запасать энергию от 3 до Такие нановещества способны запасать энергию от 3 до 550 раз больше чем известные химические 0 раз больше чем известные химические энергоносители а также полностью выделять энергоносители а также полностью выделять запасенную энергию за короткие временазапасенную энергию за короткие времена

На данном этапе поиск проводится методами На данном этапе поиск проводится методами компьютерного моделированиякомпьютерного моделирования

Поиск новых энергоносителей на основе Поиск новых энергоносителей на основе метастабильных нанокластеровметастабильных нанокластеров

Диапазоны энергоёмкости

Азотные нанокластеры и их Азотные нанокластеры и их

ансамбли Полимерный азотансамбли Полимерный азот

предсказана возможность предсказана возможность существования ансамблей из существования ансамблей из кластеров кластеров NN88 (так называемых (так называемых laquoлодокraquo) те конденсированной laquoлодокraquo) те конденсированной фазы собранной из фазы собранной из laquoкирпичиковraquo -кластеров laquoкирпичиковraquo -кластеров NN88 Это новое нановещество должно Это новое нановещество должно быть устойчивым при быть устойчивым при нормальном давлении и нагреве нормальном давлении и нагреве до до 800К 800К

Выяснены причины Выяснены причины возможной неустойчивости возможной неустойчивости конечных кластеров Гош конечных кластеров Гош структуры полимерного азота структуры полимерного азота и вычислены времена их и вычислены времена их жизнижизни

Результаты Результаты исследованийисследованийгелиевых кластеровгелиевых кластеров

Определены параметры Определены параметры кластеров спин-кластеров спин-поляризованного гелия с поляризованного гелия с различной структуройразличной структурой

Показано что для Показано что для метастабильных спин-метастабильных спин-поляризованных кластеров поляризованных кластеров гелия выигрыш по удельной гелия выигрыш по удельной массовой энергоемкости может массовой энергоемкости может достигать 50 достигать 50

Показано что продукты Показано что продукты распада данных распада данных HEDMHEDM - - молекулы азота и атомы гелия молекулы азота и атомы гелия соответственно являются соответственно являются чрезвычайно устойчивыми к чрезвычайно устойчивыми к ионизации и распаду те не ионизации и распаду те не преобразуют выделившуюся преобразуют выделившуюся энергию во внутреннюю энергию во внутреннюю малоэффективную компоненту малоэффективную компоненту

Две метастабильные конфигурации метастабильного кластера He12 с полным спином S=6 состоящего из шести молекул (квазиатомов) He2

Метастабильный кластер He4 с полным спином S=2

Что это может датьЧто это может дать В случае успешной реализации работ в этом В случае успешной реализации работ в этом

направлении открывается возможность создания направлении открывается возможность создания принципиально новых веществ энергоемкость принципиально новых веществ энергоемкость которыхкоторых значительно превышает параметры значительно превышает параметры обычных топлив и не требует наличия окислителяобычных топлив и не требует наличия окислителя

Предполагаемые энергетические параметры HEDM на основе азота и гелия

ВеществоВеществоУдельная Удельная запасенная запасенная энергия на энергия на 1см1см33 вещества вещества[кДжсм[кДжсм33]]

Удельная Удельная запасенная запасенная энергия на энергия на 1грамм вещества 1грамм вещества [кДжг] [кДжг]

Максималь-Максималь-ная ная температура температура [[KKoo]]

Удельный Удельный импульсимпульс[[cc]]

Кластеры азотаКластеры азота 20 20 5252 77 17 17 gt10000 Кgt10000 Коо 200200400400

ГелийГелий(спин-(спин-поляризованный) поляризованный)

236236 7070 gt100000 Кgt100000 Коо 1500 1500 18901890

ИсследованияИсследованияуглеродных кластеровуглеродных кластеров

Кубейн Кубейн CC88HH88 Открыт в 1964 году Открыт в 1964 году Представляет собой Представляет собой метастабильный кластер Запасает метастабильный кластер Запасает энергию более 6 эВэнергию более 6 эВ

Характеризуется высоким Характеризуется высоким потенциальным барьером потенциальным барьером препятствующим его переходу в препятствующим его переходу в равновесное состояние поэтому равновесное состояние поэтому отличается сравнительно высокой отличается сравнительно высокой устойчивостью и способен устойчивостью и способен образовывать твердое тело с образовывать твердое тело с температурой плавления около температурой плавления около 130130ооCC Мало изучен Мало изучен

Возможные пути использования в Возможные пути использования в качестве топливного элемента в качестве топливного элемента в медицине (например для медицине (например для локального повышения локального повышения температуры в окрестности температуры в окрестности опухоли) и дропухоли) и др

CCинтез и исследование новых материалов на интез и исследование новых материалов на основе сверхтонких слоев оксидов основе сверхтонких слоев оксидов редкоземельных металлов для редкоземельных металлов для подзатворного диэлектрика МОП -подзатворного диэлектрика МОП -транзисторов нового поколениятранзисторов нового поколения

Синтез и исследование проводящих Синтез и исследование проводящих материалов для металлических затворов в материалов для металлических затворов в МОП-приборах нового поколенияМОП-приборах нового поколения Разработка физических основ технологии Разработка физических основ технологии изготовления элементов памяти на основе изготовления элементов памяти на основе магнитных туннельных переходов магнитных туннельных переходов (спинтроника)(спинтроника)

НаноэлектроникаНаноэлектроника

Si(100)Si(100)

HfOHfO2 2 (27 nm)(27 nm)

a-Si (35 a-Si (35 nm)nm)

a-NiSia-NiSixx

МОП-транзистор

готовыйготовыйобразецобразец

Процесс эпитаксиального ростаПроцесс эпитаксиального роста

Рост слоёв полупроводниковРост слоёв полупроводниковAlAlххGaGa1-х1-хAsAs In InууGaGa1-у1-уAsAs GaAs GaAs формированиеформирование квантовых ям квантовых ям квантовых точекквантовых точек

Молекулярно-лучевая эпитаксияМолекулярно-лучевая эпитаксиядля формирования наногетероструктур для формирования наногетероструктур А3В5 Установка МЛЭ А3В5 Установка МЛЭ Riber (Riber (Франция)Франция)

КАФЕДРА ФИЗИКИ НАНОРАЗМЕРНЫХ ГЕТЕРОСТРУКТУР КАФЕДРА ФИЗИКИ НАНОРАЗМЕРНЫХ ГЕТЕРОСТРУКТУР И СВЧ НАНОЭЛЕКТРОНИКИИ СВЧ НАНОЭЛЕКТРОНИКИ

Квантовые точкиКвантовые точки InAsGaAsInAsGaAs ndash скан ndash сканатомно-силового атомно-силового микроскопамикроскопа

Достижения в разработке Достижения в разработке моделировании моделировании изготовленииизготовленииШирокополосных Широкополосных малошумящих усилителей малошумящих усилителей Рекордно низкий коэф шумаРекордно низкий коэф шума Кш=037дБКш=037дБ Кус=10дБ Кус=10дБ f=f=9-9-112ГГц2ГГц- мощных транзисторов на - мощных транзисторов на AlGaNGaNAlGaNGaN W=11 W=11 ВтВтмммм граничная частотаграничная частота 100 ГГц100 ГГц-Транзисторов К-диапазона Транзисторов К-диапазона (граничная частота (граничная частота fmax=190fmax=190ГГцГГц))- Длина затвора Длина затвора ((топологическая норма) 100-топологическая норма) 100-190 нанометров190 нанометров

Современные СВЧ микросхемы на основе наногетероструктурСовременные СВЧ микросхемы на основе наногетероструктур

- разработана и изготовлена в ИСВЧПЭ РАН- разработана и изготовлена в ИСВЧПЭ РАН совместно с НПФ laquoМикранraquo Томсксовместно с НПФ laquoМикранraquo Томск

Изготовленная СВЧ микросхема Изготовленная СВЧ микросхема вставлена в вставлена в модуль бортового локатора МИГ на АФАРмодуль бортового локатора МИГ на АФАР

демонстрировавшегося на демонстрировавшегося на авиасалоне МАКС ndash 2007авиасалоне МАКС ndash 2007

Рабочие частоты Рабочие частоты ~ ~ 10-10-15 15 ГГцГГц

Первая отечественная наногетероструктурная СВЧ МИСПервая отечественная наногетероструктурная СВЧ МИС 2-х- каскадного малошумящего усилителя2-х- каскадного малошумящего усилителя

АФАРАФАР

ПОЛУЧЕНИЕ УГЛЕРОДНЫХ НАНОТРУБОКПОЛУЧЕНИЕ УГЛЕРОДНЫХ НАНОТРУБОК

Синтез Y- образной нанотрубки как основы нанотранзистора

ПОЛУЧЕНИЕ НАНОСТРУКТУРИРОВАННЫХ ПОЛУЧЕНИЕ НАНОСТРУКТУРИРОВАННЫХ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПЛЕНОК МЕТОДОМ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПЛЕНОК МЕТОДОМ

ПЛАЗМЕННОЙ ТЕХНОЛОГИИПЛАЗМЕННОЙ ТЕХНОЛОГИИ

50 нм

Подложка ndash полимерная пленка применение для конденсаторов высокой емкости

Оборудование дляОборудование для исследования физических исследования физических свойств наносистемсвойств наносистем

Исследовательский комплекс ИЛО-РФЭС-СРМИ-ВИМС (на базе XSAM-800 Kratos)

МИШЕНИ

Hf La Al Au Pt Si Ge Ni

Ti Sb B helliphellip

НАПУСК РЕАКТИВНЫХ

ГАЗОВ O2 N2 helliphellip

РЕНТГЕНОВСКИЙ ИСТОЧНИК

ИОННЫЙ ИСТОЧНИК (Ar+ He+

H+ hellip)

ПОЛУСФЕРИЧЕСКИЙ ЭНЕРГОАНАЛИЗАТОР

ЛАЗЕР

ПК

ИМПУЛЬСНОЕ ИМПУЛЬСНОЕ ЛАЗЕРНОЕ ЛАЗЕРНОЕ

ОСАЖДЕНИЕОСАЖДЕНИЕ

ДЕРЖАТЕЛЬ ОБРАЗЦОВ С

НАГРЕВАТЕЛЕМ

ДО Т=10000С

КАМЕРА КАМЕРА РОСТАРОСТА

АНАЛИТИЧЕСКАЯАНАЛИТИЧЕСКАЯ

КАМЕРАКАМЕРА

КВАД МАСС-СПЕКТРОМЕТР

Измерение методом STM и TEM атомной структуры нанокластеров металлов на углеродных подложках и в твердотельных матрицах

Нанокластеры AuC ПЭМ 50х50 нм

Нанокластер Нанокластер AuAuС СТМ С СТМ 7х7 нм7х7 нм

СканирующиСканирующиее нанотвердоме нанотвердомерыры laquoНаноСканraquolaquoНаноСканraquo и и laquoСуперlaquoСупер--НаноСканraquoНаноСканraquo

Режимы измерений

Контактный динамический режим (рельеф поверхности карта распределения модуля упругости)

Разрешение по XY 015 нм Разрешение по Z 007 нм

Индентирование склерометрия (с макс нагрузкой до 10 гр)

Динамическое наноиндентирование

Оборудование закупаемое в 2008 г под НОЦ Оборудование закупаемое в 2008 г под НОЦ Высоковакуумный сканирующий зондовый микроскоп с методиками

СТМ АСМ и МСМ Multiprobe MXPS RM VR AFM 25 ldquoOmicronrdquo (Германия) оборудованный системой рентгеновской

фотоэлектронной спектроскопии и камерой препарирования

Источник осаждения нанокластеров с квадрупольным масс-фильтромNanoGen50 (Mantis Deposition Ltd Великобритания)

Функциональные Функциональные наноматериалы для наноматериалы для

энергетикиэнергетики((обзор)обзор)

Московский инженерно-физический институтМосковский инженерно-физический институт(государственный университет)(государственный университет)

Основные области примененияОсновные области применения Транспортировка и хранение топливаТранспортировка и хранение топлива Альтернативные источники энергииАльтернативные источники энергии Получение экологически чистого топливаПолучение экологически чистого топлива Энергосбережение за счет уменьшения сил трения и Энергосбережение за счет уменьшения сил трения и

вязкостивязкости Улучшение проводимости контактовУлучшение проводимости контактов Уменьшение сопротивления проводниковУменьшение сопротивления проводников Уменьшение потерь энергии при передачеУменьшение потерь энергии при передаче Создание новых топливных элементов с большим КПДСоздание новых топливных элементов с большим КПД

Твердотельная Твердотельная энергосберегающая и энергосберегающая и

экологически чистая энергетикаэкологически чистая энергетика

Транспортировка и хранение Транспортировка и хранение водородного топливаводородного топлива

33DD-модель заполнения -модель заполнения водородом массива водородом массива углеродных углеродных нанотрубокнанотрубок

Модель заполнения массива Модель заполнения массива нанотрубок нанотрубок а) кремния и b) углерода при а) кремния и b) углерода при температуре 298 K и температуре 298 K и давлении давлении 10 МПа10 МПа

Наноматериалы в солнечных Наноматериалы в солнечных батареях ndash новые перспективы батареях ndash новые перспективы

альтернативной энергетикиальтернативной энергетики

Новые энергосистемы на основе Новые энергосистемы на основе углеродных нанотрубокуглеродных нанотрубок могут могут проводить электричество в 1000 раз проводить электричество в 1000 раз лучше медных проводовлучше медных проводов

КПД 36КПД 36Работает даже ночью Работает даже ночью утилизируя ИК-лучи утилизируя ИК-лучи которые испускает которые испускает ЗемляЗемляГораздо дешевле Гораздо дешевле традиционных традиционных солнечных батарейсолнечных батарей

Экологически чистое топливоЭкологически чистое топливо

Через молекулярные laquoворотаraquo проникают Через молекулярные laquoворотаraquo проникают молекулы двуокиси углерода а более молекулы двуокиси углерода а более крупные молекулы (метановые) остаются крупные молекулы (метановые) остаются в веществе Практическое применение это в веществе Практическое применение это находит при фильтрации двуокиси находит при фильтрации двуокиси углерода из природного газа и при углерода из природного газа и при создании автомобильных катализаторовсоздании автомобильных катализаторов

Уменьшение сил трения и вязкости Уменьшение сил трения и вязкости в микромеханических системахв микромеханических системах

Наноразмерные неровности Наноразмерные неровности поверхностей сокращают площадь поверхностей сокращают площадь контакта между поверхностями Таким контакта между поверхностями Таким образом металлические материалы с образом металлические материалы с наноструктурой обладают повышенной наноструктурой обладают повышенной по сравнению с обычным структурным по сравнению с обычным структурным состоянием твердостью и состоянием твердостью и износостойкостью Эффект износостойкостью Эффект износостойкости и малого износостойкости и малого коэффициента трения проявляется при коэффициента трения проявляется при использовании использовании полинанокристаллических алмазов и полинанокристаллических алмазов и алмазоподобных покрытий а также алмазоподобных покрытий а также сверхтвердых веществ на базе сверхтвердых веществ на базе фуллеренов (например со фуллеренов (например со сфероподобными молекулами С60) и сфероподобными молекулами С60) и фуллеридов (легированных фуллеридов (легированных фуллеренов например FexC60) фуллеренов например FexC60) наноструктурных многослойных пленок наноструктурных многослойных пленок сложного состава на основе сложного состава на основе кубического BN Cкубического BN C33NN44 TiC TiN Ti(AlN) TiC TiN Ti(AlN) обладающих очень высокой (до 70 ГПа) обладающих очень высокой (до 70 ГПа) твердостьютвердостью

Энергосбережение за счет Энергосбережение за счет увеличения ресурса работы увеличения ресурса работы техникитехники

При техническом сервисе благодаря применению наноматериалов можно При техническом сервисе благодаря применению наноматериалов можно значительно (до 15-4 раз) увеличить ресурс работы машин уменьшить значительно (до 15-4 раз) увеличить ресурс работы машин уменьшить вредные выбросы и эксплутационные затраты (в том числе расход вредные выбросы и эксплутационные затраты (в том числе расход топлива) Наноматериалы в основном фуллерены вводят в смазочные топлива) Наноматериалы в основном фуллерены вводят в смазочные материалы которые уменьшают трение и обеспечивают процесс ldquoизнос-материалы которые уменьшают трение и обеспечивают процесс ldquoизнос-восстановлениеrdquoвосстановлениеrdquo

000

020

040

060

080

100

120

140

160

Мощность двигателя Потребление топлива Срок службысмазочных материалов

Расход смазочныхматериалов

0

2

4

6

8

10

12

Продолжительность обкаткиагрегатов

Износостойкость трущихсясоединений

раз

С использованием фуллереновыхпрепаратов

Без использования

Улучшение проводимости Улучшение проводимости контактовконтактов

Внедренные в полимерную матрицу углеродные нанотрубки обеспечивают ее Внедренные в полимерную матрицу углеродные нанотрубки обеспечивают ее электро- и теплопроводность их можно рассматривать как нанопроводники электро- и теплопроводность их можно рассматривать как нанопроводники Нанотрубки увеличивают проводимость в сотни раз сильнее обычных добавок Нанотрубки увеличивают проводимость в сотни раз сильнее обычных добавок используемых для повышения проводимости материалов Благодаря этому используемых для повышения проводимости материалов Благодаря этому нанотрубки формируют объемную электропроводную структуру при введении в нанотрубки формируют объемную электропроводную структуру при введении в очень малых количествах что позволяет добиться проводимости полимеров очень малых количествах что позволяет добиться проводимости полимеров при значительно меньшей доле нанотрубок по сравнению с традиционными при значительно меньшей доле нанотрубок по сравнению с традиционными сажевыми добавкамисажевыми добавками

Данные компании Nanocyl SA Данные компании Nanocyl SA

Уменьшение сопротивления Уменьшение сопротивления проводниковпроводников

Нанопроволочные приборы показали на Нанопроволочные приборы показали на два два порядкапорядка меньшее контактное сопротивление и меньшее контактное сопротивление и на на три порядкатри порядка меньший уровень меньший уровень электрических шумов по сравнению со электрических шумов по сравнению со стандартной кремниевой технологиейстандартной кремниевой технологией

Уменьшение потерь энергии при Уменьшение потерь энергии при передачпередачее

В наноматериалах оптический сигнал передается во много раз быстрее и без В наноматериалах оптический сигнал передается во много раз быстрее и без потери энергии так как перенос информации происходит с помощью фотонов потери энергии так как перенос информации происходит с помощью фотонов Благодаря этому диссипация энергии в электронных устройствах практически Благодаря этому диссипация энергии в электронных устройствах практически сводится к нулю Один из вариантов использования данной технологии ndash создание сводится к нулю Один из вариантов использования данной технологии ndash создание источников света Поскольку около 15 - 20 вырабатываемой электроэнергии источников света Поскольку около 15 - 20 вырабатываемой электроэнергии расходуется для освещения то использование источников света с новым расходуется для освещения то использование источников света с новым принципом работы сулит огромный экономический эффектпринципом работы сулит огромный экономический эффект

4 96

28 72

70 30

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Электрическая лампочка

Оптические микросхемы наоснове периодических

структур

Разрабатываемые диодысветовой эмиссии

Выделяемая энергия в виде света Потери энергии

Энергосбережение на тепловых Энергосбережение на тепловых электростанцияхэлектростанциях

Применение новой технологии создания топливных элементов на Применение новой технологии создания топливных элементов на основе laquoЖидкой керамикиraquo приводит к значительной экономии энергии основе laquoЖидкой керамикиraquo приводит к значительной экономии энергии на тепловых электростанцияхна тепловых электростанциях

40

95

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Сжигание мазута Новые топливные элементы наоснове жидкой керамики

КПД

Наноматериалы для атомной энергетикиНаноматериалы для атомной энергетики

Перспективы развития атомной энергетики связаны Перспективы развития атомной энергетики связаны со снижением удельного потребления природного со снижением удельного потребления природного урана в основном за счет увеличения глубины урана в основном за счет увеличения глубины выгорания ядерного топлива Для этого необходимо выгорания ядерного топлива Для этого необходимо создание крупнокристаллических структур ядерных создание крупнокристаллических структур ядерных материалов с контролируемой пористостью материалов с контролируемой пористостью удерживающих продукты деления и препятствующих удерживающих продукты деления и препятствующих транспорту осколков деления к оболочке транспорту осколков деления к оболочке тепловыделяющего элемента и ее внутреннего тепловыделяющего элемента и ее внутреннего повреждения Активация процесса спекания за счет повреждения Активация процесса спекания за счет добавок нанометрического размера ndash одно из добавок нанометрического размера ndash одно из направлений создания новых видов уран-направлений создания новых видов уран-плутониевых оксидов и нитридов для ядерной плутониевых оксидов и нитридов для ядерной энергетикиэнергетики

Спасибо за вниманиеСпасибо за внимание

Разработка технологии роста углеродных Разработка технологии роста углеродных нанотрубок для создания систем с нанотрубок для создания систем с холодными эмиттерамихолодными эмиттерами

Создание и изучение новых нановеществ Создание и изучение новых нановеществ на основе метастабильных кластерных на основе метастабильных кластерных форм способных запасать и выделять форм способных запасать и выделять энергию значительно превосходящую энергию значительно превосходящую энергию известных химических энергию известных химических энергоносителейэнергоносителей

Лазерное напыление тонких Лазерное напыление тонких наноструктурированных пленок ВТСП для наноструктурированных пленок ВТСП для сверхпроводящих накопителей энергиисверхпроводящих накопителей энергии

Разработка аккумуляторов механической Разработка аккумуляторов механической энергии и демпфирующих устройств энергии и демпфирующих устройств нового поколения на основе наносистем нового поколения на основе наносистем laquoнесмачивающая жидкость - laquoнесмачивающая жидкость - нанопористое телоraquoнанопористое телоraquo

Использование УДС и нано-порошков Использование УДС и нано-порошков диоксида урана в качестве добавок к диоксида урана в качестве добавок к порошкам для совершенствования порошкам для совершенствования производства топливных таблеток АЭС или производства топливных таблеток АЭС или улучшения их характеристикулучшения их характеристик

НаноэнергетикаНаноэнергетика

Графитовая бумага с Y-нанотрубкой СТМ

Глобула из углеродных нанотрубок СТМ

Поверхность наноструктурированной топливной таблетки АСМ

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55

H mT

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

1100

1200

1300

1400

1500

1600

Jc

Ac

m2

Ccedilagraveacircegraventildeegraveigrave icirc ntildeograveuuml J c(H )iuml ethegrave ethagraveccedileuml egravedivideiacute ucirc otilde ecircicirc iacute oumlaringiacute ograveethagraveoumlegraveyumlotilde ZrN

150_Bi2223 aacute aringccedil auml icirc uumlagraveacirc icirc ecirc

172_Bi2223_0_1_ZrN

173_Bi2223_0_2_ZrN

171_Bi2223_0_27_ZrN

Повышение критического тока ВТСП за Повышение критического тока ВТСП за счет внедрения наноразмерных добавок счет внедрения наноразмерных добавок

соединений соединений TaC NbC HfN NbN SiTaC NbC HfN NbN Si33NN44

0 5 10 15 20n 1013 ntildeigrave -3

0

05

1

J c(H

=0)

Jc m

ax(H

=0)

icircograveiacute

aringauml

N bCN bNTaC

СВЕРХПРОВОДИМОСТЬСВЕРХПРОВОДИМОСТЬ

Лазерное напыление тонких Лазерное напыление тонких эпитаксиальных наноструктурированных эпитаксиальных наноструктурированных

пленок ВТСП для создания пленок ВТСП для создания сверхпроводящих проводов 2-го поколениясверхпроводящих проводов 2-го поколения

Микрофотографии пленок YBa2Cu3O7-y

а- прямое напыление б- параллельное

в- с экранированием прямого эрозионного факела увеличение x4000

Схема напылительной установки Схема напылительной установки 1 1 -- лазерный луч 2 лазерный луч 2--кварцевая кварцевая линза линза 3 3 -- подложка 4 подложка 4 -- нагреватель 5 нагреватель 5 --входные окна входные окна 6 6 -- мишень 7 мишень 7 -- эрозионный факел эрозионный факел

ИИccccледование ледование левитациилевитации

9

7

11

6

5

8

12

4

13

1

14

10

2

3

Перспективы примененияПерспективы применения транспорт (поезда на магнитной транспорт (поезда на магнитной подушке) энергетика безфрикционный магнитный подвес для подушке) энергетика безфрикционный магнитный подвес для турбин центрифуг кинетических накопителей энергиитурбин центрифуг кинетических накопителей энергии

200

400

600

800

1000

1200

1400

2 14 26 38 50

Композитные материалы на основе углеродных нанотрубок для роторов урановых газовых

центрифуг нового поколения

Устройство центрифуги

Предел прочности ГПа

Мо

дул

ь уп

руг

ост

и Г

Па Композиты на Композиты на

основе нанотрубокоснове нанотрубок

Выпускаемые углеродные волокнаВыпускаемые углеродные волокна

Характеристики- 1divide2 углеродных нанотрубок повышает в 2-7 раз прочность волокон углеродных композитов- увеличение удельной разделительной способности газовой центрифуги в 15 раза и более раз

Нанотехнология демпфирования удара и Нанотехнология демпфирования удара и аккумулирования механической энергииаккумулирования механической энергии

Принцип действия основан на использовании энергетики динамического перколяционного перехода в системе пористое тело с нанометровым размером пор и несмачивающая жидкостьПатент МИФИПатент МИФИОбласть применения системы обеспечения безопасности человека амортизаторы гашение вибраций в автомобильной авиационной космической и другой техникеХарактеристики 15 литра нанопористого тела полностью поглощают энергию автомобиля весом 1 тонна движущегося со скоростью 50 кмч

Пористое тело(наноструктура)

Гидротормоз

Пружинный тормоз Удар

Уплотнение

Шток

Порошок - пористое тело (наноструктура)

Жидкость

1 ndash пульт управления 2- высокочастотный генератор 3- баллон с инертным газом 4 ndash система напуска газа 5 ndash прибор регулирующего типа Р111 6 ndash потенциометр КСП-4 7 ndash корпус камеры 8 ndash кварцевый или керамический питатель 9 ndash термопара10 ndash высокочастотный индуктор 11 ndash расплав 12 ndash закалочный медный диск 13 ndash лентосъемник 14 ndash вакуумная система с термопарным вакуумметром ВТ-2А 15 ndash агрегат вакуумный АВЗ-20Д 16 ndash лентоприемник 17 ndash быстрозакаленная лентаПроизводительность установки ndash 500кГгод

Быстрозакаленный сплав в виде ленты

Принцип методаПринцип методаИндуктор (10) расплавляет кристаллический слиток в кварцевом тигле (8) Подается избыточное давление и из тигля через сопло расплав (11) выдавливается на вращающейся медный диск-холодильник (12) При помощи лентосъемика (13) застывший расплав в виде ленты (17) попадает в лентоприемник (16)

Наноструктурное состояние

Конструкционные наноструктурированные материалы для энергетики Получение наноматериалов методом быстрой

закалки

25 нм 25 нмНаноструктура

Создание наноструктурированных поверхностных слоев

при обработке потоками импульсной газовой плазмыУсловия обработки Плотность энергии падающего потока плазмы q=10ndash100 Джсм2Средняя плотность мощности потока плазмы Q= (3ndash100) 105 Втсм2Длительность воздействия τи= 10ndash60 мксЧисло импульсов облучения N = (1ndashktimes10)

Микроструктура модифицированного слоя стали 0Х16Н15М3Б обработанной потоками импульсной плазмы(Q = 5106 Втсм2 N = 3)

Микроструктура поперечного шлифа стали 45 облученной потоками азотной плазмы(Q = 13106 Втсм2 N = 3)

Зависимость среднего размера ячеек от удельной мощности падающего потока 1 12Х18Н10Т 2 НП2Эви 3 0Х16Н15М3Б 4 03Х20Н45М4БЦ(lh = 50 нм15 мкм)

Цель работыЦель работы ndash разработка физических основ создания ndash разработка физических основ создания новых энергоносителей на основе метастабильных нанокластерных и полимерных форм и состоящих из и состоящих из элементов не образующих в обычных условиях элементов не образующих в обычных условиях конденсированных веществконденсированных веществ- - азота гелияазота гелия Такие нановещества способны запасать энергию от 3 до Такие нановещества способны запасать энергию от 3 до 550 раз больше чем известные химические 0 раз больше чем известные химические энергоносители а также полностью выделять энергоносители а также полностью выделять запасенную энергию за короткие временазапасенную энергию за короткие времена

На данном этапе поиск проводится методами На данном этапе поиск проводится методами компьютерного моделированиякомпьютерного моделирования

Поиск новых энергоносителей на основе Поиск новых энергоносителей на основе метастабильных нанокластеровметастабильных нанокластеров

Диапазоны энергоёмкости

Азотные нанокластеры и их Азотные нанокластеры и их

ансамбли Полимерный азотансамбли Полимерный азот

предсказана возможность предсказана возможность существования ансамблей из существования ансамблей из кластеров кластеров NN88 (так называемых (так называемых laquoлодокraquo) те конденсированной laquoлодокraquo) те конденсированной фазы собранной из фазы собранной из laquoкирпичиковraquo -кластеров laquoкирпичиковraquo -кластеров NN88 Это новое нановещество должно Это новое нановещество должно быть устойчивым при быть устойчивым при нормальном давлении и нагреве нормальном давлении и нагреве до до 800К 800К

Выяснены причины Выяснены причины возможной неустойчивости возможной неустойчивости конечных кластеров Гош конечных кластеров Гош структуры полимерного азота структуры полимерного азота и вычислены времена их и вычислены времена их жизнижизни

Результаты Результаты исследованийисследованийгелиевых кластеровгелиевых кластеров

Определены параметры Определены параметры кластеров спин-кластеров спин-поляризованного гелия с поляризованного гелия с различной структуройразличной структурой

Показано что для Показано что для метастабильных спин-метастабильных спин-поляризованных кластеров поляризованных кластеров гелия выигрыш по удельной гелия выигрыш по удельной массовой энергоемкости может массовой энергоемкости может достигать 50 достигать 50

Показано что продукты Показано что продукты распада данных распада данных HEDMHEDM - - молекулы азота и атомы гелия молекулы азота и атомы гелия соответственно являются соответственно являются чрезвычайно устойчивыми к чрезвычайно устойчивыми к ионизации и распаду те не ионизации и распаду те не преобразуют выделившуюся преобразуют выделившуюся энергию во внутреннюю энергию во внутреннюю малоэффективную компоненту малоэффективную компоненту

Две метастабильные конфигурации метастабильного кластера He12 с полным спином S=6 состоящего из шести молекул (квазиатомов) He2

Метастабильный кластер He4 с полным спином S=2

Что это может датьЧто это может дать В случае успешной реализации работ в этом В случае успешной реализации работ в этом

направлении открывается возможность создания направлении открывается возможность создания принципиально новых веществ энергоемкость принципиально новых веществ энергоемкость которыхкоторых значительно превышает параметры значительно превышает параметры обычных топлив и не требует наличия окислителяобычных топлив и не требует наличия окислителя

Предполагаемые энергетические параметры HEDM на основе азота и гелия

ВеществоВеществоУдельная Удельная запасенная запасенная энергия на энергия на 1см1см33 вещества вещества[кДжсм[кДжсм33]]

Удельная Удельная запасенная запасенная энергия на энергия на 1грамм вещества 1грамм вещества [кДжг] [кДжг]

Максималь-Максималь-ная ная температура температура [[KKoo]]

Удельный Удельный импульсимпульс[[cc]]

Кластеры азотаКластеры азота 20 20 5252 77 17 17 gt10000 Кgt10000 Коо 200200400400

ГелийГелий(спин-(спин-поляризованный) поляризованный)

236236 7070 gt100000 Кgt100000 Коо 1500 1500 18901890

ИсследованияИсследованияуглеродных кластеровуглеродных кластеров

Кубейн Кубейн CC88HH88 Открыт в 1964 году Открыт в 1964 году Представляет собой Представляет собой метастабильный кластер Запасает метастабильный кластер Запасает энергию более 6 эВэнергию более 6 эВ

Характеризуется высоким Характеризуется высоким потенциальным барьером потенциальным барьером препятствующим его переходу в препятствующим его переходу в равновесное состояние поэтому равновесное состояние поэтому отличается сравнительно высокой отличается сравнительно высокой устойчивостью и способен устойчивостью и способен образовывать твердое тело с образовывать твердое тело с температурой плавления около температурой плавления около 130130ооCC Мало изучен Мало изучен

Возможные пути использования в Возможные пути использования в качестве топливного элемента в качестве топливного элемента в медицине (например для медицине (например для локального повышения локального повышения температуры в окрестности температуры в окрестности опухоли) и дропухоли) и др

CCинтез и исследование новых материалов на интез и исследование новых материалов на основе сверхтонких слоев оксидов основе сверхтонких слоев оксидов редкоземельных металлов для редкоземельных металлов для подзатворного диэлектрика МОП -подзатворного диэлектрика МОП -транзисторов нового поколениятранзисторов нового поколения

Синтез и исследование проводящих Синтез и исследование проводящих материалов для металлических затворов в материалов для металлических затворов в МОП-приборах нового поколенияМОП-приборах нового поколения Разработка физических основ технологии Разработка физических основ технологии изготовления элементов памяти на основе изготовления элементов памяти на основе магнитных туннельных переходов магнитных туннельных переходов (спинтроника)(спинтроника)

НаноэлектроникаНаноэлектроника

Si(100)Si(100)

HfOHfO2 2 (27 nm)(27 nm)

a-Si (35 a-Si (35 nm)nm)

a-NiSia-NiSixx

МОП-транзистор

готовыйготовыйобразецобразец

Процесс эпитаксиального ростаПроцесс эпитаксиального роста

Рост слоёв полупроводниковРост слоёв полупроводниковAlAlххGaGa1-х1-хAsAs In InууGaGa1-у1-уAsAs GaAs GaAs формированиеформирование квантовых ям квантовых ям квантовых точекквантовых точек

Молекулярно-лучевая эпитаксияМолекулярно-лучевая эпитаксиядля формирования наногетероструктур для формирования наногетероструктур А3В5 Установка МЛЭ А3В5 Установка МЛЭ Riber (Riber (Франция)Франция)

КАФЕДРА ФИЗИКИ НАНОРАЗМЕРНЫХ ГЕТЕРОСТРУКТУР КАФЕДРА ФИЗИКИ НАНОРАЗМЕРНЫХ ГЕТЕРОСТРУКТУР И СВЧ НАНОЭЛЕКТРОНИКИИ СВЧ НАНОЭЛЕКТРОНИКИ

Квантовые точкиКвантовые точки InAsGaAsInAsGaAs ndash скан ndash сканатомно-силового атомно-силового микроскопамикроскопа

Достижения в разработке Достижения в разработке моделировании моделировании изготовленииизготовленииШирокополосных Широкополосных малошумящих усилителей малошумящих усилителей Рекордно низкий коэф шумаРекордно низкий коэф шума Кш=037дБКш=037дБ Кус=10дБ Кус=10дБ f=f=9-9-112ГГц2ГГц- мощных транзисторов на - мощных транзисторов на AlGaNGaNAlGaNGaN W=11 W=11 ВтВтмммм граничная частотаграничная частота 100 ГГц100 ГГц-Транзисторов К-диапазона Транзисторов К-диапазона (граничная частота (граничная частота fmax=190fmax=190ГГцГГц))- Длина затвора Длина затвора ((топологическая норма) 100-топологическая норма) 100-190 нанометров190 нанометров

Современные СВЧ микросхемы на основе наногетероструктурСовременные СВЧ микросхемы на основе наногетероструктур

- разработана и изготовлена в ИСВЧПЭ РАН- разработана и изготовлена в ИСВЧПЭ РАН совместно с НПФ laquoМикранraquo Томсксовместно с НПФ laquoМикранraquo Томск

Изготовленная СВЧ микросхема Изготовленная СВЧ микросхема вставлена в вставлена в модуль бортового локатора МИГ на АФАРмодуль бортового локатора МИГ на АФАР

демонстрировавшегося на демонстрировавшегося на авиасалоне МАКС ndash 2007авиасалоне МАКС ndash 2007

Рабочие частоты Рабочие частоты ~ ~ 10-10-15 15 ГГцГГц

Первая отечественная наногетероструктурная СВЧ МИСПервая отечественная наногетероструктурная СВЧ МИС 2-х- каскадного малошумящего усилителя2-х- каскадного малошумящего усилителя

АФАРАФАР

ПОЛУЧЕНИЕ УГЛЕРОДНЫХ НАНОТРУБОКПОЛУЧЕНИЕ УГЛЕРОДНЫХ НАНОТРУБОК

Синтез Y- образной нанотрубки как основы нанотранзистора

ПОЛУЧЕНИЕ НАНОСТРУКТУРИРОВАННЫХ ПОЛУЧЕНИЕ НАНОСТРУКТУРИРОВАННЫХ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПЛЕНОК МЕТОДОМ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПЛЕНОК МЕТОДОМ

ПЛАЗМЕННОЙ ТЕХНОЛОГИИПЛАЗМЕННОЙ ТЕХНОЛОГИИ

50 нм

Подложка ndash полимерная пленка применение для конденсаторов высокой емкости

Оборудование дляОборудование для исследования физических исследования физических свойств наносистемсвойств наносистем

Исследовательский комплекс ИЛО-РФЭС-СРМИ-ВИМС (на базе XSAM-800 Kratos)

МИШЕНИ

Hf La Al Au Pt Si Ge Ni

Ti Sb B helliphellip

НАПУСК РЕАКТИВНЫХ

ГАЗОВ O2 N2 helliphellip

РЕНТГЕНОВСКИЙ ИСТОЧНИК

ИОННЫЙ ИСТОЧНИК (Ar+ He+

H+ hellip)

ПОЛУСФЕРИЧЕСКИЙ ЭНЕРГОАНАЛИЗАТОР

ЛАЗЕР

ПК

ИМПУЛЬСНОЕ ИМПУЛЬСНОЕ ЛАЗЕРНОЕ ЛАЗЕРНОЕ

ОСАЖДЕНИЕОСАЖДЕНИЕ

ДЕРЖАТЕЛЬ ОБРАЗЦОВ С

НАГРЕВАТЕЛЕМ

ДО Т=10000С

КАМЕРА КАМЕРА РОСТАРОСТА

АНАЛИТИЧЕСКАЯАНАЛИТИЧЕСКАЯ

КАМЕРАКАМЕРА

КВАД МАСС-СПЕКТРОМЕТР

Измерение методом STM и TEM атомной структуры нанокластеров металлов на углеродных подложках и в твердотельных матрицах

Нанокластеры AuC ПЭМ 50х50 нм

Нанокластер Нанокластер AuAuС СТМ С СТМ 7х7 нм7х7 нм

СканирующиСканирующиее нанотвердоме нанотвердомерыры laquoНаноСканraquolaquoНаноСканraquo и и laquoСуперlaquoСупер--НаноСканraquoНаноСканraquo

Режимы измерений

Контактный динамический режим (рельеф поверхности карта распределения модуля упругости)

Разрешение по XY 015 нм Разрешение по Z 007 нм

Индентирование склерометрия (с макс нагрузкой до 10 гр)

Динамическое наноиндентирование

Оборудование закупаемое в 2008 г под НОЦ Оборудование закупаемое в 2008 г под НОЦ Высоковакуумный сканирующий зондовый микроскоп с методиками

СТМ АСМ и МСМ Multiprobe MXPS RM VR AFM 25 ldquoOmicronrdquo (Германия) оборудованный системой рентгеновской

фотоэлектронной спектроскопии и камерой препарирования

Источник осаждения нанокластеров с квадрупольным масс-фильтромNanoGen50 (Mantis Deposition Ltd Великобритания)

Функциональные Функциональные наноматериалы для наноматериалы для

энергетикиэнергетики((обзор)обзор)

Московский инженерно-физический институтМосковский инженерно-физический институт(государственный университет)(государственный университет)

Основные области примененияОсновные области применения Транспортировка и хранение топливаТранспортировка и хранение топлива Альтернативные источники энергииАльтернативные источники энергии Получение экологически чистого топливаПолучение экологически чистого топлива Энергосбережение за счет уменьшения сил трения и Энергосбережение за счет уменьшения сил трения и

вязкостивязкости Улучшение проводимости контактовУлучшение проводимости контактов Уменьшение сопротивления проводниковУменьшение сопротивления проводников Уменьшение потерь энергии при передачеУменьшение потерь энергии при передаче Создание новых топливных элементов с большим КПДСоздание новых топливных элементов с большим КПД

Твердотельная Твердотельная энергосберегающая и энергосберегающая и

экологически чистая энергетикаэкологически чистая энергетика

Транспортировка и хранение Транспортировка и хранение водородного топливаводородного топлива

33DD-модель заполнения -модель заполнения водородом массива водородом массива углеродных углеродных нанотрубокнанотрубок

Модель заполнения массива Модель заполнения массива нанотрубок нанотрубок а) кремния и b) углерода при а) кремния и b) углерода при температуре 298 K и температуре 298 K и давлении давлении 10 МПа10 МПа

Наноматериалы в солнечных Наноматериалы в солнечных батареях ndash новые перспективы батареях ndash новые перспективы

альтернативной энергетикиальтернативной энергетики

Новые энергосистемы на основе Новые энергосистемы на основе углеродных нанотрубокуглеродных нанотрубок могут могут проводить электричество в 1000 раз проводить электричество в 1000 раз лучше медных проводовлучше медных проводов

КПД 36КПД 36Работает даже ночью Работает даже ночью утилизируя ИК-лучи утилизируя ИК-лучи которые испускает которые испускает ЗемляЗемляГораздо дешевле Гораздо дешевле традиционных традиционных солнечных батарейсолнечных батарей

Экологически чистое топливоЭкологически чистое топливо

Через молекулярные laquoворотаraquo проникают Через молекулярные laquoворотаraquo проникают молекулы двуокиси углерода а более молекулы двуокиси углерода а более крупные молекулы (метановые) остаются крупные молекулы (метановые) остаются в веществе Практическое применение это в веществе Практическое применение это находит при фильтрации двуокиси находит при фильтрации двуокиси углерода из природного газа и при углерода из природного газа и при создании автомобильных катализаторовсоздании автомобильных катализаторов

Уменьшение сил трения и вязкости Уменьшение сил трения и вязкости в микромеханических системахв микромеханических системах

Наноразмерные неровности Наноразмерные неровности поверхностей сокращают площадь поверхностей сокращают площадь контакта между поверхностями Таким контакта между поверхностями Таким образом металлические материалы с образом металлические материалы с наноструктурой обладают повышенной наноструктурой обладают повышенной по сравнению с обычным структурным по сравнению с обычным структурным состоянием твердостью и состоянием твердостью и износостойкостью Эффект износостойкостью Эффект износостойкости и малого износостойкости и малого коэффициента трения проявляется при коэффициента трения проявляется при использовании использовании полинанокристаллических алмазов и полинанокристаллических алмазов и алмазоподобных покрытий а также алмазоподобных покрытий а также сверхтвердых веществ на базе сверхтвердых веществ на базе фуллеренов (например со фуллеренов (например со сфероподобными молекулами С60) и сфероподобными молекулами С60) и фуллеридов (легированных фуллеридов (легированных фуллеренов например FexC60) фуллеренов например FexC60) наноструктурных многослойных пленок наноструктурных многослойных пленок сложного состава на основе сложного состава на основе кубического BN Cкубического BN C33NN44 TiC TiN Ti(AlN) TiC TiN Ti(AlN) обладающих очень высокой (до 70 ГПа) обладающих очень высокой (до 70 ГПа) твердостьютвердостью

Энергосбережение за счет Энергосбережение за счет увеличения ресурса работы увеличения ресурса работы техникитехники

При техническом сервисе благодаря применению наноматериалов можно При техническом сервисе благодаря применению наноматериалов можно значительно (до 15-4 раз) увеличить ресурс работы машин уменьшить значительно (до 15-4 раз) увеличить ресурс работы машин уменьшить вредные выбросы и эксплутационные затраты (в том числе расход вредные выбросы и эксплутационные затраты (в том числе расход топлива) Наноматериалы в основном фуллерены вводят в смазочные топлива) Наноматериалы в основном фуллерены вводят в смазочные материалы которые уменьшают трение и обеспечивают процесс ldquoизнос-материалы которые уменьшают трение и обеспечивают процесс ldquoизнос-восстановлениеrdquoвосстановлениеrdquo

000

020

040

060

080

100

120

140

160

Мощность двигателя Потребление топлива Срок службысмазочных материалов

Расход смазочныхматериалов

0

2

4

6

8

10

12

Продолжительность обкаткиагрегатов

Износостойкость трущихсясоединений

раз

С использованием фуллереновыхпрепаратов

Без использования

Улучшение проводимости Улучшение проводимости контактовконтактов

Внедренные в полимерную матрицу углеродные нанотрубки обеспечивают ее Внедренные в полимерную матрицу углеродные нанотрубки обеспечивают ее электро- и теплопроводность их можно рассматривать как нанопроводники электро- и теплопроводность их можно рассматривать как нанопроводники Нанотрубки увеличивают проводимость в сотни раз сильнее обычных добавок Нанотрубки увеличивают проводимость в сотни раз сильнее обычных добавок используемых для повышения проводимости материалов Благодаря этому используемых для повышения проводимости материалов Благодаря этому нанотрубки формируют объемную электропроводную структуру при введении в нанотрубки формируют объемную электропроводную структуру при введении в очень малых количествах что позволяет добиться проводимости полимеров очень малых количествах что позволяет добиться проводимости полимеров при значительно меньшей доле нанотрубок по сравнению с традиционными при значительно меньшей доле нанотрубок по сравнению с традиционными сажевыми добавкамисажевыми добавками

Данные компании Nanocyl SA Данные компании Nanocyl SA

Уменьшение сопротивления Уменьшение сопротивления проводниковпроводников

Нанопроволочные приборы показали на Нанопроволочные приборы показали на два два порядкапорядка меньшее контактное сопротивление и меньшее контактное сопротивление и на на три порядкатри порядка меньший уровень меньший уровень электрических шумов по сравнению со электрических шумов по сравнению со стандартной кремниевой технологиейстандартной кремниевой технологией

Уменьшение потерь энергии при Уменьшение потерь энергии при передачпередачее

В наноматериалах оптический сигнал передается во много раз быстрее и без В наноматериалах оптический сигнал передается во много раз быстрее и без потери энергии так как перенос информации происходит с помощью фотонов потери энергии так как перенос информации происходит с помощью фотонов Благодаря этому диссипация энергии в электронных устройствах практически Благодаря этому диссипация энергии в электронных устройствах практически сводится к нулю Один из вариантов использования данной технологии ndash создание сводится к нулю Один из вариантов использования данной технологии ndash создание источников света Поскольку около 15 - 20 вырабатываемой электроэнергии источников света Поскольку около 15 - 20 вырабатываемой электроэнергии расходуется для освещения то использование источников света с новым расходуется для освещения то использование источников света с новым принципом работы сулит огромный экономический эффектпринципом работы сулит огромный экономический эффект

4 96

28 72

70 30

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Электрическая лампочка

Оптические микросхемы наоснове периодических

структур

Разрабатываемые диодысветовой эмиссии

Выделяемая энергия в виде света Потери энергии

Энергосбережение на тепловых Энергосбережение на тепловых электростанцияхэлектростанциях

Применение новой технологии создания топливных элементов на Применение новой технологии создания топливных элементов на основе laquoЖидкой керамикиraquo приводит к значительной экономии энергии основе laquoЖидкой керамикиraquo приводит к значительной экономии энергии на тепловых электростанцияхна тепловых электростанциях

40

95

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Сжигание мазута Новые топливные элементы наоснове жидкой керамики

КПД

Наноматериалы для атомной энергетикиНаноматериалы для атомной энергетики

Перспективы развития атомной энергетики связаны Перспективы развития атомной энергетики связаны со снижением удельного потребления природного со снижением удельного потребления природного урана в основном за счет увеличения глубины урана в основном за счет увеличения глубины выгорания ядерного топлива Для этого необходимо выгорания ядерного топлива Для этого необходимо создание крупнокристаллических структур ядерных создание крупнокристаллических структур ядерных материалов с контролируемой пористостью материалов с контролируемой пористостью удерживающих продукты деления и препятствующих удерживающих продукты деления и препятствующих транспорту осколков деления к оболочке транспорту осколков деления к оболочке тепловыделяющего элемента и ее внутреннего тепловыделяющего элемента и ее внутреннего повреждения Активация процесса спекания за счет повреждения Активация процесса спекания за счет добавок нанометрического размера ndash одно из добавок нанометрического размера ndash одно из направлений создания новых видов уран-направлений создания новых видов уран-плутониевых оксидов и нитридов для ядерной плутониевых оксидов и нитридов для ядерной энергетикиэнергетики

Спасибо за вниманиеСпасибо за внимание

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55

H mT

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

1100

1200

1300

1400

1500

1600

Jc

Ac

m2

Ccedilagraveacircegraventildeegraveigrave icirc ntildeograveuuml J c(H )iuml ethegrave ethagraveccedileuml egravedivideiacute ucirc otilde ecircicirc iacute oumlaringiacute ograveethagraveoumlegraveyumlotilde ZrN

150_Bi2223 aacute aringccedil auml icirc uumlagraveacirc icirc ecirc

172_Bi2223_0_1_ZrN

173_Bi2223_0_2_ZrN

171_Bi2223_0_27_ZrN

Повышение критического тока ВТСП за Повышение критического тока ВТСП за счет внедрения наноразмерных добавок счет внедрения наноразмерных добавок

соединений соединений TaC NbC HfN NbN SiTaC NbC HfN NbN Si33NN44

0 5 10 15 20n 1013 ntildeigrave -3

0

05

1

J c(H

=0)

Jc m

ax(H

=0)

icircograveiacute

aringauml

N bCN bNTaC

СВЕРХПРОВОДИМОСТЬСВЕРХПРОВОДИМОСТЬ

Лазерное напыление тонких Лазерное напыление тонких эпитаксиальных наноструктурированных эпитаксиальных наноструктурированных

пленок ВТСП для создания пленок ВТСП для создания сверхпроводящих проводов 2-го поколениясверхпроводящих проводов 2-го поколения

Микрофотографии пленок YBa2Cu3O7-y

а- прямое напыление б- параллельное

в- с экранированием прямого эрозионного факела увеличение x4000

Схема напылительной установки Схема напылительной установки 1 1 -- лазерный луч 2 лазерный луч 2--кварцевая кварцевая линза линза 3 3 -- подложка 4 подложка 4 -- нагреватель 5 нагреватель 5 --входные окна входные окна 6 6 -- мишень 7 мишень 7 -- эрозионный факел эрозионный факел

ИИccccледование ледование левитациилевитации

9

7

11

6

5

8

12

4

13

1

14

10

2

3

Перспективы примененияПерспективы применения транспорт (поезда на магнитной транспорт (поезда на магнитной подушке) энергетика безфрикционный магнитный подвес для подушке) энергетика безфрикционный магнитный подвес для турбин центрифуг кинетических накопителей энергиитурбин центрифуг кинетических накопителей энергии

200

400

600

800

1000

1200

1400

2 14 26 38 50

Композитные материалы на основе углеродных нанотрубок для роторов урановых газовых

центрифуг нового поколения

Устройство центрифуги

Предел прочности ГПа

Мо

дул

ь уп

руг

ост

и Г

Па Композиты на Композиты на

основе нанотрубокоснове нанотрубок

Выпускаемые углеродные волокнаВыпускаемые углеродные волокна

Характеристики- 1divide2 углеродных нанотрубок повышает в 2-7 раз прочность волокон углеродных композитов- увеличение удельной разделительной способности газовой центрифуги в 15 раза и более раз

Нанотехнология демпфирования удара и Нанотехнология демпфирования удара и аккумулирования механической энергииаккумулирования механической энергии

Принцип действия основан на использовании энергетики динамического перколяционного перехода в системе пористое тело с нанометровым размером пор и несмачивающая жидкостьПатент МИФИПатент МИФИОбласть применения системы обеспечения безопасности человека амортизаторы гашение вибраций в автомобильной авиационной космической и другой техникеХарактеристики 15 литра нанопористого тела полностью поглощают энергию автомобиля весом 1 тонна движущегося со скоростью 50 кмч

Пористое тело(наноструктура)

Гидротормоз

Пружинный тормоз Удар

Уплотнение

Шток

Порошок - пористое тело (наноструктура)

Жидкость

1 ndash пульт управления 2- высокочастотный генератор 3- баллон с инертным газом 4 ndash система напуска газа 5 ndash прибор регулирующего типа Р111 6 ndash потенциометр КСП-4 7 ndash корпус камеры 8 ndash кварцевый или керамический питатель 9 ndash термопара10 ndash высокочастотный индуктор 11 ndash расплав 12 ndash закалочный медный диск 13 ndash лентосъемник 14 ndash вакуумная система с термопарным вакуумметром ВТ-2А 15 ndash агрегат вакуумный АВЗ-20Д 16 ndash лентоприемник 17 ndash быстрозакаленная лентаПроизводительность установки ndash 500кГгод

Быстрозакаленный сплав в виде ленты

Принцип методаПринцип методаИндуктор (10) расплавляет кристаллический слиток в кварцевом тигле (8) Подается избыточное давление и из тигля через сопло расплав (11) выдавливается на вращающейся медный диск-холодильник (12) При помощи лентосъемика (13) застывший расплав в виде ленты (17) попадает в лентоприемник (16)

Наноструктурное состояние

Конструкционные наноструктурированные материалы для энергетики Получение наноматериалов методом быстрой

закалки

25 нм 25 нмНаноструктура

Создание наноструктурированных поверхностных слоев

при обработке потоками импульсной газовой плазмыУсловия обработки Плотность энергии падающего потока плазмы q=10ndash100 Джсм2Средняя плотность мощности потока плазмы Q= (3ndash100) 105 Втсм2Длительность воздействия τи= 10ndash60 мксЧисло импульсов облучения N = (1ndashktimes10)

Микроструктура модифицированного слоя стали 0Х16Н15М3Б обработанной потоками импульсной плазмы(Q = 5106 Втсм2 N = 3)

Микроструктура поперечного шлифа стали 45 облученной потоками азотной плазмы(Q = 13106 Втсм2 N = 3)

Зависимость среднего размера ячеек от удельной мощности падающего потока 1 12Х18Н10Т 2 НП2Эви 3 0Х16Н15М3Б 4 03Х20Н45М4БЦ(lh = 50 нм15 мкм)

Цель работыЦель работы ndash разработка физических основ создания ndash разработка физических основ создания новых энергоносителей на основе метастабильных нанокластерных и полимерных форм и состоящих из и состоящих из элементов не образующих в обычных условиях элементов не образующих в обычных условиях конденсированных веществконденсированных веществ- - азота гелияазота гелия Такие нановещества способны запасать энергию от 3 до Такие нановещества способны запасать энергию от 3 до 550 раз больше чем известные химические 0 раз больше чем известные химические энергоносители а также полностью выделять энергоносители а также полностью выделять запасенную энергию за короткие временазапасенную энергию за короткие времена

На данном этапе поиск проводится методами На данном этапе поиск проводится методами компьютерного моделированиякомпьютерного моделирования

Поиск новых энергоносителей на основе Поиск новых энергоносителей на основе метастабильных нанокластеровметастабильных нанокластеров

Диапазоны энергоёмкости

Азотные нанокластеры и их Азотные нанокластеры и их

ансамбли Полимерный азотансамбли Полимерный азот

предсказана возможность предсказана возможность существования ансамблей из существования ансамблей из кластеров кластеров NN88 (так называемых (так называемых laquoлодокraquo) те конденсированной laquoлодокraquo) те конденсированной фазы собранной из фазы собранной из laquoкирпичиковraquo -кластеров laquoкирпичиковraquo -кластеров NN88 Это новое нановещество должно Это новое нановещество должно быть устойчивым при быть устойчивым при нормальном давлении и нагреве нормальном давлении и нагреве до до 800К 800К

Выяснены причины Выяснены причины возможной неустойчивости возможной неустойчивости конечных кластеров Гош конечных кластеров Гош структуры полимерного азота структуры полимерного азота и вычислены времена их и вычислены времена их жизнижизни

Результаты Результаты исследованийисследованийгелиевых кластеровгелиевых кластеров

Определены параметры Определены параметры кластеров спин-кластеров спин-поляризованного гелия с поляризованного гелия с различной структуройразличной структурой

Показано что для Показано что для метастабильных спин-метастабильных спин-поляризованных кластеров поляризованных кластеров гелия выигрыш по удельной гелия выигрыш по удельной массовой энергоемкости может массовой энергоемкости может достигать 50 достигать 50

Показано что продукты Показано что продукты распада данных распада данных HEDMHEDM - - молекулы азота и атомы гелия молекулы азота и атомы гелия соответственно являются соответственно являются чрезвычайно устойчивыми к чрезвычайно устойчивыми к ионизации и распаду те не ионизации и распаду те не преобразуют выделившуюся преобразуют выделившуюся энергию во внутреннюю энергию во внутреннюю малоэффективную компоненту малоэффективную компоненту

Две метастабильные конфигурации метастабильного кластера He12 с полным спином S=6 состоящего из шести молекул (квазиатомов) He2

Метастабильный кластер He4 с полным спином S=2

Что это может датьЧто это может дать В случае успешной реализации работ в этом В случае успешной реализации работ в этом

направлении открывается возможность создания направлении открывается возможность создания принципиально новых веществ энергоемкость принципиально новых веществ энергоемкость которыхкоторых значительно превышает параметры значительно превышает параметры обычных топлив и не требует наличия окислителяобычных топлив и не требует наличия окислителя

Предполагаемые энергетические параметры HEDM на основе азота и гелия

ВеществоВеществоУдельная Удельная запасенная запасенная энергия на энергия на 1см1см33 вещества вещества[кДжсм[кДжсм33]]

Удельная Удельная запасенная запасенная энергия на энергия на 1грамм вещества 1грамм вещества [кДжг] [кДжг]

Максималь-Максималь-ная ная температура температура [[KKoo]]

Удельный Удельный импульсимпульс[[cc]]

Кластеры азотаКластеры азота 20 20 5252 77 17 17 gt10000 Кgt10000 Коо 200200400400

ГелийГелий(спин-(спин-поляризованный) поляризованный)

236236 7070 gt100000 Кgt100000 Коо 1500 1500 18901890

ИсследованияИсследованияуглеродных кластеровуглеродных кластеров

Кубейн Кубейн CC88HH88 Открыт в 1964 году Открыт в 1964 году Представляет собой Представляет собой метастабильный кластер Запасает метастабильный кластер Запасает энергию более 6 эВэнергию более 6 эВ

Характеризуется высоким Характеризуется высоким потенциальным барьером потенциальным барьером препятствующим его переходу в препятствующим его переходу в равновесное состояние поэтому равновесное состояние поэтому отличается сравнительно высокой отличается сравнительно высокой устойчивостью и способен устойчивостью и способен образовывать твердое тело с образовывать твердое тело с температурой плавления около температурой плавления около 130130ооCC Мало изучен Мало изучен

Возможные пути использования в Возможные пути использования в качестве топливного элемента в качестве топливного элемента в медицине (например для медицине (например для локального повышения локального повышения температуры в окрестности температуры в окрестности опухоли) и дропухоли) и др

CCинтез и исследование новых материалов на интез и исследование новых материалов на основе сверхтонких слоев оксидов основе сверхтонких слоев оксидов редкоземельных металлов для редкоземельных металлов для подзатворного диэлектрика МОП -подзатворного диэлектрика МОП -транзисторов нового поколениятранзисторов нового поколения

Синтез и исследование проводящих Синтез и исследование проводящих материалов для металлических затворов в материалов для металлических затворов в МОП-приборах нового поколенияМОП-приборах нового поколения Разработка физических основ технологии Разработка физических основ технологии изготовления элементов памяти на основе изготовления элементов памяти на основе магнитных туннельных переходов магнитных туннельных переходов (спинтроника)(спинтроника)

НаноэлектроникаНаноэлектроника

Si(100)Si(100)

HfOHfO2 2 (27 nm)(27 nm)

a-Si (35 a-Si (35 nm)nm)

a-NiSia-NiSixx

МОП-транзистор

готовыйготовыйобразецобразец

Процесс эпитаксиального ростаПроцесс эпитаксиального роста

Рост слоёв полупроводниковРост слоёв полупроводниковAlAlххGaGa1-х1-хAsAs In InууGaGa1-у1-уAsAs GaAs GaAs формированиеформирование квантовых ям квантовых ям квантовых точекквантовых точек

Молекулярно-лучевая эпитаксияМолекулярно-лучевая эпитаксиядля формирования наногетероструктур для формирования наногетероструктур А3В5 Установка МЛЭ А3В5 Установка МЛЭ Riber (Riber (Франция)Франция)

КАФЕДРА ФИЗИКИ НАНОРАЗМЕРНЫХ ГЕТЕРОСТРУКТУР КАФЕДРА ФИЗИКИ НАНОРАЗМЕРНЫХ ГЕТЕРОСТРУКТУР И СВЧ НАНОЭЛЕКТРОНИКИИ СВЧ НАНОЭЛЕКТРОНИКИ

Квантовые точкиКвантовые точки InAsGaAsInAsGaAs ndash скан ndash сканатомно-силового атомно-силового микроскопамикроскопа

Достижения в разработке Достижения в разработке моделировании моделировании изготовленииизготовленииШирокополосных Широкополосных малошумящих усилителей малошумящих усилителей Рекордно низкий коэф шумаРекордно низкий коэф шума Кш=037дБКш=037дБ Кус=10дБ Кус=10дБ f=f=9-9-112ГГц2ГГц- мощных транзисторов на - мощных транзисторов на AlGaNGaNAlGaNGaN W=11 W=11 ВтВтмммм граничная частотаграничная частота 100 ГГц100 ГГц-Транзисторов К-диапазона Транзисторов К-диапазона (граничная частота (граничная частота fmax=190fmax=190ГГцГГц))- Длина затвора Длина затвора ((топологическая норма) 100-топологическая норма) 100-190 нанометров190 нанометров

Современные СВЧ микросхемы на основе наногетероструктурСовременные СВЧ микросхемы на основе наногетероструктур

- разработана и изготовлена в ИСВЧПЭ РАН- разработана и изготовлена в ИСВЧПЭ РАН совместно с НПФ laquoМикранraquo Томсксовместно с НПФ laquoМикранraquo Томск

Изготовленная СВЧ микросхема Изготовленная СВЧ микросхема вставлена в вставлена в модуль бортового локатора МИГ на АФАРмодуль бортового локатора МИГ на АФАР

демонстрировавшегося на демонстрировавшегося на авиасалоне МАКС ndash 2007авиасалоне МАКС ndash 2007

Рабочие частоты Рабочие частоты ~ ~ 10-10-15 15 ГГцГГц

Первая отечественная наногетероструктурная СВЧ МИСПервая отечественная наногетероструктурная СВЧ МИС 2-х- каскадного малошумящего усилителя2-х- каскадного малошумящего усилителя

АФАРАФАР

ПОЛУЧЕНИЕ УГЛЕРОДНЫХ НАНОТРУБОКПОЛУЧЕНИЕ УГЛЕРОДНЫХ НАНОТРУБОК

Синтез Y- образной нанотрубки как основы нанотранзистора

ПОЛУЧЕНИЕ НАНОСТРУКТУРИРОВАННЫХ ПОЛУЧЕНИЕ НАНОСТРУКТУРИРОВАННЫХ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПЛЕНОК МЕТОДОМ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПЛЕНОК МЕТОДОМ

ПЛАЗМЕННОЙ ТЕХНОЛОГИИПЛАЗМЕННОЙ ТЕХНОЛОГИИ

50 нм

Подложка ndash полимерная пленка применение для конденсаторов высокой емкости

Оборудование дляОборудование для исследования физических исследования физических свойств наносистемсвойств наносистем

Исследовательский комплекс ИЛО-РФЭС-СРМИ-ВИМС (на базе XSAM-800 Kratos)

МИШЕНИ

Hf La Al Au Pt Si Ge Ni

Ti Sb B helliphellip

НАПУСК РЕАКТИВНЫХ

ГАЗОВ O2 N2 helliphellip

РЕНТГЕНОВСКИЙ ИСТОЧНИК

ИОННЫЙ ИСТОЧНИК (Ar+ He+

H+ hellip)

ПОЛУСФЕРИЧЕСКИЙ ЭНЕРГОАНАЛИЗАТОР

ЛАЗЕР

ПК

ИМПУЛЬСНОЕ ИМПУЛЬСНОЕ ЛАЗЕРНОЕ ЛАЗЕРНОЕ

ОСАЖДЕНИЕОСАЖДЕНИЕ

ДЕРЖАТЕЛЬ ОБРАЗЦОВ С

НАГРЕВАТЕЛЕМ

ДО Т=10000С

КАМЕРА КАМЕРА РОСТАРОСТА

АНАЛИТИЧЕСКАЯАНАЛИТИЧЕСКАЯ

КАМЕРАКАМЕРА

КВАД МАСС-СПЕКТРОМЕТР

Измерение методом STM и TEM атомной структуры нанокластеров металлов на углеродных подложках и в твердотельных матрицах

Нанокластеры AuC ПЭМ 50х50 нм

Нанокластер Нанокластер AuAuС СТМ С СТМ 7х7 нм7х7 нм

СканирующиСканирующиее нанотвердоме нанотвердомерыры laquoНаноСканraquolaquoНаноСканraquo и и laquoСуперlaquoСупер--НаноСканraquoНаноСканraquo

Режимы измерений

Контактный динамический режим (рельеф поверхности карта распределения модуля упругости)

Разрешение по XY 015 нм Разрешение по Z 007 нм

Индентирование склерометрия (с макс нагрузкой до 10 гр)

Динамическое наноиндентирование

Оборудование закупаемое в 2008 г под НОЦ Оборудование закупаемое в 2008 г под НОЦ Высоковакуумный сканирующий зондовый микроскоп с методиками

СТМ АСМ и МСМ Multiprobe MXPS RM VR AFM 25 ldquoOmicronrdquo (Германия) оборудованный системой рентгеновской

фотоэлектронной спектроскопии и камерой препарирования

Источник осаждения нанокластеров с квадрупольным масс-фильтромNanoGen50 (Mantis Deposition Ltd Великобритания)

Функциональные Функциональные наноматериалы для наноматериалы для

энергетикиэнергетики((обзор)обзор)

Московский инженерно-физический институтМосковский инженерно-физический институт(государственный университет)(государственный университет)

Основные области примененияОсновные области применения Транспортировка и хранение топливаТранспортировка и хранение топлива Альтернативные источники энергииАльтернативные источники энергии Получение экологически чистого топливаПолучение экологически чистого топлива Энергосбережение за счет уменьшения сил трения и Энергосбережение за счет уменьшения сил трения и

вязкостивязкости Улучшение проводимости контактовУлучшение проводимости контактов Уменьшение сопротивления проводниковУменьшение сопротивления проводников Уменьшение потерь энергии при передачеУменьшение потерь энергии при передаче Создание новых топливных элементов с большим КПДСоздание новых топливных элементов с большим КПД

Твердотельная Твердотельная энергосберегающая и энергосберегающая и

экологически чистая энергетикаэкологически чистая энергетика

Транспортировка и хранение Транспортировка и хранение водородного топливаводородного топлива

33DD-модель заполнения -модель заполнения водородом массива водородом массива углеродных углеродных нанотрубокнанотрубок

Модель заполнения массива Модель заполнения массива нанотрубок нанотрубок а) кремния и b) углерода при а) кремния и b) углерода при температуре 298 K и температуре 298 K и давлении давлении 10 МПа10 МПа

Наноматериалы в солнечных Наноматериалы в солнечных батареях ndash новые перспективы батареях ndash новые перспективы

альтернативной энергетикиальтернативной энергетики

Новые энергосистемы на основе Новые энергосистемы на основе углеродных нанотрубокуглеродных нанотрубок могут могут проводить электричество в 1000 раз проводить электричество в 1000 раз лучше медных проводовлучше медных проводов

КПД 36КПД 36Работает даже ночью Работает даже ночью утилизируя ИК-лучи утилизируя ИК-лучи которые испускает которые испускает ЗемляЗемляГораздо дешевле Гораздо дешевле традиционных традиционных солнечных батарейсолнечных батарей

Экологически чистое топливоЭкологически чистое топливо

Через молекулярные laquoворотаraquo проникают Через молекулярные laquoворотаraquo проникают молекулы двуокиси углерода а более молекулы двуокиси углерода а более крупные молекулы (метановые) остаются крупные молекулы (метановые) остаются в веществе Практическое применение это в веществе Практическое применение это находит при фильтрации двуокиси находит при фильтрации двуокиси углерода из природного газа и при углерода из природного газа и при создании автомобильных катализаторовсоздании автомобильных катализаторов

Уменьшение сил трения и вязкости Уменьшение сил трения и вязкости в микромеханических системахв микромеханических системах

Наноразмерные неровности Наноразмерные неровности поверхностей сокращают площадь поверхностей сокращают площадь контакта между поверхностями Таким контакта между поверхностями Таким образом металлические материалы с образом металлические материалы с наноструктурой обладают повышенной наноструктурой обладают повышенной по сравнению с обычным структурным по сравнению с обычным структурным состоянием твердостью и состоянием твердостью и износостойкостью Эффект износостойкостью Эффект износостойкости и малого износостойкости и малого коэффициента трения проявляется при коэффициента трения проявляется при использовании использовании полинанокристаллических алмазов и полинанокристаллических алмазов и алмазоподобных покрытий а также алмазоподобных покрытий а также сверхтвердых веществ на базе сверхтвердых веществ на базе фуллеренов (например со фуллеренов (например со сфероподобными молекулами С60) и сфероподобными молекулами С60) и фуллеридов (легированных фуллеридов (легированных фуллеренов например FexC60) фуллеренов например FexC60) наноструктурных многослойных пленок наноструктурных многослойных пленок сложного состава на основе сложного состава на основе кубического BN Cкубического BN C33NN44 TiC TiN Ti(AlN) TiC TiN Ti(AlN) обладающих очень высокой (до 70 ГПа) обладающих очень высокой (до 70 ГПа) твердостьютвердостью

Энергосбережение за счет Энергосбережение за счет увеличения ресурса работы увеличения ресурса работы техникитехники

При техническом сервисе благодаря применению наноматериалов можно При техническом сервисе благодаря применению наноматериалов можно значительно (до 15-4 раз) увеличить ресурс работы машин уменьшить значительно (до 15-4 раз) увеличить ресурс работы машин уменьшить вредные выбросы и эксплутационные затраты (в том числе расход вредные выбросы и эксплутационные затраты (в том числе расход топлива) Наноматериалы в основном фуллерены вводят в смазочные топлива) Наноматериалы в основном фуллерены вводят в смазочные материалы которые уменьшают трение и обеспечивают процесс ldquoизнос-материалы которые уменьшают трение и обеспечивают процесс ldquoизнос-восстановлениеrdquoвосстановлениеrdquo

000

020

040

060

080

100

120

140

160

Мощность двигателя Потребление топлива Срок службысмазочных материалов

Расход смазочныхматериалов

0

2

4

6

8

10

12

Продолжительность обкаткиагрегатов

Износостойкость трущихсясоединений

раз

С использованием фуллереновыхпрепаратов

Без использования

Улучшение проводимости Улучшение проводимости контактовконтактов

Внедренные в полимерную матрицу углеродные нанотрубки обеспечивают ее Внедренные в полимерную матрицу углеродные нанотрубки обеспечивают ее электро- и теплопроводность их можно рассматривать как нанопроводники электро- и теплопроводность их можно рассматривать как нанопроводники Нанотрубки увеличивают проводимость в сотни раз сильнее обычных добавок Нанотрубки увеличивают проводимость в сотни раз сильнее обычных добавок используемых для повышения проводимости материалов Благодаря этому используемых для повышения проводимости материалов Благодаря этому нанотрубки формируют объемную электропроводную структуру при введении в нанотрубки формируют объемную электропроводную структуру при введении в очень малых количествах что позволяет добиться проводимости полимеров очень малых количествах что позволяет добиться проводимости полимеров при значительно меньшей доле нанотрубок по сравнению с традиционными при значительно меньшей доле нанотрубок по сравнению с традиционными сажевыми добавкамисажевыми добавками

Данные компании Nanocyl SA Данные компании Nanocyl SA

Уменьшение сопротивления Уменьшение сопротивления проводниковпроводников

Нанопроволочные приборы показали на Нанопроволочные приборы показали на два два порядкапорядка меньшее контактное сопротивление и меньшее контактное сопротивление и на на три порядкатри порядка меньший уровень меньший уровень электрических шумов по сравнению со электрических шумов по сравнению со стандартной кремниевой технологиейстандартной кремниевой технологией

Уменьшение потерь энергии при Уменьшение потерь энергии при передачпередачее

В наноматериалах оптический сигнал передается во много раз быстрее и без В наноматериалах оптический сигнал передается во много раз быстрее и без потери энергии так как перенос информации происходит с помощью фотонов потери энергии так как перенос информации происходит с помощью фотонов Благодаря этому диссипация энергии в электронных устройствах практически Благодаря этому диссипация энергии в электронных устройствах практически сводится к нулю Один из вариантов использования данной технологии ndash создание сводится к нулю Один из вариантов использования данной технологии ndash создание источников света Поскольку около 15 - 20 вырабатываемой электроэнергии источников света Поскольку около 15 - 20 вырабатываемой электроэнергии расходуется для освещения то использование источников света с новым расходуется для освещения то использование источников света с новым принципом работы сулит огромный экономический эффектпринципом работы сулит огромный экономический эффект

4 96

28 72

70 30

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Электрическая лампочка

Оптические микросхемы наоснове периодических

структур

Разрабатываемые диодысветовой эмиссии

Выделяемая энергия в виде света Потери энергии

Энергосбережение на тепловых Энергосбережение на тепловых электростанцияхэлектростанциях

Применение новой технологии создания топливных элементов на Применение новой технологии создания топливных элементов на основе laquoЖидкой керамикиraquo приводит к значительной экономии энергии основе laquoЖидкой керамикиraquo приводит к значительной экономии энергии на тепловых электростанцияхна тепловых электростанциях

40

95

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Сжигание мазута Новые топливные элементы наоснове жидкой керамики

КПД

Наноматериалы для атомной энергетикиНаноматериалы для атомной энергетики

Перспективы развития атомной энергетики связаны Перспективы развития атомной энергетики связаны со снижением удельного потребления природного со снижением удельного потребления природного урана в основном за счет увеличения глубины урана в основном за счет увеличения глубины выгорания ядерного топлива Для этого необходимо выгорания ядерного топлива Для этого необходимо создание крупнокристаллических структур ядерных создание крупнокристаллических структур ядерных материалов с контролируемой пористостью материалов с контролируемой пористостью удерживающих продукты деления и препятствующих удерживающих продукты деления и препятствующих транспорту осколков деления к оболочке транспорту осколков деления к оболочке тепловыделяющего элемента и ее внутреннего тепловыделяющего элемента и ее внутреннего повреждения Активация процесса спекания за счет повреждения Активация процесса спекания за счет добавок нанометрического размера ndash одно из добавок нанометрического размера ndash одно из направлений создания новых видов уран-направлений создания новых видов уран-плутониевых оксидов и нитридов для ядерной плутониевых оксидов и нитридов для ядерной энергетикиэнергетики

Спасибо за вниманиеСпасибо за внимание

Лазерное напыление тонких Лазерное напыление тонких эпитаксиальных наноструктурированных эпитаксиальных наноструктурированных

пленок ВТСП для создания пленок ВТСП для создания сверхпроводящих проводов 2-го поколениясверхпроводящих проводов 2-го поколения

Микрофотографии пленок YBa2Cu3O7-y

а- прямое напыление б- параллельное

в- с экранированием прямого эрозионного факела увеличение x4000

Схема напылительной установки Схема напылительной установки 1 1 -- лазерный луч 2 лазерный луч 2--кварцевая кварцевая линза линза 3 3 -- подложка 4 подложка 4 -- нагреватель 5 нагреватель 5 --входные окна входные окна 6 6 -- мишень 7 мишень 7 -- эрозионный факел эрозионный факел

ИИccccледование ледование левитациилевитации

9

7

11

6

5

8

12

4

13

1

14

10

2

3

Перспективы примененияПерспективы применения транспорт (поезда на магнитной транспорт (поезда на магнитной подушке) энергетика безфрикционный магнитный подвес для подушке) энергетика безфрикционный магнитный подвес для турбин центрифуг кинетических накопителей энергиитурбин центрифуг кинетических накопителей энергии

200

400

600

800

1000

1200

1400

2 14 26 38 50

Композитные материалы на основе углеродных нанотрубок для роторов урановых газовых

центрифуг нового поколения

Устройство центрифуги

Предел прочности ГПа

Мо

дул

ь уп

руг

ост

и Г

Па Композиты на Композиты на

основе нанотрубокоснове нанотрубок

Выпускаемые углеродные волокнаВыпускаемые углеродные волокна

Характеристики- 1divide2 углеродных нанотрубок повышает в 2-7 раз прочность волокон углеродных композитов- увеличение удельной разделительной способности газовой центрифуги в 15 раза и более раз

Нанотехнология демпфирования удара и Нанотехнология демпфирования удара и аккумулирования механической энергииаккумулирования механической энергии

Принцип действия основан на использовании энергетики динамического перколяционного перехода в системе пористое тело с нанометровым размером пор и несмачивающая жидкостьПатент МИФИПатент МИФИОбласть применения системы обеспечения безопасности человека амортизаторы гашение вибраций в автомобильной авиационной космической и другой техникеХарактеристики 15 литра нанопористого тела полностью поглощают энергию автомобиля весом 1 тонна движущегося со скоростью 50 кмч

Пористое тело(наноструктура)

Гидротормоз

Пружинный тормоз Удар

Уплотнение

Шток

Порошок - пористое тело (наноструктура)

Жидкость

1 ndash пульт управления 2- высокочастотный генератор 3- баллон с инертным газом 4 ndash система напуска газа 5 ndash прибор регулирующего типа Р111 6 ndash потенциометр КСП-4 7 ndash корпус камеры 8 ndash кварцевый или керамический питатель 9 ndash термопара10 ndash высокочастотный индуктор 11 ndash расплав 12 ndash закалочный медный диск 13 ndash лентосъемник 14 ndash вакуумная система с термопарным вакуумметром ВТ-2А 15 ndash агрегат вакуумный АВЗ-20Д 16 ndash лентоприемник 17 ndash быстрозакаленная лентаПроизводительность установки ndash 500кГгод

Быстрозакаленный сплав в виде ленты

Принцип методаПринцип методаИндуктор (10) расплавляет кристаллический слиток в кварцевом тигле (8) Подается избыточное давление и из тигля через сопло расплав (11) выдавливается на вращающейся медный диск-холодильник (12) При помощи лентосъемика (13) застывший расплав в виде ленты (17) попадает в лентоприемник (16)

Наноструктурное состояние

Конструкционные наноструктурированные материалы для энергетики Получение наноматериалов методом быстрой

закалки

25 нм 25 нмНаноструктура

Создание наноструктурированных поверхностных слоев

при обработке потоками импульсной газовой плазмыУсловия обработки Плотность энергии падающего потока плазмы q=10ndash100 Джсм2Средняя плотность мощности потока плазмы Q= (3ndash100) 105 Втсм2Длительность воздействия τи= 10ndash60 мксЧисло импульсов облучения N = (1ndashktimes10)

Микроструктура модифицированного слоя стали 0Х16Н15М3Б обработанной потоками импульсной плазмы(Q = 5106 Втсм2 N = 3)

Микроструктура поперечного шлифа стали 45 облученной потоками азотной плазмы(Q = 13106 Втсм2 N = 3)

Зависимость среднего размера ячеек от удельной мощности падающего потока 1 12Х18Н10Т 2 НП2Эви 3 0Х16Н15М3Б 4 03Х20Н45М4БЦ(lh = 50 нм15 мкм)

Цель работыЦель работы ndash разработка физических основ создания ndash разработка физических основ создания новых энергоносителей на основе метастабильных нанокластерных и полимерных форм и состоящих из и состоящих из элементов не образующих в обычных условиях элементов не образующих в обычных условиях конденсированных веществконденсированных веществ- - азота гелияазота гелия Такие нановещества способны запасать энергию от 3 до Такие нановещества способны запасать энергию от 3 до 550 раз больше чем известные химические 0 раз больше чем известные химические энергоносители а также полностью выделять энергоносители а также полностью выделять запасенную энергию за короткие временазапасенную энергию за короткие времена

На данном этапе поиск проводится методами На данном этапе поиск проводится методами компьютерного моделированиякомпьютерного моделирования

Поиск новых энергоносителей на основе Поиск новых энергоносителей на основе метастабильных нанокластеровметастабильных нанокластеров

Диапазоны энергоёмкости

Азотные нанокластеры и их Азотные нанокластеры и их

ансамбли Полимерный азотансамбли Полимерный азот

предсказана возможность предсказана возможность существования ансамблей из существования ансамблей из кластеров кластеров NN88 (так называемых (так называемых laquoлодокraquo) те конденсированной laquoлодокraquo) те конденсированной фазы собранной из фазы собранной из laquoкирпичиковraquo -кластеров laquoкирпичиковraquo -кластеров NN88 Это новое нановещество должно Это новое нановещество должно быть устойчивым при быть устойчивым при нормальном давлении и нагреве нормальном давлении и нагреве до до 800К 800К

Выяснены причины Выяснены причины возможной неустойчивости возможной неустойчивости конечных кластеров Гош конечных кластеров Гош структуры полимерного азота структуры полимерного азота и вычислены времена их и вычислены времена их жизнижизни

Результаты Результаты исследованийисследованийгелиевых кластеровгелиевых кластеров

Определены параметры Определены параметры кластеров спин-кластеров спин-поляризованного гелия с поляризованного гелия с различной структуройразличной структурой

Показано что для Показано что для метастабильных спин-метастабильных спин-поляризованных кластеров поляризованных кластеров гелия выигрыш по удельной гелия выигрыш по удельной массовой энергоемкости может массовой энергоемкости может достигать 50 достигать 50

Показано что продукты Показано что продукты распада данных распада данных HEDMHEDM - - молекулы азота и атомы гелия молекулы азота и атомы гелия соответственно являются соответственно являются чрезвычайно устойчивыми к чрезвычайно устойчивыми к ионизации и распаду те не ионизации и распаду те не преобразуют выделившуюся преобразуют выделившуюся энергию во внутреннюю энергию во внутреннюю малоэффективную компоненту малоэффективную компоненту

Две метастабильные конфигурации метастабильного кластера He12 с полным спином S=6 состоящего из шести молекул (квазиатомов) He2

Метастабильный кластер He4 с полным спином S=2

Что это может датьЧто это может дать В случае успешной реализации работ в этом В случае успешной реализации работ в этом

направлении открывается возможность создания направлении открывается возможность создания принципиально новых веществ энергоемкость принципиально новых веществ энергоемкость которыхкоторых значительно превышает параметры значительно превышает параметры обычных топлив и не требует наличия окислителяобычных топлив и не требует наличия окислителя

Предполагаемые энергетические параметры HEDM на основе азота и гелия

ВеществоВеществоУдельная Удельная запасенная запасенная энергия на энергия на 1см1см33 вещества вещества[кДжсм[кДжсм33]]

Удельная Удельная запасенная запасенная энергия на энергия на 1грамм вещества 1грамм вещества [кДжг] [кДжг]

Максималь-Максималь-ная ная температура температура [[KKoo]]

Удельный Удельный импульсимпульс[[cc]]

Кластеры азотаКластеры азота 20 20 5252 77 17 17 gt10000 Кgt10000 Коо 200200400400

ГелийГелий(спин-(спин-поляризованный) поляризованный)

236236 7070 gt100000 Кgt100000 Коо 1500 1500 18901890

ИсследованияИсследованияуглеродных кластеровуглеродных кластеров

Кубейн Кубейн CC88HH88 Открыт в 1964 году Открыт в 1964 году Представляет собой Представляет собой метастабильный кластер Запасает метастабильный кластер Запасает энергию более 6 эВэнергию более 6 эВ

Характеризуется высоким Характеризуется высоким потенциальным барьером потенциальным барьером препятствующим его переходу в препятствующим его переходу в равновесное состояние поэтому равновесное состояние поэтому отличается сравнительно высокой отличается сравнительно высокой устойчивостью и способен устойчивостью и способен образовывать твердое тело с образовывать твердое тело с температурой плавления около температурой плавления около 130130ооCC Мало изучен Мало изучен

Возможные пути использования в Возможные пути использования в качестве топливного элемента в качестве топливного элемента в медицине (например для медицине (например для локального повышения локального повышения температуры в окрестности температуры в окрестности опухоли) и дропухоли) и др

CCинтез и исследование новых материалов на интез и исследование новых материалов на основе сверхтонких слоев оксидов основе сверхтонких слоев оксидов редкоземельных металлов для редкоземельных металлов для подзатворного диэлектрика МОП -подзатворного диэлектрика МОП -транзисторов нового поколениятранзисторов нового поколения

Синтез и исследование проводящих Синтез и исследование проводящих материалов для металлических затворов в материалов для металлических затворов в МОП-приборах нового поколенияМОП-приборах нового поколения Разработка физических основ технологии Разработка физических основ технологии изготовления элементов памяти на основе изготовления элементов памяти на основе магнитных туннельных переходов магнитных туннельных переходов (спинтроника)(спинтроника)

НаноэлектроникаНаноэлектроника

Si(100)Si(100)

HfOHfO2 2 (27 nm)(27 nm)

a-Si (35 a-Si (35 nm)nm)

a-NiSia-NiSixx

МОП-транзистор

готовыйготовыйобразецобразец

Процесс эпитаксиального ростаПроцесс эпитаксиального роста

Рост слоёв полупроводниковРост слоёв полупроводниковAlAlххGaGa1-х1-хAsAs In InууGaGa1-у1-уAsAs GaAs GaAs формированиеформирование квантовых ям квантовых ям квантовых точекквантовых точек

Молекулярно-лучевая эпитаксияМолекулярно-лучевая эпитаксиядля формирования наногетероструктур для формирования наногетероструктур А3В5 Установка МЛЭ А3В5 Установка МЛЭ Riber (Riber (Франция)Франция)

КАФЕДРА ФИЗИКИ НАНОРАЗМЕРНЫХ ГЕТЕРОСТРУКТУР КАФЕДРА ФИЗИКИ НАНОРАЗМЕРНЫХ ГЕТЕРОСТРУКТУР И СВЧ НАНОЭЛЕКТРОНИКИИ СВЧ НАНОЭЛЕКТРОНИКИ

Квантовые точкиКвантовые точки InAsGaAsInAsGaAs ndash скан ndash сканатомно-силового атомно-силового микроскопамикроскопа

Достижения в разработке Достижения в разработке моделировании моделировании изготовленииизготовленииШирокополосных Широкополосных малошумящих усилителей малошумящих усилителей Рекордно низкий коэф шумаРекордно низкий коэф шума Кш=037дБКш=037дБ Кус=10дБ Кус=10дБ f=f=9-9-112ГГц2ГГц- мощных транзисторов на - мощных транзисторов на AlGaNGaNAlGaNGaN W=11 W=11 ВтВтмммм граничная частотаграничная частота 100 ГГц100 ГГц-Транзисторов К-диапазона Транзисторов К-диапазона (граничная частота (граничная частота fmax=190fmax=190ГГцГГц))- Длина затвора Длина затвора ((топологическая норма) 100-топологическая норма) 100-190 нанометров190 нанометров

Современные СВЧ микросхемы на основе наногетероструктурСовременные СВЧ микросхемы на основе наногетероструктур

- разработана и изготовлена в ИСВЧПЭ РАН- разработана и изготовлена в ИСВЧПЭ РАН совместно с НПФ laquoМикранraquo Томсксовместно с НПФ laquoМикранraquo Томск

Изготовленная СВЧ микросхема Изготовленная СВЧ микросхема вставлена в вставлена в модуль бортового локатора МИГ на АФАРмодуль бортового локатора МИГ на АФАР

демонстрировавшегося на демонстрировавшегося на авиасалоне МАКС ndash 2007авиасалоне МАКС ndash 2007

Рабочие частоты Рабочие частоты ~ ~ 10-10-15 15 ГГцГГц

Первая отечественная наногетероструктурная СВЧ МИСПервая отечественная наногетероструктурная СВЧ МИС 2-х- каскадного малошумящего усилителя2-х- каскадного малошумящего усилителя

АФАРАФАР

ПОЛУЧЕНИЕ УГЛЕРОДНЫХ НАНОТРУБОКПОЛУЧЕНИЕ УГЛЕРОДНЫХ НАНОТРУБОК

Синтез Y- образной нанотрубки как основы нанотранзистора

ПОЛУЧЕНИЕ НАНОСТРУКТУРИРОВАННЫХ ПОЛУЧЕНИЕ НАНОСТРУКТУРИРОВАННЫХ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПЛЕНОК МЕТОДОМ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПЛЕНОК МЕТОДОМ

ПЛАЗМЕННОЙ ТЕХНОЛОГИИПЛАЗМЕННОЙ ТЕХНОЛОГИИ

50 нм

Подложка ndash полимерная пленка применение для конденсаторов высокой емкости

Оборудование дляОборудование для исследования физических исследования физических свойств наносистемсвойств наносистем

Исследовательский комплекс ИЛО-РФЭС-СРМИ-ВИМС (на базе XSAM-800 Kratos)

МИШЕНИ

Hf La Al Au Pt Si Ge Ni

Ti Sb B helliphellip

НАПУСК РЕАКТИВНЫХ

ГАЗОВ O2 N2 helliphellip

РЕНТГЕНОВСКИЙ ИСТОЧНИК

ИОННЫЙ ИСТОЧНИК (Ar+ He+

H+ hellip)

ПОЛУСФЕРИЧЕСКИЙ ЭНЕРГОАНАЛИЗАТОР

ЛАЗЕР

ПК

ИМПУЛЬСНОЕ ИМПУЛЬСНОЕ ЛАЗЕРНОЕ ЛАЗЕРНОЕ

ОСАЖДЕНИЕОСАЖДЕНИЕ

ДЕРЖАТЕЛЬ ОБРАЗЦОВ С

НАГРЕВАТЕЛЕМ

ДО Т=10000С

КАМЕРА КАМЕРА РОСТАРОСТА

АНАЛИТИЧЕСКАЯАНАЛИТИЧЕСКАЯ

КАМЕРАКАМЕРА

КВАД МАСС-СПЕКТРОМЕТР

Измерение методом STM и TEM атомной структуры нанокластеров металлов на углеродных подложках и в твердотельных матрицах

Нанокластеры AuC ПЭМ 50х50 нм

Нанокластер Нанокластер AuAuС СТМ С СТМ 7х7 нм7х7 нм

СканирующиСканирующиее нанотвердоме нанотвердомерыры laquoНаноСканraquolaquoНаноСканraquo и и laquoСуперlaquoСупер--НаноСканraquoНаноСканraquo

Режимы измерений

Контактный динамический режим (рельеф поверхности карта распределения модуля упругости)

Разрешение по XY 015 нм Разрешение по Z 007 нм

Индентирование склерометрия (с макс нагрузкой до 10 гр)

Динамическое наноиндентирование

Оборудование закупаемое в 2008 г под НОЦ Оборудование закупаемое в 2008 г под НОЦ Высоковакуумный сканирующий зондовый микроскоп с методиками

СТМ АСМ и МСМ Multiprobe MXPS RM VR AFM 25 ldquoOmicronrdquo (Германия) оборудованный системой рентгеновской

фотоэлектронной спектроскопии и камерой препарирования

Источник осаждения нанокластеров с квадрупольным масс-фильтромNanoGen50 (Mantis Deposition Ltd Великобритания)

Функциональные Функциональные наноматериалы для наноматериалы для

энергетикиэнергетики((обзор)обзор)

Московский инженерно-физический институтМосковский инженерно-физический институт(государственный университет)(государственный университет)

Основные области примененияОсновные области применения Транспортировка и хранение топливаТранспортировка и хранение топлива Альтернативные источники энергииАльтернативные источники энергии Получение экологически чистого топливаПолучение экологически чистого топлива Энергосбережение за счет уменьшения сил трения и Энергосбережение за счет уменьшения сил трения и

вязкостивязкости Улучшение проводимости контактовУлучшение проводимости контактов Уменьшение сопротивления проводниковУменьшение сопротивления проводников Уменьшение потерь энергии при передачеУменьшение потерь энергии при передаче Создание новых топливных элементов с большим КПДСоздание новых топливных элементов с большим КПД

Твердотельная Твердотельная энергосберегающая и энергосберегающая и

экологически чистая энергетикаэкологически чистая энергетика

Транспортировка и хранение Транспортировка и хранение водородного топливаводородного топлива

33DD-модель заполнения -модель заполнения водородом массива водородом массива углеродных углеродных нанотрубокнанотрубок

Модель заполнения массива Модель заполнения массива нанотрубок нанотрубок а) кремния и b) углерода при а) кремния и b) углерода при температуре 298 K и температуре 298 K и давлении давлении 10 МПа10 МПа

Наноматериалы в солнечных Наноматериалы в солнечных батареях ndash новые перспективы батареях ndash новые перспективы

альтернативной энергетикиальтернативной энергетики

Новые энергосистемы на основе Новые энергосистемы на основе углеродных нанотрубокуглеродных нанотрубок могут могут проводить электричество в 1000 раз проводить электричество в 1000 раз лучше медных проводовлучше медных проводов

КПД 36КПД 36Работает даже ночью Работает даже ночью утилизируя ИК-лучи утилизируя ИК-лучи которые испускает которые испускает ЗемляЗемляГораздо дешевле Гораздо дешевле традиционных традиционных солнечных батарейсолнечных батарей

Экологически чистое топливоЭкологически чистое топливо

Через молекулярные laquoворотаraquo проникают Через молекулярные laquoворотаraquo проникают молекулы двуокиси углерода а более молекулы двуокиси углерода а более крупные молекулы (метановые) остаются крупные молекулы (метановые) остаются в веществе Практическое применение это в веществе Практическое применение это находит при фильтрации двуокиси находит при фильтрации двуокиси углерода из природного газа и при углерода из природного газа и при создании автомобильных катализаторовсоздании автомобильных катализаторов

Уменьшение сил трения и вязкости Уменьшение сил трения и вязкости в микромеханических системахв микромеханических системах

Наноразмерные неровности Наноразмерные неровности поверхностей сокращают площадь поверхностей сокращают площадь контакта между поверхностями Таким контакта между поверхностями Таким образом металлические материалы с образом металлические материалы с наноструктурой обладают повышенной наноструктурой обладают повышенной по сравнению с обычным структурным по сравнению с обычным структурным состоянием твердостью и состоянием твердостью и износостойкостью Эффект износостойкостью Эффект износостойкости и малого износостойкости и малого коэффициента трения проявляется при коэффициента трения проявляется при использовании использовании полинанокристаллических алмазов и полинанокристаллических алмазов и алмазоподобных покрытий а также алмазоподобных покрытий а также сверхтвердых веществ на базе сверхтвердых веществ на базе фуллеренов (например со фуллеренов (например со сфероподобными молекулами С60) и сфероподобными молекулами С60) и фуллеридов (легированных фуллеридов (легированных фуллеренов например FexC60) фуллеренов например FexC60) наноструктурных многослойных пленок наноструктурных многослойных пленок сложного состава на основе сложного состава на основе кубического BN Cкубического BN C33NN44 TiC TiN Ti(AlN) TiC TiN Ti(AlN) обладающих очень высокой (до 70 ГПа) обладающих очень высокой (до 70 ГПа) твердостьютвердостью

Энергосбережение за счет Энергосбережение за счет увеличения ресурса работы увеличения ресурса работы техникитехники

При техническом сервисе благодаря применению наноматериалов можно При техническом сервисе благодаря применению наноматериалов можно значительно (до 15-4 раз) увеличить ресурс работы машин уменьшить значительно (до 15-4 раз) увеличить ресурс работы машин уменьшить вредные выбросы и эксплутационные затраты (в том числе расход вредные выбросы и эксплутационные затраты (в том числе расход топлива) Наноматериалы в основном фуллерены вводят в смазочные топлива) Наноматериалы в основном фуллерены вводят в смазочные материалы которые уменьшают трение и обеспечивают процесс ldquoизнос-материалы которые уменьшают трение и обеспечивают процесс ldquoизнос-восстановлениеrdquoвосстановлениеrdquo

000

020

040

060

080

100

120

140

160

Мощность двигателя Потребление топлива Срок службысмазочных материалов

Расход смазочныхматериалов

0

2

4

6

8

10

12

Продолжительность обкаткиагрегатов

Износостойкость трущихсясоединений

раз

С использованием фуллереновыхпрепаратов

Без использования

Улучшение проводимости Улучшение проводимости контактовконтактов

Внедренные в полимерную матрицу углеродные нанотрубки обеспечивают ее Внедренные в полимерную матрицу углеродные нанотрубки обеспечивают ее электро- и теплопроводность их можно рассматривать как нанопроводники электро- и теплопроводность их можно рассматривать как нанопроводники Нанотрубки увеличивают проводимость в сотни раз сильнее обычных добавок Нанотрубки увеличивают проводимость в сотни раз сильнее обычных добавок используемых для повышения проводимости материалов Благодаря этому используемых для повышения проводимости материалов Благодаря этому нанотрубки формируют объемную электропроводную структуру при введении в нанотрубки формируют объемную электропроводную структуру при введении в очень малых количествах что позволяет добиться проводимости полимеров очень малых количествах что позволяет добиться проводимости полимеров при значительно меньшей доле нанотрубок по сравнению с традиционными при значительно меньшей доле нанотрубок по сравнению с традиционными сажевыми добавкамисажевыми добавками

Данные компании Nanocyl SA Данные компании Nanocyl SA

Уменьшение сопротивления Уменьшение сопротивления проводниковпроводников

Нанопроволочные приборы показали на Нанопроволочные приборы показали на два два порядкапорядка меньшее контактное сопротивление и меньшее контактное сопротивление и на на три порядкатри порядка меньший уровень меньший уровень электрических шумов по сравнению со электрических шумов по сравнению со стандартной кремниевой технологиейстандартной кремниевой технологией

Уменьшение потерь энергии при Уменьшение потерь энергии при передачпередачее

В наноматериалах оптический сигнал передается во много раз быстрее и без В наноматериалах оптический сигнал передается во много раз быстрее и без потери энергии так как перенос информации происходит с помощью фотонов потери энергии так как перенос информации происходит с помощью фотонов Благодаря этому диссипация энергии в электронных устройствах практически Благодаря этому диссипация энергии в электронных устройствах практически сводится к нулю Один из вариантов использования данной технологии ndash создание сводится к нулю Один из вариантов использования данной технологии ndash создание источников света Поскольку около 15 - 20 вырабатываемой электроэнергии источников света Поскольку около 15 - 20 вырабатываемой электроэнергии расходуется для освещения то использование источников света с новым расходуется для освещения то использование источников света с новым принципом работы сулит огромный экономический эффектпринципом работы сулит огромный экономический эффект

4 96

28 72

70 30

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Электрическая лампочка

Оптические микросхемы наоснове периодических

структур

Разрабатываемые диодысветовой эмиссии

Выделяемая энергия в виде света Потери энергии

Энергосбережение на тепловых Энергосбережение на тепловых электростанцияхэлектростанциях

Применение новой технологии создания топливных элементов на Применение новой технологии создания топливных элементов на основе laquoЖидкой керамикиraquo приводит к значительной экономии энергии основе laquoЖидкой керамикиraquo приводит к значительной экономии энергии на тепловых электростанцияхна тепловых электростанциях

40

95

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Сжигание мазута Новые топливные элементы наоснове жидкой керамики

КПД

Наноматериалы для атомной энергетикиНаноматериалы для атомной энергетики

Перспективы развития атомной энергетики связаны Перспективы развития атомной энергетики связаны со снижением удельного потребления природного со снижением удельного потребления природного урана в основном за счет увеличения глубины урана в основном за счет увеличения глубины выгорания ядерного топлива Для этого необходимо выгорания ядерного топлива Для этого необходимо создание крупнокристаллических структур ядерных создание крупнокристаллических структур ядерных материалов с контролируемой пористостью материалов с контролируемой пористостью удерживающих продукты деления и препятствующих удерживающих продукты деления и препятствующих транспорту осколков деления к оболочке транспорту осколков деления к оболочке тепловыделяющего элемента и ее внутреннего тепловыделяющего элемента и ее внутреннего повреждения Активация процесса спекания за счет повреждения Активация процесса спекания за счет добавок нанометрического размера ndash одно из добавок нанометрического размера ndash одно из направлений создания новых видов уран-направлений создания новых видов уран-плутониевых оксидов и нитридов для ядерной плутониевых оксидов и нитридов для ядерной энергетикиэнергетики

Спасибо за вниманиеСпасибо за внимание

ИИccccледование ледование левитациилевитации

9

7

11

6

5

8

12

4

13

1

14

10

2

3

Перспективы примененияПерспективы применения транспорт (поезда на магнитной транспорт (поезда на магнитной подушке) энергетика безфрикционный магнитный подвес для подушке) энергетика безфрикционный магнитный подвес для турбин центрифуг кинетических накопителей энергиитурбин центрифуг кинетических накопителей энергии

200

400

600

800

1000

1200

1400

2 14 26 38 50

Композитные материалы на основе углеродных нанотрубок для роторов урановых газовых

центрифуг нового поколения

Устройство центрифуги

Предел прочности ГПа

Мо

дул

ь уп

руг

ост

и Г

Па Композиты на Композиты на

основе нанотрубокоснове нанотрубок

Выпускаемые углеродные волокнаВыпускаемые углеродные волокна

Характеристики- 1divide2 углеродных нанотрубок повышает в 2-7 раз прочность волокон углеродных композитов- увеличение удельной разделительной способности газовой центрифуги в 15 раза и более раз

Нанотехнология демпфирования удара и Нанотехнология демпфирования удара и аккумулирования механической энергииаккумулирования механической энергии

Принцип действия основан на использовании энергетики динамического перколяционного перехода в системе пористое тело с нанометровым размером пор и несмачивающая жидкостьПатент МИФИПатент МИФИОбласть применения системы обеспечения безопасности человека амортизаторы гашение вибраций в автомобильной авиационной космической и другой техникеХарактеристики 15 литра нанопористого тела полностью поглощают энергию автомобиля весом 1 тонна движущегося со скоростью 50 кмч

Пористое тело(наноструктура)

Гидротормоз

Пружинный тормоз Удар

Уплотнение

Шток

Порошок - пористое тело (наноструктура)

Жидкость

1 ndash пульт управления 2- высокочастотный генератор 3- баллон с инертным газом 4 ndash система напуска газа 5 ndash прибор регулирующего типа Р111 6 ndash потенциометр КСП-4 7 ndash корпус камеры 8 ndash кварцевый или керамический питатель 9 ndash термопара10 ndash высокочастотный индуктор 11 ndash расплав 12 ndash закалочный медный диск 13 ndash лентосъемник 14 ndash вакуумная система с термопарным вакуумметром ВТ-2А 15 ndash агрегат вакуумный АВЗ-20Д 16 ndash лентоприемник 17 ndash быстрозакаленная лентаПроизводительность установки ndash 500кГгод

Быстрозакаленный сплав в виде ленты

Принцип методаПринцип методаИндуктор (10) расплавляет кристаллический слиток в кварцевом тигле (8) Подается избыточное давление и из тигля через сопло расплав (11) выдавливается на вращающейся медный диск-холодильник (12) При помощи лентосъемика (13) застывший расплав в виде ленты (17) попадает в лентоприемник (16)

Наноструктурное состояние

Конструкционные наноструктурированные материалы для энергетики Получение наноматериалов методом быстрой

закалки

25 нм 25 нмНаноструктура

Создание наноструктурированных поверхностных слоев

при обработке потоками импульсной газовой плазмыУсловия обработки Плотность энергии падающего потока плазмы q=10ndash100 Джсм2Средняя плотность мощности потока плазмы Q= (3ndash100) 105 Втсм2Длительность воздействия τи= 10ndash60 мксЧисло импульсов облучения N = (1ndashktimes10)

Микроструктура модифицированного слоя стали 0Х16Н15М3Б обработанной потоками импульсной плазмы(Q = 5106 Втсм2 N = 3)

Микроструктура поперечного шлифа стали 45 облученной потоками азотной плазмы(Q = 13106 Втсм2 N = 3)

Зависимость среднего размера ячеек от удельной мощности падающего потока 1 12Х18Н10Т 2 НП2Эви 3 0Х16Н15М3Б 4 03Х20Н45М4БЦ(lh = 50 нм15 мкм)

Цель работыЦель работы ndash разработка физических основ создания ndash разработка физических основ создания новых энергоносителей на основе метастабильных нанокластерных и полимерных форм и состоящих из и состоящих из элементов не образующих в обычных условиях элементов не образующих в обычных условиях конденсированных веществконденсированных веществ- - азота гелияазота гелия Такие нановещества способны запасать энергию от 3 до Такие нановещества способны запасать энергию от 3 до 550 раз больше чем известные химические 0 раз больше чем известные химические энергоносители а также полностью выделять энергоносители а также полностью выделять запасенную энергию за короткие временазапасенную энергию за короткие времена

На данном этапе поиск проводится методами На данном этапе поиск проводится методами компьютерного моделированиякомпьютерного моделирования

Поиск новых энергоносителей на основе Поиск новых энергоносителей на основе метастабильных нанокластеровметастабильных нанокластеров

Диапазоны энергоёмкости

Азотные нанокластеры и их Азотные нанокластеры и их

ансамбли Полимерный азотансамбли Полимерный азот

предсказана возможность предсказана возможность существования ансамблей из существования ансамблей из кластеров кластеров NN88 (так называемых (так называемых laquoлодокraquo) те конденсированной laquoлодокraquo) те конденсированной фазы собранной из фазы собранной из laquoкирпичиковraquo -кластеров laquoкирпичиковraquo -кластеров NN88 Это новое нановещество должно Это новое нановещество должно быть устойчивым при быть устойчивым при нормальном давлении и нагреве нормальном давлении и нагреве до до 800К 800К

Выяснены причины Выяснены причины возможной неустойчивости возможной неустойчивости конечных кластеров Гош конечных кластеров Гош структуры полимерного азота структуры полимерного азота и вычислены времена их и вычислены времена их жизнижизни

Результаты Результаты исследованийисследованийгелиевых кластеровгелиевых кластеров

Определены параметры Определены параметры кластеров спин-кластеров спин-поляризованного гелия с поляризованного гелия с различной структуройразличной структурой

Показано что для Показано что для метастабильных спин-метастабильных спин-поляризованных кластеров поляризованных кластеров гелия выигрыш по удельной гелия выигрыш по удельной массовой энергоемкости может массовой энергоемкости может достигать 50 достигать 50

Показано что продукты Показано что продукты распада данных распада данных HEDMHEDM - - молекулы азота и атомы гелия молекулы азота и атомы гелия соответственно являются соответственно являются чрезвычайно устойчивыми к чрезвычайно устойчивыми к ионизации и распаду те не ионизации и распаду те не преобразуют выделившуюся преобразуют выделившуюся энергию во внутреннюю энергию во внутреннюю малоэффективную компоненту малоэффективную компоненту

Две метастабильные конфигурации метастабильного кластера He12 с полным спином S=6 состоящего из шести молекул (квазиатомов) He2

Метастабильный кластер He4 с полным спином S=2

Что это может датьЧто это может дать В случае успешной реализации работ в этом В случае успешной реализации работ в этом

направлении открывается возможность создания направлении открывается возможность создания принципиально новых веществ энергоемкость принципиально новых веществ энергоемкость которыхкоторых значительно превышает параметры значительно превышает параметры обычных топлив и не требует наличия окислителяобычных топлив и не требует наличия окислителя

Предполагаемые энергетические параметры HEDM на основе азота и гелия

ВеществоВеществоУдельная Удельная запасенная запасенная энергия на энергия на 1см1см33 вещества вещества[кДжсм[кДжсм33]]

Удельная Удельная запасенная запасенная энергия на энергия на 1грамм вещества 1грамм вещества [кДжг] [кДжг]

Максималь-Максималь-ная ная температура температура [[KKoo]]

Удельный Удельный импульсимпульс[[cc]]

Кластеры азотаКластеры азота 20 20 5252 77 17 17 gt10000 Кgt10000 Коо 200200400400

ГелийГелий(спин-(спин-поляризованный) поляризованный)

236236 7070 gt100000 Кgt100000 Коо 1500 1500 18901890

ИсследованияИсследованияуглеродных кластеровуглеродных кластеров

Кубейн Кубейн CC88HH88 Открыт в 1964 году Открыт в 1964 году Представляет собой Представляет собой метастабильный кластер Запасает метастабильный кластер Запасает энергию более 6 эВэнергию более 6 эВ

Характеризуется высоким Характеризуется высоким потенциальным барьером потенциальным барьером препятствующим его переходу в препятствующим его переходу в равновесное состояние поэтому равновесное состояние поэтому отличается сравнительно высокой отличается сравнительно высокой устойчивостью и способен устойчивостью и способен образовывать твердое тело с образовывать твердое тело с температурой плавления около температурой плавления около 130130ооCC Мало изучен Мало изучен

Возможные пути использования в Возможные пути использования в качестве топливного элемента в качестве топливного элемента в медицине (например для медицине (например для локального повышения локального повышения температуры в окрестности температуры в окрестности опухоли) и дропухоли) и др

CCинтез и исследование новых материалов на интез и исследование новых материалов на основе сверхтонких слоев оксидов основе сверхтонких слоев оксидов редкоземельных металлов для редкоземельных металлов для подзатворного диэлектрика МОП -подзатворного диэлектрика МОП -транзисторов нового поколениятранзисторов нового поколения

Синтез и исследование проводящих Синтез и исследование проводящих материалов для металлических затворов в материалов для металлических затворов в МОП-приборах нового поколенияМОП-приборах нового поколения Разработка физических основ технологии Разработка физических основ технологии изготовления элементов памяти на основе изготовления элементов памяти на основе магнитных туннельных переходов магнитных туннельных переходов (спинтроника)(спинтроника)

НаноэлектроникаНаноэлектроника

Si(100)Si(100)

HfOHfO2 2 (27 nm)(27 nm)

a-Si (35 a-Si (35 nm)nm)

a-NiSia-NiSixx

МОП-транзистор

готовыйготовыйобразецобразец

Процесс эпитаксиального ростаПроцесс эпитаксиального роста

Рост слоёв полупроводниковРост слоёв полупроводниковAlAlххGaGa1-х1-хAsAs In InууGaGa1-у1-уAsAs GaAs GaAs формированиеформирование квантовых ям квантовых ям квантовых точекквантовых точек

Молекулярно-лучевая эпитаксияМолекулярно-лучевая эпитаксиядля формирования наногетероструктур для формирования наногетероструктур А3В5 Установка МЛЭ А3В5 Установка МЛЭ Riber (Riber (Франция)Франция)

КАФЕДРА ФИЗИКИ НАНОРАЗМЕРНЫХ ГЕТЕРОСТРУКТУР КАФЕДРА ФИЗИКИ НАНОРАЗМЕРНЫХ ГЕТЕРОСТРУКТУР И СВЧ НАНОЭЛЕКТРОНИКИИ СВЧ НАНОЭЛЕКТРОНИКИ

Квантовые точкиКвантовые точки InAsGaAsInAsGaAs ndash скан ndash сканатомно-силового атомно-силового микроскопамикроскопа

Достижения в разработке Достижения в разработке моделировании моделировании изготовленииизготовленииШирокополосных Широкополосных малошумящих усилителей малошумящих усилителей Рекордно низкий коэф шумаРекордно низкий коэф шума Кш=037дБКш=037дБ Кус=10дБ Кус=10дБ f=f=9-9-112ГГц2ГГц- мощных транзисторов на - мощных транзисторов на AlGaNGaNAlGaNGaN W=11 W=11 ВтВтмммм граничная частотаграничная частота 100 ГГц100 ГГц-Транзисторов К-диапазона Транзисторов К-диапазона (граничная частота (граничная частота fmax=190fmax=190ГГцГГц))- Длина затвора Длина затвора ((топологическая норма) 100-топологическая норма) 100-190 нанометров190 нанометров

Современные СВЧ микросхемы на основе наногетероструктурСовременные СВЧ микросхемы на основе наногетероструктур

- разработана и изготовлена в ИСВЧПЭ РАН- разработана и изготовлена в ИСВЧПЭ РАН совместно с НПФ laquoМикранraquo Томсксовместно с НПФ laquoМикранraquo Томск

Изготовленная СВЧ микросхема Изготовленная СВЧ микросхема вставлена в вставлена в модуль бортового локатора МИГ на АФАРмодуль бортового локатора МИГ на АФАР

демонстрировавшегося на демонстрировавшегося на авиасалоне МАКС ndash 2007авиасалоне МАКС ndash 2007

Рабочие частоты Рабочие частоты ~ ~ 10-10-15 15 ГГцГГц

Первая отечественная наногетероструктурная СВЧ МИСПервая отечественная наногетероструктурная СВЧ МИС 2-х- каскадного малошумящего усилителя2-х- каскадного малошумящего усилителя

АФАРАФАР

ПОЛУЧЕНИЕ УГЛЕРОДНЫХ НАНОТРУБОКПОЛУЧЕНИЕ УГЛЕРОДНЫХ НАНОТРУБОК

Синтез Y- образной нанотрубки как основы нанотранзистора

ПОЛУЧЕНИЕ НАНОСТРУКТУРИРОВАННЫХ ПОЛУЧЕНИЕ НАНОСТРУКТУРИРОВАННЫХ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПЛЕНОК МЕТОДОМ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПЛЕНОК МЕТОДОМ

ПЛАЗМЕННОЙ ТЕХНОЛОГИИПЛАЗМЕННОЙ ТЕХНОЛОГИИ

50 нм

Подложка ndash полимерная пленка применение для конденсаторов высокой емкости

Оборудование дляОборудование для исследования физических исследования физических свойств наносистемсвойств наносистем

Исследовательский комплекс ИЛО-РФЭС-СРМИ-ВИМС (на базе XSAM-800 Kratos)

МИШЕНИ

Hf La Al Au Pt Si Ge Ni

Ti Sb B helliphellip

НАПУСК РЕАКТИВНЫХ

ГАЗОВ O2 N2 helliphellip

РЕНТГЕНОВСКИЙ ИСТОЧНИК

ИОННЫЙ ИСТОЧНИК (Ar+ He+

H+ hellip)

ПОЛУСФЕРИЧЕСКИЙ ЭНЕРГОАНАЛИЗАТОР

ЛАЗЕР

ПК

ИМПУЛЬСНОЕ ИМПУЛЬСНОЕ ЛАЗЕРНОЕ ЛАЗЕРНОЕ

ОСАЖДЕНИЕОСАЖДЕНИЕ

ДЕРЖАТЕЛЬ ОБРАЗЦОВ С

НАГРЕВАТЕЛЕМ

ДО Т=10000С

КАМЕРА КАМЕРА РОСТАРОСТА

АНАЛИТИЧЕСКАЯАНАЛИТИЧЕСКАЯ

КАМЕРАКАМЕРА

КВАД МАСС-СПЕКТРОМЕТР

Измерение методом STM и TEM атомной структуры нанокластеров металлов на углеродных подложках и в твердотельных матрицах

Нанокластеры AuC ПЭМ 50х50 нм

Нанокластер Нанокластер AuAuС СТМ С СТМ 7х7 нм7х7 нм

СканирующиСканирующиее нанотвердоме нанотвердомерыры laquoНаноСканraquolaquoНаноСканraquo и и laquoСуперlaquoСупер--НаноСканraquoНаноСканraquo

Режимы измерений

Контактный динамический режим (рельеф поверхности карта распределения модуля упругости)

Разрешение по XY 015 нм Разрешение по Z 007 нм

Индентирование склерометрия (с макс нагрузкой до 10 гр)

Динамическое наноиндентирование

Оборудование закупаемое в 2008 г под НОЦ Оборудование закупаемое в 2008 г под НОЦ Высоковакуумный сканирующий зондовый микроскоп с методиками

СТМ АСМ и МСМ Multiprobe MXPS RM VR AFM 25 ldquoOmicronrdquo (Германия) оборудованный системой рентгеновской

фотоэлектронной спектроскопии и камерой препарирования

Источник осаждения нанокластеров с квадрупольным масс-фильтромNanoGen50 (Mantis Deposition Ltd Великобритания)

Функциональные Функциональные наноматериалы для наноматериалы для

энергетикиэнергетики((обзор)обзор)

Московский инженерно-физический институтМосковский инженерно-физический институт(государственный университет)(государственный университет)

Основные области примененияОсновные области применения Транспортировка и хранение топливаТранспортировка и хранение топлива Альтернативные источники энергииАльтернативные источники энергии Получение экологически чистого топливаПолучение экологически чистого топлива Энергосбережение за счет уменьшения сил трения и Энергосбережение за счет уменьшения сил трения и

вязкостивязкости Улучшение проводимости контактовУлучшение проводимости контактов Уменьшение сопротивления проводниковУменьшение сопротивления проводников Уменьшение потерь энергии при передачеУменьшение потерь энергии при передаче Создание новых топливных элементов с большим КПДСоздание новых топливных элементов с большим КПД

Твердотельная Твердотельная энергосберегающая и энергосберегающая и

экологически чистая энергетикаэкологически чистая энергетика

Транспортировка и хранение Транспортировка и хранение водородного топливаводородного топлива

33DD-модель заполнения -модель заполнения водородом массива водородом массива углеродных углеродных нанотрубокнанотрубок

Модель заполнения массива Модель заполнения массива нанотрубок нанотрубок а) кремния и b) углерода при а) кремния и b) углерода при температуре 298 K и температуре 298 K и давлении давлении 10 МПа10 МПа

Наноматериалы в солнечных Наноматериалы в солнечных батареях ndash новые перспективы батареях ndash новые перспективы

альтернативной энергетикиальтернативной энергетики

Новые энергосистемы на основе Новые энергосистемы на основе углеродных нанотрубокуглеродных нанотрубок могут могут проводить электричество в 1000 раз проводить электричество в 1000 раз лучше медных проводовлучше медных проводов

КПД 36КПД 36Работает даже ночью Работает даже ночью утилизируя ИК-лучи утилизируя ИК-лучи которые испускает которые испускает ЗемляЗемляГораздо дешевле Гораздо дешевле традиционных традиционных солнечных батарейсолнечных батарей

Экологически чистое топливоЭкологически чистое топливо

Через молекулярные laquoворотаraquo проникают Через молекулярные laquoворотаraquo проникают молекулы двуокиси углерода а более молекулы двуокиси углерода а более крупные молекулы (метановые) остаются крупные молекулы (метановые) остаются в веществе Практическое применение это в веществе Практическое применение это находит при фильтрации двуокиси находит при фильтрации двуокиси углерода из природного газа и при углерода из природного газа и при создании автомобильных катализаторовсоздании автомобильных катализаторов

Уменьшение сил трения и вязкости Уменьшение сил трения и вязкости в микромеханических системахв микромеханических системах

Наноразмерные неровности Наноразмерные неровности поверхностей сокращают площадь поверхностей сокращают площадь контакта между поверхностями Таким контакта между поверхностями Таким образом металлические материалы с образом металлические материалы с наноструктурой обладают повышенной наноструктурой обладают повышенной по сравнению с обычным структурным по сравнению с обычным структурным состоянием твердостью и состоянием твердостью и износостойкостью Эффект износостойкостью Эффект износостойкости и малого износостойкости и малого коэффициента трения проявляется при коэффициента трения проявляется при использовании использовании полинанокристаллических алмазов и полинанокристаллических алмазов и алмазоподобных покрытий а также алмазоподобных покрытий а также сверхтвердых веществ на базе сверхтвердых веществ на базе фуллеренов (например со фуллеренов (например со сфероподобными молекулами С60) и сфероподобными молекулами С60) и фуллеридов (легированных фуллеридов (легированных фуллеренов например FexC60) фуллеренов например FexC60) наноструктурных многослойных пленок наноструктурных многослойных пленок сложного состава на основе сложного состава на основе кубического BN Cкубического BN C33NN44 TiC TiN Ti(AlN) TiC TiN Ti(AlN) обладающих очень высокой (до 70 ГПа) обладающих очень высокой (до 70 ГПа) твердостьютвердостью

Энергосбережение за счет Энергосбережение за счет увеличения ресурса работы увеличения ресурса работы техникитехники

При техническом сервисе благодаря применению наноматериалов можно При техническом сервисе благодаря применению наноматериалов можно значительно (до 15-4 раз) увеличить ресурс работы машин уменьшить значительно (до 15-4 раз) увеличить ресурс работы машин уменьшить вредные выбросы и эксплутационные затраты (в том числе расход вредные выбросы и эксплутационные затраты (в том числе расход топлива) Наноматериалы в основном фуллерены вводят в смазочные топлива) Наноматериалы в основном фуллерены вводят в смазочные материалы которые уменьшают трение и обеспечивают процесс ldquoизнос-материалы которые уменьшают трение и обеспечивают процесс ldquoизнос-восстановлениеrdquoвосстановлениеrdquo

000

020

040

060

080

100

120

140

160

Мощность двигателя Потребление топлива Срок службысмазочных материалов

Расход смазочныхматериалов

0

2

4

6

8

10

12

Продолжительность обкаткиагрегатов

Износостойкость трущихсясоединений

раз

С использованием фуллереновыхпрепаратов

Без использования

Улучшение проводимости Улучшение проводимости контактовконтактов

Внедренные в полимерную матрицу углеродные нанотрубки обеспечивают ее Внедренные в полимерную матрицу углеродные нанотрубки обеспечивают ее электро- и теплопроводность их можно рассматривать как нанопроводники электро- и теплопроводность их можно рассматривать как нанопроводники Нанотрубки увеличивают проводимость в сотни раз сильнее обычных добавок Нанотрубки увеличивают проводимость в сотни раз сильнее обычных добавок используемых для повышения проводимости материалов Благодаря этому используемых для повышения проводимости материалов Благодаря этому нанотрубки формируют объемную электропроводную структуру при введении в нанотрубки формируют объемную электропроводную структуру при введении в очень малых количествах что позволяет добиться проводимости полимеров очень малых количествах что позволяет добиться проводимости полимеров при значительно меньшей доле нанотрубок по сравнению с традиционными при значительно меньшей доле нанотрубок по сравнению с традиционными сажевыми добавкамисажевыми добавками

Данные компании Nanocyl SA Данные компании Nanocyl SA

Уменьшение сопротивления Уменьшение сопротивления проводниковпроводников

Нанопроволочные приборы показали на Нанопроволочные приборы показали на два два порядкапорядка меньшее контактное сопротивление и меньшее контактное сопротивление и на на три порядкатри порядка меньший уровень меньший уровень электрических шумов по сравнению со электрических шумов по сравнению со стандартной кремниевой технологиейстандартной кремниевой технологией

Уменьшение потерь энергии при Уменьшение потерь энергии при передачпередачее

В наноматериалах оптический сигнал передается во много раз быстрее и без В наноматериалах оптический сигнал передается во много раз быстрее и без потери энергии так как перенос информации происходит с помощью фотонов потери энергии так как перенос информации происходит с помощью фотонов Благодаря этому диссипация энергии в электронных устройствах практически Благодаря этому диссипация энергии в электронных устройствах практически сводится к нулю Один из вариантов использования данной технологии ndash создание сводится к нулю Один из вариантов использования данной технологии ndash создание источников света Поскольку около 15 - 20 вырабатываемой электроэнергии источников света Поскольку около 15 - 20 вырабатываемой электроэнергии расходуется для освещения то использование источников света с новым расходуется для освещения то использование источников света с новым принципом работы сулит огромный экономический эффектпринципом работы сулит огромный экономический эффект

4 96

28 72

70 30

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Электрическая лампочка

Оптические микросхемы наоснове периодических

структур

Разрабатываемые диодысветовой эмиссии

Выделяемая энергия в виде света Потери энергии

Энергосбережение на тепловых Энергосбережение на тепловых электростанцияхэлектростанциях

Применение новой технологии создания топливных элементов на Применение новой технологии создания топливных элементов на основе laquoЖидкой керамикиraquo приводит к значительной экономии энергии основе laquoЖидкой керамикиraquo приводит к значительной экономии энергии на тепловых электростанцияхна тепловых электростанциях

40

95

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Сжигание мазута Новые топливные элементы наоснове жидкой керамики

КПД

Наноматериалы для атомной энергетикиНаноматериалы для атомной энергетики

Перспективы развития атомной энергетики связаны Перспективы развития атомной энергетики связаны со снижением удельного потребления природного со снижением удельного потребления природного урана в основном за счет увеличения глубины урана в основном за счет увеличения глубины выгорания ядерного топлива Для этого необходимо выгорания ядерного топлива Для этого необходимо создание крупнокристаллических структур ядерных создание крупнокристаллических структур ядерных материалов с контролируемой пористостью материалов с контролируемой пористостью удерживающих продукты деления и препятствующих удерживающих продукты деления и препятствующих транспорту осколков деления к оболочке транспорту осколков деления к оболочке тепловыделяющего элемента и ее внутреннего тепловыделяющего элемента и ее внутреннего повреждения Активация процесса спекания за счет повреждения Активация процесса спекания за счет добавок нанометрического размера ndash одно из добавок нанометрического размера ndash одно из направлений создания новых видов уран-направлений создания новых видов уран-плутониевых оксидов и нитридов для ядерной плутониевых оксидов и нитридов для ядерной энергетикиэнергетики

Спасибо за вниманиеСпасибо за внимание

200

400

600

800

1000

1200

1400

2 14 26 38 50

Композитные материалы на основе углеродных нанотрубок для роторов урановых газовых

центрифуг нового поколения

Устройство центрифуги

Предел прочности ГПа

Мо

дул

ь уп

руг

ост

и Г

Па Композиты на Композиты на

основе нанотрубокоснове нанотрубок

Выпускаемые углеродные волокнаВыпускаемые углеродные волокна

Характеристики- 1divide2 углеродных нанотрубок повышает в 2-7 раз прочность волокон углеродных композитов- увеличение удельной разделительной способности газовой центрифуги в 15 раза и более раз

Нанотехнология демпфирования удара и Нанотехнология демпфирования удара и аккумулирования механической энергииаккумулирования механической энергии

Принцип действия основан на использовании энергетики динамического перколяционного перехода в системе пористое тело с нанометровым размером пор и несмачивающая жидкостьПатент МИФИПатент МИФИОбласть применения системы обеспечения безопасности человека амортизаторы гашение вибраций в автомобильной авиационной космической и другой техникеХарактеристики 15 литра нанопористого тела полностью поглощают энергию автомобиля весом 1 тонна движущегося со скоростью 50 кмч

Пористое тело(наноструктура)

Гидротормоз

Пружинный тормоз Удар

Уплотнение

Шток

Порошок - пористое тело (наноструктура)

Жидкость

1 ndash пульт управления 2- высокочастотный генератор 3- баллон с инертным газом 4 ndash система напуска газа 5 ndash прибор регулирующего типа Р111 6 ndash потенциометр КСП-4 7 ndash корпус камеры 8 ndash кварцевый или керамический питатель 9 ndash термопара10 ndash высокочастотный индуктор 11 ndash расплав 12 ndash закалочный медный диск 13 ndash лентосъемник 14 ndash вакуумная система с термопарным вакуумметром ВТ-2А 15 ndash агрегат вакуумный АВЗ-20Д 16 ndash лентоприемник 17 ndash быстрозакаленная лентаПроизводительность установки ndash 500кГгод

Быстрозакаленный сплав в виде ленты

Принцип методаПринцип методаИндуктор (10) расплавляет кристаллический слиток в кварцевом тигле (8) Подается избыточное давление и из тигля через сопло расплав (11) выдавливается на вращающейся медный диск-холодильник (12) При помощи лентосъемика (13) застывший расплав в виде ленты (17) попадает в лентоприемник (16)

Наноструктурное состояние

Конструкционные наноструктурированные материалы для энергетики Получение наноматериалов методом быстрой

закалки

25 нм 25 нмНаноструктура

Создание наноструктурированных поверхностных слоев

при обработке потоками импульсной газовой плазмыУсловия обработки Плотность энергии падающего потока плазмы q=10ndash100 Джсм2Средняя плотность мощности потока плазмы Q= (3ndash100) 105 Втсм2Длительность воздействия τи= 10ndash60 мксЧисло импульсов облучения N = (1ndashktimes10)

Микроструктура модифицированного слоя стали 0Х16Н15М3Б обработанной потоками импульсной плазмы(Q = 5106 Втсм2 N = 3)

Микроструктура поперечного шлифа стали 45 облученной потоками азотной плазмы(Q = 13106 Втсм2 N = 3)

Зависимость среднего размера ячеек от удельной мощности падающего потока 1 12Х18Н10Т 2 НП2Эви 3 0Х16Н15М3Б 4 03Х20Н45М4БЦ(lh = 50 нм15 мкм)

Цель работыЦель работы ndash разработка физических основ создания ndash разработка физических основ создания новых энергоносителей на основе метастабильных нанокластерных и полимерных форм и состоящих из и состоящих из элементов не образующих в обычных условиях элементов не образующих в обычных условиях конденсированных веществконденсированных веществ- - азота гелияазота гелия Такие нановещества способны запасать энергию от 3 до Такие нановещества способны запасать энергию от 3 до 550 раз больше чем известные химические 0 раз больше чем известные химические энергоносители а также полностью выделять энергоносители а также полностью выделять запасенную энергию за короткие временазапасенную энергию за короткие времена

На данном этапе поиск проводится методами На данном этапе поиск проводится методами компьютерного моделированиякомпьютерного моделирования

Поиск новых энергоносителей на основе Поиск новых энергоносителей на основе метастабильных нанокластеровметастабильных нанокластеров

Диапазоны энергоёмкости

Азотные нанокластеры и их Азотные нанокластеры и их

ансамбли Полимерный азотансамбли Полимерный азот

предсказана возможность предсказана возможность существования ансамблей из существования ансамблей из кластеров кластеров NN88 (так называемых (так называемых laquoлодокraquo) те конденсированной laquoлодокraquo) те конденсированной фазы собранной из фазы собранной из laquoкирпичиковraquo -кластеров laquoкирпичиковraquo -кластеров NN88 Это новое нановещество должно Это новое нановещество должно быть устойчивым при быть устойчивым при нормальном давлении и нагреве нормальном давлении и нагреве до до 800К 800К

Выяснены причины Выяснены причины возможной неустойчивости возможной неустойчивости конечных кластеров Гош конечных кластеров Гош структуры полимерного азота структуры полимерного азота и вычислены времена их и вычислены времена их жизнижизни

Результаты Результаты исследованийисследованийгелиевых кластеровгелиевых кластеров

Определены параметры Определены параметры кластеров спин-кластеров спин-поляризованного гелия с поляризованного гелия с различной структуройразличной структурой

Показано что для Показано что для метастабильных спин-метастабильных спин-поляризованных кластеров поляризованных кластеров гелия выигрыш по удельной гелия выигрыш по удельной массовой энергоемкости может массовой энергоемкости может достигать 50 достигать 50

Показано что продукты Показано что продукты распада данных распада данных HEDMHEDM - - молекулы азота и атомы гелия молекулы азота и атомы гелия соответственно являются соответственно являются чрезвычайно устойчивыми к чрезвычайно устойчивыми к ионизации и распаду те не ионизации и распаду те не преобразуют выделившуюся преобразуют выделившуюся энергию во внутреннюю энергию во внутреннюю малоэффективную компоненту малоэффективную компоненту

Две метастабильные конфигурации метастабильного кластера He12 с полным спином S=6 состоящего из шести молекул (квазиатомов) He2

Метастабильный кластер He4 с полным спином S=2

Что это может датьЧто это может дать В случае успешной реализации работ в этом В случае успешной реализации работ в этом

направлении открывается возможность создания направлении открывается возможность создания принципиально новых веществ энергоемкость принципиально новых веществ энергоемкость которыхкоторых значительно превышает параметры значительно превышает параметры обычных топлив и не требует наличия окислителяобычных топлив и не требует наличия окислителя

Предполагаемые энергетические параметры HEDM на основе азота и гелия

ВеществоВеществоУдельная Удельная запасенная запасенная энергия на энергия на 1см1см33 вещества вещества[кДжсм[кДжсм33]]

Удельная Удельная запасенная запасенная энергия на энергия на 1грамм вещества 1грамм вещества [кДжг] [кДжг]

Максималь-Максималь-ная ная температура температура [[KKoo]]

Удельный Удельный импульсимпульс[[cc]]

Кластеры азотаКластеры азота 20 20 5252 77 17 17 gt10000 Кgt10000 Коо 200200400400

ГелийГелий(спин-(спин-поляризованный) поляризованный)

236236 7070 gt100000 Кgt100000 Коо 1500 1500 18901890

ИсследованияИсследованияуглеродных кластеровуглеродных кластеров

Кубейн Кубейн CC88HH88 Открыт в 1964 году Открыт в 1964 году Представляет собой Представляет собой метастабильный кластер Запасает метастабильный кластер Запасает энергию более 6 эВэнергию более 6 эВ

Характеризуется высоким Характеризуется высоким потенциальным барьером потенциальным барьером препятствующим его переходу в препятствующим его переходу в равновесное состояние поэтому равновесное состояние поэтому отличается сравнительно высокой отличается сравнительно высокой устойчивостью и способен устойчивостью и способен образовывать твердое тело с образовывать твердое тело с температурой плавления около температурой плавления около 130130ооCC Мало изучен Мало изучен

Возможные пути использования в Возможные пути использования в качестве топливного элемента в качестве топливного элемента в медицине (например для медицине (например для локального повышения локального повышения температуры в окрестности температуры в окрестности опухоли) и дропухоли) и др

CCинтез и исследование новых материалов на интез и исследование новых материалов на основе сверхтонких слоев оксидов основе сверхтонких слоев оксидов редкоземельных металлов для редкоземельных металлов для подзатворного диэлектрика МОП -подзатворного диэлектрика МОП -транзисторов нового поколениятранзисторов нового поколения

Синтез и исследование проводящих Синтез и исследование проводящих материалов для металлических затворов в материалов для металлических затворов в МОП-приборах нового поколенияМОП-приборах нового поколения Разработка физических основ технологии Разработка физических основ технологии изготовления элементов памяти на основе изготовления элементов памяти на основе магнитных туннельных переходов магнитных туннельных переходов (спинтроника)(спинтроника)

НаноэлектроникаНаноэлектроника

Si(100)Si(100)

HfOHfO2 2 (27 nm)(27 nm)

a-Si (35 a-Si (35 nm)nm)

a-NiSia-NiSixx

МОП-транзистор

готовыйготовыйобразецобразец

Процесс эпитаксиального ростаПроцесс эпитаксиального роста

Рост слоёв полупроводниковРост слоёв полупроводниковAlAlххGaGa1-х1-хAsAs In InууGaGa1-у1-уAsAs GaAs GaAs формированиеформирование квантовых ям квантовых ям квантовых точекквантовых точек

Молекулярно-лучевая эпитаксияМолекулярно-лучевая эпитаксиядля формирования наногетероструктур для формирования наногетероструктур А3В5 Установка МЛЭ А3В5 Установка МЛЭ Riber (Riber (Франция)Франция)

КАФЕДРА ФИЗИКИ НАНОРАЗМЕРНЫХ ГЕТЕРОСТРУКТУР КАФЕДРА ФИЗИКИ НАНОРАЗМЕРНЫХ ГЕТЕРОСТРУКТУР И СВЧ НАНОЭЛЕКТРОНИКИИ СВЧ НАНОЭЛЕКТРОНИКИ

Квантовые точкиКвантовые точки InAsGaAsInAsGaAs ndash скан ndash сканатомно-силового атомно-силового микроскопамикроскопа

Достижения в разработке Достижения в разработке моделировании моделировании изготовленииизготовленииШирокополосных Широкополосных малошумящих усилителей малошумящих усилителей Рекордно низкий коэф шумаРекордно низкий коэф шума Кш=037дБКш=037дБ Кус=10дБ Кус=10дБ f=f=9-9-112ГГц2ГГц- мощных транзисторов на - мощных транзисторов на AlGaNGaNAlGaNGaN W=11 W=11 ВтВтмммм граничная частотаграничная частота 100 ГГц100 ГГц-Транзисторов К-диапазона Транзисторов К-диапазона (граничная частота (граничная частота fmax=190fmax=190ГГцГГц))- Длина затвора Длина затвора ((топологическая норма) 100-топологическая норма) 100-190 нанометров190 нанометров

Современные СВЧ микросхемы на основе наногетероструктурСовременные СВЧ микросхемы на основе наногетероструктур

- разработана и изготовлена в ИСВЧПЭ РАН- разработана и изготовлена в ИСВЧПЭ РАН совместно с НПФ laquoМикранraquo Томсксовместно с НПФ laquoМикранraquo Томск

Изготовленная СВЧ микросхема Изготовленная СВЧ микросхема вставлена в вставлена в модуль бортового локатора МИГ на АФАРмодуль бортового локатора МИГ на АФАР

демонстрировавшегося на демонстрировавшегося на авиасалоне МАКС ndash 2007авиасалоне МАКС ndash 2007

Рабочие частоты Рабочие частоты ~ ~ 10-10-15 15 ГГцГГц

Первая отечественная наногетероструктурная СВЧ МИСПервая отечественная наногетероструктурная СВЧ МИС 2-х- каскадного малошумящего усилителя2-х- каскадного малошумящего усилителя

АФАРАФАР

ПОЛУЧЕНИЕ УГЛЕРОДНЫХ НАНОТРУБОКПОЛУЧЕНИЕ УГЛЕРОДНЫХ НАНОТРУБОК

Синтез Y- образной нанотрубки как основы нанотранзистора

ПОЛУЧЕНИЕ НАНОСТРУКТУРИРОВАННЫХ ПОЛУЧЕНИЕ НАНОСТРУКТУРИРОВАННЫХ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПЛЕНОК МЕТОДОМ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПЛЕНОК МЕТОДОМ

ПЛАЗМЕННОЙ ТЕХНОЛОГИИПЛАЗМЕННОЙ ТЕХНОЛОГИИ

50 нм

Подложка ndash полимерная пленка применение для конденсаторов высокой емкости

Оборудование дляОборудование для исследования физических исследования физических свойств наносистемсвойств наносистем

Исследовательский комплекс ИЛО-РФЭС-СРМИ-ВИМС (на базе XSAM-800 Kratos)

МИШЕНИ

Hf La Al Au Pt Si Ge Ni

Ti Sb B helliphellip

НАПУСК РЕАКТИВНЫХ

ГАЗОВ O2 N2 helliphellip

РЕНТГЕНОВСКИЙ ИСТОЧНИК

ИОННЫЙ ИСТОЧНИК (Ar+ He+

H+ hellip)

ПОЛУСФЕРИЧЕСКИЙ ЭНЕРГОАНАЛИЗАТОР

ЛАЗЕР

ПК

ИМПУЛЬСНОЕ ИМПУЛЬСНОЕ ЛАЗЕРНОЕ ЛАЗЕРНОЕ

ОСАЖДЕНИЕОСАЖДЕНИЕ

ДЕРЖАТЕЛЬ ОБРАЗЦОВ С

НАГРЕВАТЕЛЕМ

ДО Т=10000С

КАМЕРА КАМЕРА РОСТАРОСТА

АНАЛИТИЧЕСКАЯАНАЛИТИЧЕСКАЯ

КАМЕРАКАМЕРА

КВАД МАСС-СПЕКТРОМЕТР

Измерение методом STM и TEM атомной структуры нанокластеров металлов на углеродных подложках и в твердотельных матрицах

Нанокластеры AuC ПЭМ 50х50 нм

Нанокластер Нанокластер AuAuС СТМ С СТМ 7х7 нм7х7 нм

СканирующиСканирующиее нанотвердоме нанотвердомерыры laquoНаноСканraquolaquoНаноСканraquo и и laquoСуперlaquoСупер--НаноСканraquoНаноСканraquo

Режимы измерений

Контактный динамический режим (рельеф поверхности карта распределения модуля упругости)

Разрешение по XY 015 нм Разрешение по Z 007 нм

Индентирование склерометрия (с макс нагрузкой до 10 гр)

Динамическое наноиндентирование

Оборудование закупаемое в 2008 г под НОЦ Оборудование закупаемое в 2008 г под НОЦ Высоковакуумный сканирующий зондовый микроскоп с методиками

СТМ АСМ и МСМ Multiprobe MXPS RM VR AFM 25 ldquoOmicronrdquo (Германия) оборудованный системой рентгеновской

фотоэлектронной спектроскопии и камерой препарирования

Источник осаждения нанокластеров с квадрупольным масс-фильтромNanoGen50 (Mantis Deposition Ltd Великобритания)

Функциональные Функциональные наноматериалы для наноматериалы для

энергетикиэнергетики((обзор)обзор)

Московский инженерно-физический институтМосковский инженерно-физический институт(государственный университет)(государственный университет)

Основные области примененияОсновные области применения Транспортировка и хранение топливаТранспортировка и хранение топлива Альтернативные источники энергииАльтернативные источники энергии Получение экологически чистого топливаПолучение экологически чистого топлива Энергосбережение за счет уменьшения сил трения и Энергосбережение за счет уменьшения сил трения и

вязкостивязкости Улучшение проводимости контактовУлучшение проводимости контактов Уменьшение сопротивления проводниковУменьшение сопротивления проводников Уменьшение потерь энергии при передачеУменьшение потерь энергии при передаче Создание новых топливных элементов с большим КПДСоздание новых топливных элементов с большим КПД

Твердотельная Твердотельная энергосберегающая и энергосберегающая и

экологически чистая энергетикаэкологически чистая энергетика

Транспортировка и хранение Транспортировка и хранение водородного топливаводородного топлива

33DD-модель заполнения -модель заполнения водородом массива водородом массива углеродных углеродных нанотрубокнанотрубок

Модель заполнения массива Модель заполнения массива нанотрубок нанотрубок а) кремния и b) углерода при а) кремния и b) углерода при температуре 298 K и температуре 298 K и давлении давлении 10 МПа10 МПа

Наноматериалы в солнечных Наноматериалы в солнечных батареях ndash новые перспективы батареях ndash новые перспективы

альтернативной энергетикиальтернативной энергетики

Новые энергосистемы на основе Новые энергосистемы на основе углеродных нанотрубокуглеродных нанотрубок могут могут проводить электричество в 1000 раз проводить электричество в 1000 раз лучше медных проводовлучше медных проводов

КПД 36КПД 36Работает даже ночью Работает даже ночью утилизируя ИК-лучи утилизируя ИК-лучи которые испускает которые испускает ЗемляЗемляГораздо дешевле Гораздо дешевле традиционных традиционных солнечных батарейсолнечных батарей

Экологически чистое топливоЭкологически чистое топливо

Через молекулярные laquoворотаraquo проникают Через молекулярные laquoворотаraquo проникают молекулы двуокиси углерода а более молекулы двуокиси углерода а более крупные молекулы (метановые) остаются крупные молекулы (метановые) остаются в веществе Практическое применение это в веществе Практическое применение это находит при фильтрации двуокиси находит при фильтрации двуокиси углерода из природного газа и при углерода из природного газа и при создании автомобильных катализаторовсоздании автомобильных катализаторов

Уменьшение сил трения и вязкости Уменьшение сил трения и вязкости в микромеханических системахв микромеханических системах

Наноразмерные неровности Наноразмерные неровности поверхностей сокращают площадь поверхностей сокращают площадь контакта между поверхностями Таким контакта между поверхностями Таким образом металлические материалы с образом металлические материалы с наноструктурой обладают повышенной наноструктурой обладают повышенной по сравнению с обычным структурным по сравнению с обычным структурным состоянием твердостью и состоянием твердостью и износостойкостью Эффект износостойкостью Эффект износостойкости и малого износостойкости и малого коэффициента трения проявляется при коэффициента трения проявляется при использовании использовании полинанокристаллических алмазов и полинанокристаллических алмазов и алмазоподобных покрытий а также алмазоподобных покрытий а также сверхтвердых веществ на базе сверхтвердых веществ на базе фуллеренов (например со фуллеренов (например со сфероподобными молекулами С60) и сфероподобными молекулами С60) и фуллеридов (легированных фуллеридов (легированных фуллеренов например FexC60) фуллеренов например FexC60) наноструктурных многослойных пленок наноструктурных многослойных пленок сложного состава на основе сложного состава на основе кубического BN Cкубического BN C33NN44 TiC TiN Ti(AlN) TiC TiN Ti(AlN) обладающих очень высокой (до 70 ГПа) обладающих очень высокой (до 70 ГПа) твердостьютвердостью

Энергосбережение за счет Энергосбережение за счет увеличения ресурса работы увеличения ресурса работы техникитехники

При техническом сервисе благодаря применению наноматериалов можно При техническом сервисе благодаря применению наноматериалов можно значительно (до 15-4 раз) увеличить ресурс работы машин уменьшить значительно (до 15-4 раз) увеличить ресурс работы машин уменьшить вредные выбросы и эксплутационные затраты (в том числе расход вредные выбросы и эксплутационные затраты (в том числе расход топлива) Наноматериалы в основном фуллерены вводят в смазочные топлива) Наноматериалы в основном фуллерены вводят в смазочные материалы которые уменьшают трение и обеспечивают процесс ldquoизнос-материалы которые уменьшают трение и обеспечивают процесс ldquoизнос-восстановлениеrdquoвосстановлениеrdquo

000

020

040

060

080

100

120

140

160

Мощность двигателя Потребление топлива Срок службысмазочных материалов

Расход смазочныхматериалов

0

2

4

6

8

10

12

Продолжительность обкаткиагрегатов

Износостойкость трущихсясоединений

раз

С использованием фуллереновыхпрепаратов

Без использования

Улучшение проводимости Улучшение проводимости контактовконтактов

Внедренные в полимерную матрицу углеродные нанотрубки обеспечивают ее Внедренные в полимерную матрицу углеродные нанотрубки обеспечивают ее электро- и теплопроводность их можно рассматривать как нанопроводники электро- и теплопроводность их можно рассматривать как нанопроводники Нанотрубки увеличивают проводимость в сотни раз сильнее обычных добавок Нанотрубки увеличивают проводимость в сотни раз сильнее обычных добавок используемых для повышения проводимости материалов Благодаря этому используемых для повышения проводимости материалов Благодаря этому нанотрубки формируют объемную электропроводную структуру при введении в нанотрубки формируют объемную электропроводную структуру при введении в очень малых количествах что позволяет добиться проводимости полимеров очень малых количествах что позволяет добиться проводимости полимеров при значительно меньшей доле нанотрубок по сравнению с традиционными при значительно меньшей доле нанотрубок по сравнению с традиционными сажевыми добавкамисажевыми добавками

Данные компании Nanocyl SA Данные компании Nanocyl SA

Уменьшение сопротивления Уменьшение сопротивления проводниковпроводников

Нанопроволочные приборы показали на Нанопроволочные приборы показали на два два порядкапорядка меньшее контактное сопротивление и меньшее контактное сопротивление и на на три порядкатри порядка меньший уровень меньший уровень электрических шумов по сравнению со электрических шумов по сравнению со стандартной кремниевой технологиейстандартной кремниевой технологией

Уменьшение потерь энергии при Уменьшение потерь энергии при передачпередачее

В наноматериалах оптический сигнал передается во много раз быстрее и без В наноматериалах оптический сигнал передается во много раз быстрее и без потери энергии так как перенос информации происходит с помощью фотонов потери энергии так как перенос информации происходит с помощью фотонов Благодаря этому диссипация энергии в электронных устройствах практически Благодаря этому диссипация энергии в электронных устройствах практически сводится к нулю Один из вариантов использования данной технологии ndash создание сводится к нулю Один из вариантов использования данной технологии ndash создание источников света Поскольку около 15 - 20 вырабатываемой электроэнергии источников света Поскольку около 15 - 20 вырабатываемой электроэнергии расходуется для освещения то использование источников света с новым расходуется для освещения то использование источников света с новым принципом работы сулит огромный экономический эффектпринципом работы сулит огромный экономический эффект

4 96

28 72

70 30

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Электрическая лампочка

Оптические микросхемы наоснове периодических

структур

Разрабатываемые диодысветовой эмиссии

Выделяемая энергия в виде света Потери энергии

Энергосбережение на тепловых Энергосбережение на тепловых электростанцияхэлектростанциях

Применение новой технологии создания топливных элементов на Применение новой технологии создания топливных элементов на основе laquoЖидкой керамикиraquo приводит к значительной экономии энергии основе laquoЖидкой керамикиraquo приводит к значительной экономии энергии на тепловых электростанцияхна тепловых электростанциях

40

95

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Сжигание мазута Новые топливные элементы наоснове жидкой керамики

КПД

Наноматериалы для атомной энергетикиНаноматериалы для атомной энергетики

Перспективы развития атомной энергетики связаны Перспективы развития атомной энергетики связаны со снижением удельного потребления природного со снижением удельного потребления природного урана в основном за счет увеличения глубины урана в основном за счет увеличения глубины выгорания ядерного топлива Для этого необходимо выгорания ядерного топлива Для этого необходимо создание крупнокристаллических структур ядерных создание крупнокристаллических структур ядерных материалов с контролируемой пористостью материалов с контролируемой пористостью удерживающих продукты деления и препятствующих удерживающих продукты деления и препятствующих транспорту осколков деления к оболочке транспорту осколков деления к оболочке тепловыделяющего элемента и ее внутреннего тепловыделяющего элемента и ее внутреннего повреждения Активация процесса спекания за счет повреждения Активация процесса спекания за счет добавок нанометрического размера ndash одно из добавок нанометрического размера ndash одно из направлений создания новых видов уран-направлений создания новых видов уран-плутониевых оксидов и нитридов для ядерной плутониевых оксидов и нитридов для ядерной энергетикиэнергетики

Спасибо за вниманиеСпасибо за внимание

Нанотехнология демпфирования удара и Нанотехнология демпфирования удара и аккумулирования механической энергииаккумулирования механической энергии

Принцип действия основан на использовании энергетики динамического перколяционного перехода в системе пористое тело с нанометровым размером пор и несмачивающая жидкостьПатент МИФИПатент МИФИОбласть применения системы обеспечения безопасности человека амортизаторы гашение вибраций в автомобильной авиационной космической и другой техникеХарактеристики 15 литра нанопористого тела полностью поглощают энергию автомобиля весом 1 тонна движущегося со скоростью 50 кмч

Пористое тело(наноструктура)

Гидротормоз

Пружинный тормоз Удар

Уплотнение

Шток

Порошок - пористое тело (наноструктура)

Жидкость

1 ndash пульт управления 2- высокочастотный генератор 3- баллон с инертным газом 4 ndash система напуска газа 5 ndash прибор регулирующего типа Р111 6 ndash потенциометр КСП-4 7 ndash корпус камеры 8 ndash кварцевый или керамический питатель 9 ndash термопара10 ndash высокочастотный индуктор 11 ndash расплав 12 ndash закалочный медный диск 13 ndash лентосъемник 14 ndash вакуумная система с термопарным вакуумметром ВТ-2А 15 ndash агрегат вакуумный АВЗ-20Д 16 ndash лентоприемник 17 ndash быстрозакаленная лентаПроизводительность установки ndash 500кГгод

Быстрозакаленный сплав в виде ленты

Принцип методаПринцип методаИндуктор (10) расплавляет кристаллический слиток в кварцевом тигле (8) Подается избыточное давление и из тигля через сопло расплав (11) выдавливается на вращающейся медный диск-холодильник (12) При помощи лентосъемика (13) застывший расплав в виде ленты (17) попадает в лентоприемник (16)

Наноструктурное состояние

Конструкционные наноструктурированные материалы для энергетики Получение наноматериалов методом быстрой

закалки

25 нм 25 нмНаноструктура

Создание наноструктурированных поверхностных слоев

при обработке потоками импульсной газовой плазмыУсловия обработки Плотность энергии падающего потока плазмы q=10ndash100 Джсм2Средняя плотность мощности потока плазмы Q= (3ndash100) 105 Втсм2Длительность воздействия τи= 10ndash60 мксЧисло импульсов облучения N = (1ndashktimes10)

Микроструктура модифицированного слоя стали 0Х16Н15М3Б обработанной потоками импульсной плазмы(Q = 5106 Втсм2 N = 3)

Микроструктура поперечного шлифа стали 45 облученной потоками азотной плазмы(Q = 13106 Втсм2 N = 3)

Зависимость среднего размера ячеек от удельной мощности падающего потока 1 12Х18Н10Т 2 НП2Эви 3 0Х16Н15М3Б 4 03Х20Н45М4БЦ(lh = 50 нм15 мкм)

Цель работыЦель работы ndash разработка физических основ создания ndash разработка физических основ создания новых энергоносителей на основе метастабильных нанокластерных и полимерных форм и состоящих из и состоящих из элементов не образующих в обычных условиях элементов не образующих в обычных условиях конденсированных веществконденсированных веществ- - азота гелияазота гелия Такие нановещества способны запасать энергию от 3 до Такие нановещества способны запасать энергию от 3 до 550 раз больше чем известные химические 0 раз больше чем известные химические энергоносители а также полностью выделять энергоносители а также полностью выделять запасенную энергию за короткие временазапасенную энергию за короткие времена

На данном этапе поиск проводится методами На данном этапе поиск проводится методами компьютерного моделированиякомпьютерного моделирования

Поиск новых энергоносителей на основе Поиск новых энергоносителей на основе метастабильных нанокластеровметастабильных нанокластеров

Диапазоны энергоёмкости

Азотные нанокластеры и их Азотные нанокластеры и их

ансамбли Полимерный азотансамбли Полимерный азот

предсказана возможность предсказана возможность существования ансамблей из существования ансамблей из кластеров кластеров NN88 (так называемых (так называемых laquoлодокraquo) те конденсированной laquoлодокraquo) те конденсированной фазы собранной из фазы собранной из laquoкирпичиковraquo -кластеров laquoкирпичиковraquo -кластеров NN88 Это новое нановещество должно Это новое нановещество должно быть устойчивым при быть устойчивым при нормальном давлении и нагреве нормальном давлении и нагреве до до 800К 800К

Выяснены причины Выяснены причины возможной неустойчивости возможной неустойчивости конечных кластеров Гош конечных кластеров Гош структуры полимерного азота структуры полимерного азота и вычислены времена их и вычислены времена их жизнижизни

Результаты Результаты исследованийисследованийгелиевых кластеровгелиевых кластеров

Определены параметры Определены параметры кластеров спин-кластеров спин-поляризованного гелия с поляризованного гелия с различной структуройразличной структурой

Показано что для Показано что для метастабильных спин-метастабильных спин-поляризованных кластеров поляризованных кластеров гелия выигрыш по удельной гелия выигрыш по удельной массовой энергоемкости может массовой энергоемкости может достигать 50 достигать 50

Показано что продукты Показано что продукты распада данных распада данных HEDMHEDM - - молекулы азота и атомы гелия молекулы азота и атомы гелия соответственно являются соответственно являются чрезвычайно устойчивыми к чрезвычайно устойчивыми к ионизации и распаду те не ионизации и распаду те не преобразуют выделившуюся преобразуют выделившуюся энергию во внутреннюю энергию во внутреннюю малоэффективную компоненту малоэффективную компоненту

Две метастабильные конфигурации метастабильного кластера He12 с полным спином S=6 состоящего из шести молекул (квазиатомов) He2

Метастабильный кластер He4 с полным спином S=2

Что это может датьЧто это может дать В случае успешной реализации работ в этом В случае успешной реализации работ в этом

направлении открывается возможность создания направлении открывается возможность создания принципиально новых веществ энергоемкость принципиально новых веществ энергоемкость которыхкоторых значительно превышает параметры значительно превышает параметры обычных топлив и не требует наличия окислителяобычных топлив и не требует наличия окислителя

Предполагаемые энергетические параметры HEDM на основе азота и гелия

ВеществоВеществоУдельная Удельная запасенная запасенная энергия на энергия на 1см1см33 вещества вещества[кДжсм[кДжсм33]]

Удельная Удельная запасенная запасенная энергия на энергия на 1грамм вещества 1грамм вещества [кДжг] [кДжг]

Максималь-Максималь-ная ная температура температура [[KKoo]]

Удельный Удельный импульсимпульс[[cc]]

Кластеры азотаКластеры азота 20 20 5252 77 17 17 gt10000 Кgt10000 Коо 200200400400

ГелийГелий(спин-(спин-поляризованный) поляризованный)

236236 7070 gt100000 Кgt100000 Коо 1500 1500 18901890

ИсследованияИсследованияуглеродных кластеровуглеродных кластеров

Кубейн Кубейн CC88HH88 Открыт в 1964 году Открыт в 1964 году Представляет собой Представляет собой метастабильный кластер Запасает метастабильный кластер Запасает энергию более 6 эВэнергию более 6 эВ

Характеризуется высоким Характеризуется высоким потенциальным барьером потенциальным барьером препятствующим его переходу в препятствующим его переходу в равновесное состояние поэтому равновесное состояние поэтому отличается сравнительно высокой отличается сравнительно высокой устойчивостью и способен устойчивостью и способен образовывать твердое тело с образовывать твердое тело с температурой плавления около температурой плавления около 130130ооCC Мало изучен Мало изучен

Возможные пути использования в Возможные пути использования в качестве топливного элемента в качестве топливного элемента в медицине (например для медицине (например для локального повышения локального повышения температуры в окрестности температуры в окрестности опухоли) и дропухоли) и др

CCинтез и исследование новых материалов на интез и исследование новых материалов на основе сверхтонких слоев оксидов основе сверхтонких слоев оксидов редкоземельных металлов для редкоземельных металлов для подзатворного диэлектрика МОП -подзатворного диэлектрика МОП -транзисторов нового поколениятранзисторов нового поколения

Синтез и исследование проводящих Синтез и исследование проводящих материалов для металлических затворов в материалов для металлических затворов в МОП-приборах нового поколенияМОП-приборах нового поколения Разработка физических основ технологии Разработка физических основ технологии изготовления элементов памяти на основе изготовления элементов памяти на основе магнитных туннельных переходов магнитных туннельных переходов (спинтроника)(спинтроника)

НаноэлектроникаНаноэлектроника

Si(100)Si(100)

HfOHfO2 2 (27 nm)(27 nm)

a-Si (35 a-Si (35 nm)nm)

a-NiSia-NiSixx

МОП-транзистор

готовыйготовыйобразецобразец

Процесс эпитаксиального ростаПроцесс эпитаксиального роста

Рост слоёв полупроводниковРост слоёв полупроводниковAlAlххGaGa1-х1-хAsAs In InууGaGa1-у1-уAsAs GaAs GaAs формированиеформирование квантовых ям квантовых ям квантовых точекквантовых точек

Молекулярно-лучевая эпитаксияМолекулярно-лучевая эпитаксиядля формирования наногетероструктур для формирования наногетероструктур А3В5 Установка МЛЭ А3В5 Установка МЛЭ Riber (Riber (Франция)Франция)

КАФЕДРА ФИЗИКИ НАНОРАЗМЕРНЫХ ГЕТЕРОСТРУКТУР КАФЕДРА ФИЗИКИ НАНОРАЗМЕРНЫХ ГЕТЕРОСТРУКТУР И СВЧ НАНОЭЛЕКТРОНИКИИ СВЧ НАНОЭЛЕКТРОНИКИ

Квантовые точкиКвантовые точки InAsGaAsInAsGaAs ndash скан ndash сканатомно-силового атомно-силового микроскопамикроскопа

Достижения в разработке Достижения в разработке моделировании моделировании изготовленииизготовленииШирокополосных Широкополосных малошумящих усилителей малошумящих усилителей Рекордно низкий коэф шумаРекордно низкий коэф шума Кш=037дБКш=037дБ Кус=10дБ Кус=10дБ f=f=9-9-112ГГц2ГГц- мощных транзисторов на - мощных транзисторов на AlGaNGaNAlGaNGaN W=11 W=11 ВтВтмммм граничная частотаграничная частота 100 ГГц100 ГГц-Транзисторов К-диапазона Транзисторов К-диапазона (граничная частота (граничная частота fmax=190fmax=190ГГцГГц))- Длина затвора Длина затвора ((топологическая норма) 100-топологическая норма) 100-190 нанометров190 нанометров

Современные СВЧ микросхемы на основе наногетероструктурСовременные СВЧ микросхемы на основе наногетероструктур

- разработана и изготовлена в ИСВЧПЭ РАН- разработана и изготовлена в ИСВЧПЭ РАН совместно с НПФ laquoМикранraquo Томсксовместно с НПФ laquoМикранraquo Томск

Изготовленная СВЧ микросхема Изготовленная СВЧ микросхема вставлена в вставлена в модуль бортового локатора МИГ на АФАРмодуль бортового локатора МИГ на АФАР

демонстрировавшегося на демонстрировавшегося на авиасалоне МАКС ndash 2007авиасалоне МАКС ndash 2007

Рабочие частоты Рабочие частоты ~ ~ 10-10-15 15 ГГцГГц

Первая отечественная наногетероструктурная СВЧ МИСПервая отечественная наногетероструктурная СВЧ МИС 2-х- каскадного малошумящего усилителя2-х- каскадного малошумящего усилителя

АФАРАФАР

ПОЛУЧЕНИЕ УГЛЕРОДНЫХ НАНОТРУБОКПОЛУЧЕНИЕ УГЛЕРОДНЫХ НАНОТРУБОК

Синтез Y- образной нанотрубки как основы нанотранзистора

ПОЛУЧЕНИЕ НАНОСТРУКТУРИРОВАННЫХ ПОЛУЧЕНИЕ НАНОСТРУКТУРИРОВАННЫХ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПЛЕНОК МЕТОДОМ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПЛЕНОК МЕТОДОМ

ПЛАЗМЕННОЙ ТЕХНОЛОГИИПЛАЗМЕННОЙ ТЕХНОЛОГИИ

50 нм

Подложка ndash полимерная пленка применение для конденсаторов высокой емкости

Оборудование дляОборудование для исследования физических исследования физических свойств наносистемсвойств наносистем

Исследовательский комплекс ИЛО-РФЭС-СРМИ-ВИМС (на базе XSAM-800 Kratos)

МИШЕНИ

Hf La Al Au Pt Si Ge Ni

Ti Sb B helliphellip

НАПУСК РЕАКТИВНЫХ

ГАЗОВ O2 N2 helliphellip

РЕНТГЕНОВСКИЙ ИСТОЧНИК

ИОННЫЙ ИСТОЧНИК (Ar+ He+

H+ hellip)

ПОЛУСФЕРИЧЕСКИЙ ЭНЕРГОАНАЛИЗАТОР

ЛАЗЕР

ПК

ИМПУЛЬСНОЕ ИМПУЛЬСНОЕ ЛАЗЕРНОЕ ЛАЗЕРНОЕ

ОСАЖДЕНИЕОСАЖДЕНИЕ

ДЕРЖАТЕЛЬ ОБРАЗЦОВ С

НАГРЕВАТЕЛЕМ

ДО Т=10000С

КАМЕРА КАМЕРА РОСТАРОСТА

АНАЛИТИЧЕСКАЯАНАЛИТИЧЕСКАЯ

КАМЕРАКАМЕРА

КВАД МАСС-СПЕКТРОМЕТР

Измерение методом STM и TEM атомной структуры нанокластеров металлов на углеродных подложках и в твердотельных матрицах

Нанокластеры AuC ПЭМ 50х50 нм

Нанокластер Нанокластер AuAuС СТМ С СТМ 7х7 нм7х7 нм

СканирующиСканирующиее нанотвердоме нанотвердомерыры laquoНаноСканraquolaquoНаноСканraquo и и laquoСуперlaquoСупер--НаноСканraquoНаноСканraquo

Режимы измерений

Контактный динамический режим (рельеф поверхности карта распределения модуля упругости)

Разрешение по XY 015 нм Разрешение по Z 007 нм

Индентирование склерометрия (с макс нагрузкой до 10 гр)

Динамическое наноиндентирование

Оборудование закупаемое в 2008 г под НОЦ Оборудование закупаемое в 2008 г под НОЦ Высоковакуумный сканирующий зондовый микроскоп с методиками

СТМ АСМ и МСМ Multiprobe MXPS RM VR AFM 25 ldquoOmicronrdquo (Германия) оборудованный системой рентгеновской

фотоэлектронной спектроскопии и камерой препарирования

Источник осаждения нанокластеров с квадрупольным масс-фильтромNanoGen50 (Mantis Deposition Ltd Великобритания)

Функциональные Функциональные наноматериалы для наноматериалы для

энергетикиэнергетики((обзор)обзор)

Московский инженерно-физический институтМосковский инженерно-физический институт(государственный университет)(государственный университет)

Основные области примененияОсновные области применения Транспортировка и хранение топливаТранспортировка и хранение топлива Альтернативные источники энергииАльтернативные источники энергии Получение экологически чистого топливаПолучение экологически чистого топлива Энергосбережение за счет уменьшения сил трения и Энергосбережение за счет уменьшения сил трения и

вязкостивязкости Улучшение проводимости контактовУлучшение проводимости контактов Уменьшение сопротивления проводниковУменьшение сопротивления проводников Уменьшение потерь энергии при передачеУменьшение потерь энергии при передаче Создание новых топливных элементов с большим КПДСоздание новых топливных элементов с большим КПД

Твердотельная Твердотельная энергосберегающая и энергосберегающая и

экологически чистая энергетикаэкологически чистая энергетика

Транспортировка и хранение Транспортировка и хранение водородного топливаводородного топлива

33DD-модель заполнения -модель заполнения водородом массива водородом массива углеродных углеродных нанотрубокнанотрубок

Модель заполнения массива Модель заполнения массива нанотрубок нанотрубок а) кремния и b) углерода при а) кремния и b) углерода при температуре 298 K и температуре 298 K и давлении давлении 10 МПа10 МПа

Наноматериалы в солнечных Наноматериалы в солнечных батареях ndash новые перспективы батареях ndash новые перспективы

альтернативной энергетикиальтернативной энергетики

Новые энергосистемы на основе Новые энергосистемы на основе углеродных нанотрубокуглеродных нанотрубок могут могут проводить электричество в 1000 раз проводить электричество в 1000 раз лучше медных проводовлучше медных проводов

КПД 36КПД 36Работает даже ночью Работает даже ночью утилизируя ИК-лучи утилизируя ИК-лучи которые испускает которые испускает ЗемляЗемляГораздо дешевле Гораздо дешевле традиционных традиционных солнечных батарейсолнечных батарей

Экологически чистое топливоЭкологически чистое топливо

Через молекулярные laquoворотаraquo проникают Через молекулярные laquoворотаraquo проникают молекулы двуокиси углерода а более молекулы двуокиси углерода а более крупные молекулы (метановые) остаются крупные молекулы (метановые) остаются в веществе Практическое применение это в веществе Практическое применение это находит при фильтрации двуокиси находит при фильтрации двуокиси углерода из природного газа и при углерода из природного газа и при создании автомобильных катализаторовсоздании автомобильных катализаторов

Уменьшение сил трения и вязкости Уменьшение сил трения и вязкости в микромеханических системахв микромеханических системах

Наноразмерные неровности Наноразмерные неровности поверхностей сокращают площадь поверхностей сокращают площадь контакта между поверхностями Таким контакта между поверхностями Таким образом металлические материалы с образом металлические материалы с наноструктурой обладают повышенной наноструктурой обладают повышенной по сравнению с обычным структурным по сравнению с обычным структурным состоянием твердостью и состоянием твердостью и износостойкостью Эффект износостойкостью Эффект износостойкости и малого износостойкости и малого коэффициента трения проявляется при коэффициента трения проявляется при использовании использовании полинанокристаллических алмазов и полинанокристаллических алмазов и алмазоподобных покрытий а также алмазоподобных покрытий а также сверхтвердых веществ на базе сверхтвердых веществ на базе фуллеренов (например со фуллеренов (например со сфероподобными молекулами С60) и сфероподобными молекулами С60) и фуллеридов (легированных фуллеридов (легированных фуллеренов например FexC60) фуллеренов например FexC60) наноструктурных многослойных пленок наноструктурных многослойных пленок сложного состава на основе сложного состава на основе кубического BN Cкубического BN C33NN44 TiC TiN Ti(AlN) TiC TiN Ti(AlN) обладающих очень высокой (до 70 ГПа) обладающих очень высокой (до 70 ГПа) твердостьютвердостью

Энергосбережение за счет Энергосбережение за счет увеличения ресурса работы увеличения ресурса работы техникитехники

При техническом сервисе благодаря применению наноматериалов можно При техническом сервисе благодаря применению наноматериалов можно значительно (до 15-4 раз) увеличить ресурс работы машин уменьшить значительно (до 15-4 раз) увеличить ресурс работы машин уменьшить вредные выбросы и эксплутационные затраты (в том числе расход вредные выбросы и эксплутационные затраты (в том числе расход топлива) Наноматериалы в основном фуллерены вводят в смазочные топлива) Наноматериалы в основном фуллерены вводят в смазочные материалы которые уменьшают трение и обеспечивают процесс ldquoизнос-материалы которые уменьшают трение и обеспечивают процесс ldquoизнос-восстановлениеrdquoвосстановлениеrdquo

000

020

040

060

080

100

120

140

160

Мощность двигателя Потребление топлива Срок службысмазочных материалов

Расход смазочныхматериалов

0

2

4

6

8

10

12

Продолжительность обкаткиагрегатов

Износостойкость трущихсясоединений

раз

С использованием фуллереновыхпрепаратов

Без использования

Улучшение проводимости Улучшение проводимости контактовконтактов

Внедренные в полимерную матрицу углеродные нанотрубки обеспечивают ее Внедренные в полимерную матрицу углеродные нанотрубки обеспечивают ее электро- и теплопроводность их можно рассматривать как нанопроводники электро- и теплопроводность их можно рассматривать как нанопроводники Нанотрубки увеличивают проводимость в сотни раз сильнее обычных добавок Нанотрубки увеличивают проводимость в сотни раз сильнее обычных добавок используемых для повышения проводимости материалов Благодаря этому используемых для повышения проводимости материалов Благодаря этому нанотрубки формируют объемную электропроводную структуру при введении в нанотрубки формируют объемную электропроводную структуру при введении в очень малых количествах что позволяет добиться проводимости полимеров очень малых количествах что позволяет добиться проводимости полимеров при значительно меньшей доле нанотрубок по сравнению с традиционными при значительно меньшей доле нанотрубок по сравнению с традиционными сажевыми добавкамисажевыми добавками

Данные компании Nanocyl SA Данные компании Nanocyl SA

Уменьшение сопротивления Уменьшение сопротивления проводниковпроводников

Нанопроволочные приборы показали на Нанопроволочные приборы показали на два два порядкапорядка меньшее контактное сопротивление и меньшее контактное сопротивление и на на три порядкатри порядка меньший уровень меньший уровень электрических шумов по сравнению со электрических шумов по сравнению со стандартной кремниевой технологиейстандартной кремниевой технологией

Уменьшение потерь энергии при Уменьшение потерь энергии при передачпередачее

В наноматериалах оптический сигнал передается во много раз быстрее и без В наноматериалах оптический сигнал передается во много раз быстрее и без потери энергии так как перенос информации происходит с помощью фотонов потери энергии так как перенос информации происходит с помощью фотонов Благодаря этому диссипация энергии в электронных устройствах практически Благодаря этому диссипация энергии в электронных устройствах практически сводится к нулю Один из вариантов использования данной технологии ndash создание сводится к нулю Один из вариантов использования данной технологии ndash создание источников света Поскольку около 15 - 20 вырабатываемой электроэнергии источников света Поскольку около 15 - 20 вырабатываемой электроэнергии расходуется для освещения то использование источников света с новым расходуется для освещения то использование источников света с новым принципом работы сулит огромный экономический эффектпринципом работы сулит огромный экономический эффект

4 96

28 72

70 30

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Электрическая лампочка

Оптические микросхемы наоснове периодических

структур

Разрабатываемые диодысветовой эмиссии

Выделяемая энергия в виде света Потери энергии

Энергосбережение на тепловых Энергосбережение на тепловых электростанцияхэлектростанциях

Применение новой технологии создания топливных элементов на Применение новой технологии создания топливных элементов на основе laquoЖидкой керамикиraquo приводит к значительной экономии энергии основе laquoЖидкой керамикиraquo приводит к значительной экономии энергии на тепловых электростанцияхна тепловых электростанциях

40

95

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Сжигание мазута Новые топливные элементы наоснове жидкой керамики

КПД

Наноматериалы для атомной энергетикиНаноматериалы для атомной энергетики

Перспективы развития атомной энергетики связаны Перспективы развития атомной энергетики связаны со снижением удельного потребления природного со снижением удельного потребления природного урана в основном за счет увеличения глубины урана в основном за счет увеличения глубины выгорания ядерного топлива Для этого необходимо выгорания ядерного топлива Для этого необходимо создание крупнокристаллических структур ядерных создание крупнокристаллических структур ядерных материалов с контролируемой пористостью материалов с контролируемой пористостью удерживающих продукты деления и препятствующих удерживающих продукты деления и препятствующих транспорту осколков деления к оболочке транспорту осколков деления к оболочке тепловыделяющего элемента и ее внутреннего тепловыделяющего элемента и ее внутреннего повреждения Активация процесса спекания за счет повреждения Активация процесса спекания за счет добавок нанометрического размера ndash одно из добавок нанометрического размера ndash одно из направлений создания новых видов уран-направлений создания новых видов уран-плутониевых оксидов и нитридов для ядерной плутониевых оксидов и нитридов для ядерной энергетикиэнергетики

Спасибо за вниманиеСпасибо за внимание

1 ndash пульт управления 2- высокочастотный генератор 3- баллон с инертным газом 4 ndash система напуска газа 5 ndash прибор регулирующего типа Р111 6 ndash потенциометр КСП-4 7 ndash корпус камеры 8 ndash кварцевый или керамический питатель 9 ndash термопара10 ndash высокочастотный индуктор 11 ndash расплав 12 ndash закалочный медный диск 13 ndash лентосъемник 14 ndash вакуумная система с термопарным вакуумметром ВТ-2А 15 ndash агрегат вакуумный АВЗ-20Д 16 ndash лентоприемник 17 ndash быстрозакаленная лентаПроизводительность установки ndash 500кГгод

Быстрозакаленный сплав в виде ленты

Принцип методаПринцип методаИндуктор (10) расплавляет кристаллический слиток в кварцевом тигле (8) Подается избыточное давление и из тигля через сопло расплав (11) выдавливается на вращающейся медный диск-холодильник (12) При помощи лентосъемика (13) застывший расплав в виде ленты (17) попадает в лентоприемник (16)

Наноструктурное состояние

Конструкционные наноструктурированные материалы для энергетики Получение наноматериалов методом быстрой

закалки

25 нм 25 нмНаноструктура

Создание наноструктурированных поверхностных слоев

при обработке потоками импульсной газовой плазмыУсловия обработки Плотность энергии падающего потока плазмы q=10ndash100 Джсм2Средняя плотность мощности потока плазмы Q= (3ndash100) 105 Втсм2Длительность воздействия τи= 10ndash60 мксЧисло импульсов облучения N = (1ndashktimes10)

Микроструктура модифицированного слоя стали 0Х16Н15М3Б обработанной потоками импульсной плазмы(Q = 5106 Втсм2 N = 3)

Микроструктура поперечного шлифа стали 45 облученной потоками азотной плазмы(Q = 13106 Втсм2 N = 3)

Зависимость среднего размера ячеек от удельной мощности падающего потока 1 12Х18Н10Т 2 НП2Эви 3 0Х16Н15М3Б 4 03Х20Н45М4БЦ(lh = 50 нм15 мкм)

Цель работыЦель работы ndash разработка физических основ создания ndash разработка физических основ создания новых энергоносителей на основе метастабильных нанокластерных и полимерных форм и состоящих из и состоящих из элементов не образующих в обычных условиях элементов не образующих в обычных условиях конденсированных веществконденсированных веществ- - азота гелияазота гелия Такие нановещества способны запасать энергию от 3 до Такие нановещества способны запасать энергию от 3 до 550 раз больше чем известные химические 0 раз больше чем известные химические энергоносители а также полностью выделять энергоносители а также полностью выделять запасенную энергию за короткие временазапасенную энергию за короткие времена

На данном этапе поиск проводится методами На данном этапе поиск проводится методами компьютерного моделированиякомпьютерного моделирования

Поиск новых энергоносителей на основе Поиск новых энергоносителей на основе метастабильных нанокластеровметастабильных нанокластеров

Диапазоны энергоёмкости

Азотные нанокластеры и их Азотные нанокластеры и их

ансамбли Полимерный азотансамбли Полимерный азот

предсказана возможность предсказана возможность существования ансамблей из существования ансамблей из кластеров кластеров NN88 (так называемых (так называемых laquoлодокraquo) те конденсированной laquoлодокraquo) те конденсированной фазы собранной из фазы собранной из laquoкирпичиковraquo -кластеров laquoкирпичиковraquo -кластеров NN88 Это новое нановещество должно Это новое нановещество должно быть устойчивым при быть устойчивым при нормальном давлении и нагреве нормальном давлении и нагреве до до 800К 800К

Выяснены причины Выяснены причины возможной неустойчивости возможной неустойчивости конечных кластеров Гош конечных кластеров Гош структуры полимерного азота структуры полимерного азота и вычислены времена их и вычислены времена их жизнижизни

Результаты Результаты исследованийисследованийгелиевых кластеровгелиевых кластеров

Определены параметры Определены параметры кластеров спин-кластеров спин-поляризованного гелия с поляризованного гелия с различной структуройразличной структурой

Показано что для Показано что для метастабильных спин-метастабильных спин-поляризованных кластеров поляризованных кластеров гелия выигрыш по удельной гелия выигрыш по удельной массовой энергоемкости может массовой энергоемкости может достигать 50 достигать 50

Показано что продукты Показано что продукты распада данных распада данных HEDMHEDM - - молекулы азота и атомы гелия молекулы азота и атомы гелия соответственно являются соответственно являются чрезвычайно устойчивыми к чрезвычайно устойчивыми к ионизации и распаду те не ионизации и распаду те не преобразуют выделившуюся преобразуют выделившуюся энергию во внутреннюю энергию во внутреннюю малоэффективную компоненту малоэффективную компоненту

Две метастабильные конфигурации метастабильного кластера He12 с полным спином S=6 состоящего из шести молекул (квазиатомов) He2

Метастабильный кластер He4 с полным спином S=2

Что это может датьЧто это может дать В случае успешной реализации работ в этом В случае успешной реализации работ в этом

направлении открывается возможность создания направлении открывается возможность создания принципиально новых веществ энергоемкость принципиально новых веществ энергоемкость которыхкоторых значительно превышает параметры значительно превышает параметры обычных топлив и не требует наличия окислителяобычных топлив и не требует наличия окислителя

Предполагаемые энергетические параметры HEDM на основе азота и гелия

ВеществоВеществоУдельная Удельная запасенная запасенная энергия на энергия на 1см1см33 вещества вещества[кДжсм[кДжсм33]]

Удельная Удельная запасенная запасенная энергия на энергия на 1грамм вещества 1грамм вещества [кДжг] [кДжг]

Максималь-Максималь-ная ная температура температура [[KKoo]]

Удельный Удельный импульсимпульс[[cc]]

Кластеры азотаКластеры азота 20 20 5252 77 17 17 gt10000 Кgt10000 Коо 200200400400

ГелийГелий(спин-(спин-поляризованный) поляризованный)

236236 7070 gt100000 Кgt100000 Коо 1500 1500 18901890

ИсследованияИсследованияуглеродных кластеровуглеродных кластеров

Кубейн Кубейн CC88HH88 Открыт в 1964 году Открыт в 1964 году Представляет собой Представляет собой метастабильный кластер Запасает метастабильный кластер Запасает энергию более 6 эВэнергию более 6 эВ

Характеризуется высоким Характеризуется высоким потенциальным барьером потенциальным барьером препятствующим его переходу в препятствующим его переходу в равновесное состояние поэтому равновесное состояние поэтому отличается сравнительно высокой отличается сравнительно высокой устойчивостью и способен устойчивостью и способен образовывать твердое тело с образовывать твердое тело с температурой плавления около температурой плавления около 130130ооCC Мало изучен Мало изучен

Возможные пути использования в Возможные пути использования в качестве топливного элемента в качестве топливного элемента в медицине (например для медицине (например для локального повышения локального повышения температуры в окрестности температуры в окрестности опухоли) и дропухоли) и др

CCинтез и исследование новых материалов на интез и исследование новых материалов на основе сверхтонких слоев оксидов основе сверхтонких слоев оксидов редкоземельных металлов для редкоземельных металлов для подзатворного диэлектрика МОП -подзатворного диэлектрика МОП -транзисторов нового поколениятранзисторов нового поколения

Синтез и исследование проводящих Синтез и исследование проводящих материалов для металлических затворов в материалов для металлических затворов в МОП-приборах нового поколенияМОП-приборах нового поколения Разработка физических основ технологии Разработка физических основ технологии изготовления элементов памяти на основе изготовления элементов памяти на основе магнитных туннельных переходов магнитных туннельных переходов (спинтроника)(спинтроника)

НаноэлектроникаНаноэлектроника

Si(100)Si(100)

HfOHfO2 2 (27 nm)(27 nm)

a-Si (35 a-Si (35 nm)nm)

a-NiSia-NiSixx

МОП-транзистор

готовыйготовыйобразецобразец

Процесс эпитаксиального ростаПроцесс эпитаксиального роста

Рост слоёв полупроводниковРост слоёв полупроводниковAlAlххGaGa1-х1-хAsAs In InууGaGa1-у1-уAsAs GaAs GaAs формированиеформирование квантовых ям квантовых ям квантовых точекквантовых точек

Молекулярно-лучевая эпитаксияМолекулярно-лучевая эпитаксиядля формирования наногетероструктур для формирования наногетероструктур А3В5 Установка МЛЭ А3В5 Установка МЛЭ Riber (Riber (Франция)Франция)

КАФЕДРА ФИЗИКИ НАНОРАЗМЕРНЫХ ГЕТЕРОСТРУКТУР КАФЕДРА ФИЗИКИ НАНОРАЗМЕРНЫХ ГЕТЕРОСТРУКТУР И СВЧ НАНОЭЛЕКТРОНИКИИ СВЧ НАНОЭЛЕКТРОНИКИ

Квантовые точкиКвантовые точки InAsGaAsInAsGaAs ndash скан ndash сканатомно-силового атомно-силового микроскопамикроскопа

Достижения в разработке Достижения в разработке моделировании моделировании изготовленииизготовленииШирокополосных Широкополосных малошумящих усилителей малошумящих усилителей Рекордно низкий коэф шумаРекордно низкий коэф шума Кш=037дБКш=037дБ Кус=10дБ Кус=10дБ f=f=9-9-112ГГц2ГГц- мощных транзисторов на - мощных транзисторов на AlGaNGaNAlGaNGaN W=11 W=11 ВтВтмммм граничная частотаграничная частота 100 ГГц100 ГГц-Транзисторов К-диапазона Транзисторов К-диапазона (граничная частота (граничная частота fmax=190fmax=190ГГцГГц))- Длина затвора Длина затвора ((топологическая норма) 100-топологическая норма) 100-190 нанометров190 нанометров

Современные СВЧ микросхемы на основе наногетероструктурСовременные СВЧ микросхемы на основе наногетероструктур

- разработана и изготовлена в ИСВЧПЭ РАН- разработана и изготовлена в ИСВЧПЭ РАН совместно с НПФ laquoМикранraquo Томсксовместно с НПФ laquoМикранraquo Томск

Изготовленная СВЧ микросхема Изготовленная СВЧ микросхема вставлена в вставлена в модуль бортового локатора МИГ на АФАРмодуль бортового локатора МИГ на АФАР

демонстрировавшегося на демонстрировавшегося на авиасалоне МАКС ndash 2007авиасалоне МАКС ndash 2007

Рабочие частоты Рабочие частоты ~ ~ 10-10-15 15 ГГцГГц

Первая отечественная наногетероструктурная СВЧ МИСПервая отечественная наногетероструктурная СВЧ МИС 2-х- каскадного малошумящего усилителя2-х- каскадного малошумящего усилителя

АФАРАФАР

ПОЛУЧЕНИЕ УГЛЕРОДНЫХ НАНОТРУБОКПОЛУЧЕНИЕ УГЛЕРОДНЫХ НАНОТРУБОК

Синтез Y- образной нанотрубки как основы нанотранзистора

ПОЛУЧЕНИЕ НАНОСТРУКТУРИРОВАННЫХ ПОЛУЧЕНИЕ НАНОСТРУКТУРИРОВАННЫХ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПЛЕНОК МЕТОДОМ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПЛЕНОК МЕТОДОМ

ПЛАЗМЕННОЙ ТЕХНОЛОГИИПЛАЗМЕННОЙ ТЕХНОЛОГИИ

50 нм

Подложка ndash полимерная пленка применение для конденсаторов высокой емкости

Оборудование дляОборудование для исследования физических исследования физических свойств наносистемсвойств наносистем

Исследовательский комплекс ИЛО-РФЭС-СРМИ-ВИМС (на базе XSAM-800 Kratos)

МИШЕНИ

Hf La Al Au Pt Si Ge Ni

Ti Sb B helliphellip

НАПУСК РЕАКТИВНЫХ

ГАЗОВ O2 N2 helliphellip

РЕНТГЕНОВСКИЙ ИСТОЧНИК

ИОННЫЙ ИСТОЧНИК (Ar+ He+

H+ hellip)

ПОЛУСФЕРИЧЕСКИЙ ЭНЕРГОАНАЛИЗАТОР

ЛАЗЕР

ПК

ИМПУЛЬСНОЕ ИМПУЛЬСНОЕ ЛАЗЕРНОЕ ЛАЗЕРНОЕ

ОСАЖДЕНИЕОСАЖДЕНИЕ

ДЕРЖАТЕЛЬ ОБРАЗЦОВ С

НАГРЕВАТЕЛЕМ

ДО Т=10000С

КАМЕРА КАМЕРА РОСТАРОСТА

АНАЛИТИЧЕСКАЯАНАЛИТИЧЕСКАЯ

КАМЕРАКАМЕРА

КВАД МАСС-СПЕКТРОМЕТР

Измерение методом STM и TEM атомной структуры нанокластеров металлов на углеродных подложках и в твердотельных матрицах

Нанокластеры AuC ПЭМ 50х50 нм

Нанокластер Нанокластер AuAuС СТМ С СТМ 7х7 нм7х7 нм

СканирующиСканирующиее нанотвердоме нанотвердомерыры laquoНаноСканraquolaquoНаноСканraquo и и laquoСуперlaquoСупер--НаноСканraquoНаноСканraquo

Режимы измерений

Контактный динамический режим (рельеф поверхности карта распределения модуля упругости)

Разрешение по XY 015 нм Разрешение по Z 007 нм

Индентирование склерометрия (с макс нагрузкой до 10 гр)

Динамическое наноиндентирование

Оборудование закупаемое в 2008 г под НОЦ Оборудование закупаемое в 2008 г под НОЦ Высоковакуумный сканирующий зондовый микроскоп с методиками

СТМ АСМ и МСМ Multiprobe MXPS RM VR AFM 25 ldquoOmicronrdquo (Германия) оборудованный системой рентгеновской

фотоэлектронной спектроскопии и камерой препарирования

Источник осаждения нанокластеров с квадрупольным масс-фильтромNanoGen50 (Mantis Deposition Ltd Великобритания)

Функциональные Функциональные наноматериалы для наноматериалы для

энергетикиэнергетики((обзор)обзор)

Московский инженерно-физический институтМосковский инженерно-физический институт(государственный университет)(государственный университет)

Основные области примененияОсновные области применения Транспортировка и хранение топливаТранспортировка и хранение топлива Альтернативные источники энергииАльтернативные источники энергии Получение экологически чистого топливаПолучение экологически чистого топлива Энергосбережение за счет уменьшения сил трения и Энергосбережение за счет уменьшения сил трения и

вязкостивязкости Улучшение проводимости контактовУлучшение проводимости контактов Уменьшение сопротивления проводниковУменьшение сопротивления проводников Уменьшение потерь энергии при передачеУменьшение потерь энергии при передаче Создание новых топливных элементов с большим КПДСоздание новых топливных элементов с большим КПД

Твердотельная Твердотельная энергосберегающая и энергосберегающая и

экологически чистая энергетикаэкологически чистая энергетика

Транспортировка и хранение Транспортировка и хранение водородного топливаводородного топлива

33DD-модель заполнения -модель заполнения водородом массива водородом массива углеродных углеродных нанотрубокнанотрубок

Модель заполнения массива Модель заполнения массива нанотрубок нанотрубок а) кремния и b) углерода при а) кремния и b) углерода при температуре 298 K и температуре 298 K и давлении давлении 10 МПа10 МПа

Наноматериалы в солнечных Наноматериалы в солнечных батареях ndash новые перспективы батареях ndash новые перспективы

альтернативной энергетикиальтернативной энергетики

Новые энергосистемы на основе Новые энергосистемы на основе углеродных нанотрубокуглеродных нанотрубок могут могут проводить электричество в 1000 раз проводить электричество в 1000 раз лучше медных проводовлучше медных проводов

КПД 36КПД 36Работает даже ночью Работает даже ночью утилизируя ИК-лучи утилизируя ИК-лучи которые испускает которые испускает ЗемляЗемляГораздо дешевле Гораздо дешевле традиционных традиционных солнечных батарейсолнечных батарей

Экологически чистое топливоЭкологически чистое топливо

Через молекулярные laquoворотаraquo проникают Через молекулярные laquoворотаraquo проникают молекулы двуокиси углерода а более молекулы двуокиси углерода а более крупные молекулы (метановые) остаются крупные молекулы (метановые) остаются в веществе Практическое применение это в веществе Практическое применение это находит при фильтрации двуокиси находит при фильтрации двуокиси углерода из природного газа и при углерода из природного газа и при создании автомобильных катализаторовсоздании автомобильных катализаторов

Уменьшение сил трения и вязкости Уменьшение сил трения и вязкости в микромеханических системахв микромеханических системах

Наноразмерные неровности Наноразмерные неровности поверхностей сокращают площадь поверхностей сокращают площадь контакта между поверхностями Таким контакта между поверхностями Таким образом металлические материалы с образом металлические материалы с наноструктурой обладают повышенной наноструктурой обладают повышенной по сравнению с обычным структурным по сравнению с обычным структурным состоянием твердостью и состоянием твердостью и износостойкостью Эффект износостойкостью Эффект износостойкости и малого износостойкости и малого коэффициента трения проявляется при коэффициента трения проявляется при использовании использовании полинанокристаллических алмазов и полинанокристаллических алмазов и алмазоподобных покрытий а также алмазоподобных покрытий а также сверхтвердых веществ на базе сверхтвердых веществ на базе фуллеренов (например со фуллеренов (например со сфероподобными молекулами С60) и сфероподобными молекулами С60) и фуллеридов (легированных фуллеридов (легированных фуллеренов например FexC60) фуллеренов например FexC60) наноструктурных многослойных пленок наноструктурных многослойных пленок сложного состава на основе сложного состава на основе кубического BN Cкубического BN C33NN44 TiC TiN Ti(AlN) TiC TiN Ti(AlN) обладающих очень высокой (до 70 ГПа) обладающих очень высокой (до 70 ГПа) твердостьютвердостью

Энергосбережение за счет Энергосбережение за счет увеличения ресурса работы увеличения ресурса работы техникитехники

При техническом сервисе благодаря применению наноматериалов можно При техническом сервисе благодаря применению наноматериалов можно значительно (до 15-4 раз) увеличить ресурс работы машин уменьшить значительно (до 15-4 раз) увеличить ресурс работы машин уменьшить вредные выбросы и эксплутационные затраты (в том числе расход вредные выбросы и эксплутационные затраты (в том числе расход топлива) Наноматериалы в основном фуллерены вводят в смазочные топлива) Наноматериалы в основном фуллерены вводят в смазочные материалы которые уменьшают трение и обеспечивают процесс ldquoизнос-материалы которые уменьшают трение и обеспечивают процесс ldquoизнос-восстановлениеrdquoвосстановлениеrdquo

000

020

040

060

080

100

120

140

160

Мощность двигателя Потребление топлива Срок службысмазочных материалов

Расход смазочныхматериалов

0

2

4

6

8

10

12

Продолжительность обкаткиагрегатов

Износостойкость трущихсясоединений

раз

С использованием фуллереновыхпрепаратов

Без использования

Улучшение проводимости Улучшение проводимости контактовконтактов

Внедренные в полимерную матрицу углеродные нанотрубки обеспечивают ее Внедренные в полимерную матрицу углеродные нанотрубки обеспечивают ее электро- и теплопроводность их можно рассматривать как нанопроводники электро- и теплопроводность их можно рассматривать как нанопроводники Нанотрубки увеличивают проводимость в сотни раз сильнее обычных добавок Нанотрубки увеличивают проводимость в сотни раз сильнее обычных добавок используемых для повышения проводимости материалов Благодаря этому используемых для повышения проводимости материалов Благодаря этому нанотрубки формируют объемную электропроводную структуру при введении в нанотрубки формируют объемную электропроводную структуру при введении в очень малых количествах что позволяет добиться проводимости полимеров очень малых количествах что позволяет добиться проводимости полимеров при значительно меньшей доле нанотрубок по сравнению с традиционными при значительно меньшей доле нанотрубок по сравнению с традиционными сажевыми добавкамисажевыми добавками

Данные компании Nanocyl SA Данные компании Nanocyl SA

Уменьшение сопротивления Уменьшение сопротивления проводниковпроводников

Нанопроволочные приборы показали на Нанопроволочные приборы показали на два два порядкапорядка меньшее контактное сопротивление и меньшее контактное сопротивление и на на три порядкатри порядка меньший уровень меньший уровень электрических шумов по сравнению со электрических шумов по сравнению со стандартной кремниевой технологиейстандартной кремниевой технологией

Уменьшение потерь энергии при Уменьшение потерь энергии при передачпередачее

В наноматериалах оптический сигнал передается во много раз быстрее и без В наноматериалах оптический сигнал передается во много раз быстрее и без потери энергии так как перенос информации происходит с помощью фотонов потери энергии так как перенос информации происходит с помощью фотонов Благодаря этому диссипация энергии в электронных устройствах практически Благодаря этому диссипация энергии в электронных устройствах практически сводится к нулю Один из вариантов использования данной технологии ndash создание сводится к нулю Один из вариантов использования данной технологии ndash создание источников света Поскольку около 15 - 20 вырабатываемой электроэнергии источников света Поскольку около 15 - 20 вырабатываемой электроэнергии расходуется для освещения то использование источников света с новым расходуется для освещения то использование источников света с новым принципом работы сулит огромный экономический эффектпринципом работы сулит огромный экономический эффект

4 96

28 72

70 30

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Электрическая лампочка

Оптические микросхемы наоснове периодических

структур

Разрабатываемые диодысветовой эмиссии

Выделяемая энергия в виде света Потери энергии

Энергосбережение на тепловых Энергосбережение на тепловых электростанцияхэлектростанциях

Применение новой технологии создания топливных элементов на Применение новой технологии создания топливных элементов на основе laquoЖидкой керамикиraquo приводит к значительной экономии энергии основе laquoЖидкой керамикиraquo приводит к значительной экономии энергии на тепловых электростанцияхна тепловых электростанциях

40

95

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Сжигание мазута Новые топливные элементы наоснове жидкой керамики

КПД

Наноматериалы для атомной энергетикиНаноматериалы для атомной энергетики

Перспективы развития атомной энергетики связаны Перспективы развития атомной энергетики связаны со снижением удельного потребления природного со снижением удельного потребления природного урана в основном за счет увеличения глубины урана в основном за счет увеличения глубины выгорания ядерного топлива Для этого необходимо выгорания ядерного топлива Для этого необходимо создание крупнокристаллических структур ядерных создание крупнокристаллических структур ядерных материалов с контролируемой пористостью материалов с контролируемой пористостью удерживающих продукты деления и препятствующих удерживающих продукты деления и препятствующих транспорту осколков деления к оболочке транспорту осколков деления к оболочке тепловыделяющего элемента и ее внутреннего тепловыделяющего элемента и ее внутреннего повреждения Активация процесса спекания за счет повреждения Активация процесса спекания за счет добавок нанометрического размера ndash одно из добавок нанометрического размера ndash одно из направлений создания новых видов уран-направлений создания новых видов уран-плутониевых оксидов и нитридов для ядерной плутониевых оксидов и нитридов для ядерной энергетикиэнергетики

Спасибо за вниманиеСпасибо за внимание

Создание наноструктурированных поверхностных слоев

при обработке потоками импульсной газовой плазмыУсловия обработки Плотность энергии падающего потока плазмы q=10ndash100 Джсм2Средняя плотность мощности потока плазмы Q= (3ndash100) 105 Втсм2Длительность воздействия τи= 10ndash60 мксЧисло импульсов облучения N = (1ndashktimes10)

Микроструктура модифицированного слоя стали 0Х16Н15М3Б обработанной потоками импульсной плазмы(Q = 5106 Втсм2 N = 3)

Микроструктура поперечного шлифа стали 45 облученной потоками азотной плазмы(Q = 13106 Втсм2 N = 3)

Зависимость среднего размера ячеек от удельной мощности падающего потока 1 12Х18Н10Т 2 НП2Эви 3 0Х16Н15М3Б 4 03Х20Н45М4БЦ(lh = 50 нм15 мкм)

Цель работыЦель работы ndash разработка физических основ создания ndash разработка физических основ создания новых энергоносителей на основе метастабильных нанокластерных и полимерных форм и состоящих из и состоящих из элементов не образующих в обычных условиях элементов не образующих в обычных условиях конденсированных веществконденсированных веществ- - азота гелияазота гелия Такие нановещества способны запасать энергию от 3 до Такие нановещества способны запасать энергию от 3 до 550 раз больше чем известные химические 0 раз больше чем известные химические энергоносители а также полностью выделять энергоносители а также полностью выделять запасенную энергию за короткие временазапасенную энергию за короткие времена

На данном этапе поиск проводится методами На данном этапе поиск проводится методами компьютерного моделированиякомпьютерного моделирования

Поиск новых энергоносителей на основе Поиск новых энергоносителей на основе метастабильных нанокластеровметастабильных нанокластеров

Диапазоны энергоёмкости

Азотные нанокластеры и их Азотные нанокластеры и их

ансамбли Полимерный азотансамбли Полимерный азот

предсказана возможность предсказана возможность существования ансамблей из существования ансамблей из кластеров кластеров NN88 (так называемых (так называемых laquoлодокraquo) те конденсированной laquoлодокraquo) те конденсированной фазы собранной из фазы собранной из laquoкирпичиковraquo -кластеров laquoкирпичиковraquo -кластеров NN88 Это новое нановещество должно Это новое нановещество должно быть устойчивым при быть устойчивым при нормальном давлении и нагреве нормальном давлении и нагреве до до 800К 800К

Выяснены причины Выяснены причины возможной неустойчивости возможной неустойчивости конечных кластеров Гош конечных кластеров Гош структуры полимерного азота структуры полимерного азота и вычислены времена их и вычислены времена их жизнижизни

Результаты Результаты исследованийисследованийгелиевых кластеровгелиевых кластеров

Определены параметры Определены параметры кластеров спин-кластеров спин-поляризованного гелия с поляризованного гелия с различной структуройразличной структурой

Показано что для Показано что для метастабильных спин-метастабильных спин-поляризованных кластеров поляризованных кластеров гелия выигрыш по удельной гелия выигрыш по удельной массовой энергоемкости может массовой энергоемкости может достигать 50 достигать 50

Показано что продукты Показано что продукты распада данных распада данных HEDMHEDM - - молекулы азота и атомы гелия молекулы азота и атомы гелия соответственно являются соответственно являются чрезвычайно устойчивыми к чрезвычайно устойчивыми к ионизации и распаду те не ионизации и распаду те не преобразуют выделившуюся преобразуют выделившуюся энергию во внутреннюю энергию во внутреннюю малоэффективную компоненту малоэффективную компоненту

Две метастабильные конфигурации метастабильного кластера He12 с полным спином S=6 состоящего из шести молекул (квазиатомов) He2

Метастабильный кластер He4 с полным спином S=2

Что это может датьЧто это может дать В случае успешной реализации работ в этом В случае успешной реализации работ в этом

направлении открывается возможность создания направлении открывается возможность создания принципиально новых веществ энергоемкость принципиально новых веществ энергоемкость которыхкоторых значительно превышает параметры значительно превышает параметры обычных топлив и не требует наличия окислителяобычных топлив и не требует наличия окислителя

Предполагаемые энергетические параметры HEDM на основе азота и гелия

ВеществоВеществоУдельная Удельная запасенная запасенная энергия на энергия на 1см1см33 вещества вещества[кДжсм[кДжсм33]]

Удельная Удельная запасенная запасенная энергия на энергия на 1грамм вещества 1грамм вещества [кДжг] [кДжг]

Максималь-Максималь-ная ная температура температура [[KKoo]]

Удельный Удельный импульсимпульс[[cc]]

Кластеры азотаКластеры азота 20 20 5252 77 17 17 gt10000 Кgt10000 Коо 200200400400

ГелийГелий(спин-(спин-поляризованный) поляризованный)

236236 7070 gt100000 Кgt100000 Коо 1500 1500 18901890

ИсследованияИсследованияуглеродных кластеровуглеродных кластеров

Кубейн Кубейн CC88HH88 Открыт в 1964 году Открыт в 1964 году Представляет собой Представляет собой метастабильный кластер Запасает метастабильный кластер Запасает энергию более 6 эВэнергию более 6 эВ

Характеризуется высоким Характеризуется высоким потенциальным барьером потенциальным барьером препятствующим его переходу в препятствующим его переходу в равновесное состояние поэтому равновесное состояние поэтому отличается сравнительно высокой отличается сравнительно высокой устойчивостью и способен устойчивостью и способен образовывать твердое тело с образовывать твердое тело с температурой плавления около температурой плавления около 130130ооCC Мало изучен Мало изучен

Возможные пути использования в Возможные пути использования в качестве топливного элемента в качестве топливного элемента в медицине (например для медицине (например для локального повышения локального повышения температуры в окрестности температуры в окрестности опухоли) и дропухоли) и др

CCинтез и исследование новых материалов на интез и исследование новых материалов на основе сверхтонких слоев оксидов основе сверхтонких слоев оксидов редкоземельных металлов для редкоземельных металлов для подзатворного диэлектрика МОП -подзатворного диэлектрика МОП -транзисторов нового поколениятранзисторов нового поколения

Синтез и исследование проводящих Синтез и исследование проводящих материалов для металлических затворов в материалов для металлических затворов в МОП-приборах нового поколенияМОП-приборах нового поколения Разработка физических основ технологии Разработка физических основ технологии изготовления элементов памяти на основе изготовления элементов памяти на основе магнитных туннельных переходов магнитных туннельных переходов (спинтроника)(спинтроника)

НаноэлектроникаНаноэлектроника

Si(100)Si(100)

HfOHfO2 2 (27 nm)(27 nm)

a-Si (35 a-Si (35 nm)nm)

a-NiSia-NiSixx

МОП-транзистор

готовыйготовыйобразецобразец

Процесс эпитаксиального ростаПроцесс эпитаксиального роста

Рост слоёв полупроводниковРост слоёв полупроводниковAlAlххGaGa1-х1-хAsAs In InууGaGa1-у1-уAsAs GaAs GaAs формированиеформирование квантовых ям квантовых ям квантовых точекквантовых точек

Молекулярно-лучевая эпитаксияМолекулярно-лучевая эпитаксиядля формирования наногетероструктур для формирования наногетероструктур А3В5 Установка МЛЭ А3В5 Установка МЛЭ Riber (Riber (Франция)Франция)

КАФЕДРА ФИЗИКИ НАНОРАЗМЕРНЫХ ГЕТЕРОСТРУКТУР КАФЕДРА ФИЗИКИ НАНОРАЗМЕРНЫХ ГЕТЕРОСТРУКТУР И СВЧ НАНОЭЛЕКТРОНИКИИ СВЧ НАНОЭЛЕКТРОНИКИ

Квантовые точкиКвантовые точки InAsGaAsInAsGaAs ndash скан ndash сканатомно-силового атомно-силового микроскопамикроскопа

Достижения в разработке Достижения в разработке моделировании моделировании изготовленииизготовленииШирокополосных Широкополосных малошумящих усилителей малошумящих усилителей Рекордно низкий коэф шумаРекордно низкий коэф шума Кш=037дБКш=037дБ Кус=10дБ Кус=10дБ f=f=9-9-112ГГц2ГГц- мощных транзисторов на - мощных транзисторов на AlGaNGaNAlGaNGaN W=11 W=11 ВтВтмммм граничная частотаграничная частота 100 ГГц100 ГГц-Транзисторов К-диапазона Транзисторов К-диапазона (граничная частота (граничная частота fmax=190fmax=190ГГцГГц))- Длина затвора Длина затвора ((топологическая норма) 100-топологическая норма) 100-190 нанометров190 нанометров

Современные СВЧ микросхемы на основе наногетероструктурСовременные СВЧ микросхемы на основе наногетероструктур

- разработана и изготовлена в ИСВЧПЭ РАН- разработана и изготовлена в ИСВЧПЭ РАН совместно с НПФ laquoМикранraquo Томсксовместно с НПФ laquoМикранraquo Томск

Изготовленная СВЧ микросхема Изготовленная СВЧ микросхема вставлена в вставлена в модуль бортового локатора МИГ на АФАРмодуль бортового локатора МИГ на АФАР

демонстрировавшегося на демонстрировавшегося на авиасалоне МАКС ndash 2007авиасалоне МАКС ndash 2007

Рабочие частоты Рабочие частоты ~ ~ 10-10-15 15 ГГцГГц

Первая отечественная наногетероструктурная СВЧ МИСПервая отечественная наногетероструктурная СВЧ МИС 2-х- каскадного малошумящего усилителя2-х- каскадного малошумящего усилителя

АФАРАФАР

ПОЛУЧЕНИЕ УГЛЕРОДНЫХ НАНОТРУБОКПОЛУЧЕНИЕ УГЛЕРОДНЫХ НАНОТРУБОК

Синтез Y- образной нанотрубки как основы нанотранзистора

ПОЛУЧЕНИЕ НАНОСТРУКТУРИРОВАННЫХ ПОЛУЧЕНИЕ НАНОСТРУКТУРИРОВАННЫХ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПЛЕНОК МЕТОДОМ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПЛЕНОК МЕТОДОМ

ПЛАЗМЕННОЙ ТЕХНОЛОГИИПЛАЗМЕННОЙ ТЕХНОЛОГИИ

50 нм

Подложка ndash полимерная пленка применение для конденсаторов высокой емкости

Оборудование дляОборудование для исследования физических исследования физических свойств наносистемсвойств наносистем

Исследовательский комплекс ИЛО-РФЭС-СРМИ-ВИМС (на базе XSAM-800 Kratos)

МИШЕНИ

Hf La Al Au Pt Si Ge Ni

Ti Sb B helliphellip

НАПУСК РЕАКТИВНЫХ

ГАЗОВ O2 N2 helliphellip

РЕНТГЕНОВСКИЙ ИСТОЧНИК

ИОННЫЙ ИСТОЧНИК (Ar+ He+

H+ hellip)

ПОЛУСФЕРИЧЕСКИЙ ЭНЕРГОАНАЛИЗАТОР

ЛАЗЕР

ПК

ИМПУЛЬСНОЕ ИМПУЛЬСНОЕ ЛАЗЕРНОЕ ЛАЗЕРНОЕ

ОСАЖДЕНИЕОСАЖДЕНИЕ

ДЕРЖАТЕЛЬ ОБРАЗЦОВ С

НАГРЕВАТЕЛЕМ

ДО Т=10000С

КАМЕРА КАМЕРА РОСТАРОСТА

АНАЛИТИЧЕСКАЯАНАЛИТИЧЕСКАЯ

КАМЕРАКАМЕРА

КВАД МАСС-СПЕКТРОМЕТР

Измерение методом STM и TEM атомной структуры нанокластеров металлов на углеродных подложках и в твердотельных матрицах

Нанокластеры AuC ПЭМ 50х50 нм

Нанокластер Нанокластер AuAuС СТМ С СТМ 7х7 нм7х7 нм

СканирующиСканирующиее нанотвердоме нанотвердомерыры laquoНаноСканraquolaquoНаноСканraquo и и laquoСуперlaquoСупер--НаноСканraquoНаноСканraquo

Режимы измерений

Контактный динамический режим (рельеф поверхности карта распределения модуля упругости)

Разрешение по XY 015 нм Разрешение по Z 007 нм

Индентирование склерометрия (с макс нагрузкой до 10 гр)

Динамическое наноиндентирование

Оборудование закупаемое в 2008 г под НОЦ Оборудование закупаемое в 2008 г под НОЦ Высоковакуумный сканирующий зондовый микроскоп с методиками

СТМ АСМ и МСМ Multiprobe MXPS RM VR AFM 25 ldquoOmicronrdquo (Германия) оборудованный системой рентгеновской

фотоэлектронной спектроскопии и камерой препарирования

Источник осаждения нанокластеров с квадрупольным масс-фильтромNanoGen50 (Mantis Deposition Ltd Великобритания)

Функциональные Функциональные наноматериалы для наноматериалы для

энергетикиэнергетики((обзор)обзор)

Московский инженерно-физический институтМосковский инженерно-физический институт(государственный университет)(государственный университет)

Основные области примененияОсновные области применения Транспортировка и хранение топливаТранспортировка и хранение топлива Альтернативные источники энергииАльтернативные источники энергии Получение экологически чистого топливаПолучение экологически чистого топлива Энергосбережение за счет уменьшения сил трения и Энергосбережение за счет уменьшения сил трения и

вязкостивязкости Улучшение проводимости контактовУлучшение проводимости контактов Уменьшение сопротивления проводниковУменьшение сопротивления проводников Уменьшение потерь энергии при передачеУменьшение потерь энергии при передаче Создание новых топливных элементов с большим КПДСоздание новых топливных элементов с большим КПД

Твердотельная Твердотельная энергосберегающая и энергосберегающая и

экологически чистая энергетикаэкологически чистая энергетика

Транспортировка и хранение Транспортировка и хранение водородного топливаводородного топлива

33DD-модель заполнения -модель заполнения водородом массива водородом массива углеродных углеродных нанотрубокнанотрубок

Модель заполнения массива Модель заполнения массива нанотрубок нанотрубок а) кремния и b) углерода при а) кремния и b) углерода при температуре 298 K и температуре 298 K и давлении давлении 10 МПа10 МПа

Наноматериалы в солнечных Наноматериалы в солнечных батареях ndash новые перспективы батареях ndash новые перспективы

альтернативной энергетикиальтернативной энергетики

Новые энергосистемы на основе Новые энергосистемы на основе углеродных нанотрубокуглеродных нанотрубок могут могут проводить электричество в 1000 раз проводить электричество в 1000 раз лучше медных проводовлучше медных проводов

КПД 36КПД 36Работает даже ночью Работает даже ночью утилизируя ИК-лучи утилизируя ИК-лучи которые испускает которые испускает ЗемляЗемляГораздо дешевле Гораздо дешевле традиционных традиционных солнечных батарейсолнечных батарей

Экологически чистое топливоЭкологически чистое топливо

Через молекулярные laquoворотаraquo проникают Через молекулярные laquoворотаraquo проникают молекулы двуокиси углерода а более молекулы двуокиси углерода а более крупные молекулы (метановые) остаются крупные молекулы (метановые) остаются в веществе Практическое применение это в веществе Практическое применение это находит при фильтрации двуокиси находит при фильтрации двуокиси углерода из природного газа и при углерода из природного газа и при создании автомобильных катализаторовсоздании автомобильных катализаторов

Уменьшение сил трения и вязкости Уменьшение сил трения и вязкости в микромеханических системахв микромеханических системах

Наноразмерные неровности Наноразмерные неровности поверхностей сокращают площадь поверхностей сокращают площадь контакта между поверхностями Таким контакта между поверхностями Таким образом металлические материалы с образом металлические материалы с наноструктурой обладают повышенной наноструктурой обладают повышенной по сравнению с обычным структурным по сравнению с обычным структурным состоянием твердостью и состоянием твердостью и износостойкостью Эффект износостойкостью Эффект износостойкости и малого износостойкости и малого коэффициента трения проявляется при коэффициента трения проявляется при использовании использовании полинанокристаллических алмазов и полинанокристаллических алмазов и алмазоподобных покрытий а также алмазоподобных покрытий а также сверхтвердых веществ на базе сверхтвердых веществ на базе фуллеренов (например со фуллеренов (например со сфероподобными молекулами С60) и сфероподобными молекулами С60) и фуллеридов (легированных фуллеридов (легированных фуллеренов например FexC60) фуллеренов например FexC60) наноструктурных многослойных пленок наноструктурных многослойных пленок сложного состава на основе сложного состава на основе кубического BN Cкубического BN C33NN44 TiC TiN Ti(AlN) TiC TiN Ti(AlN) обладающих очень высокой (до 70 ГПа) обладающих очень высокой (до 70 ГПа) твердостьютвердостью

Энергосбережение за счет Энергосбережение за счет увеличения ресурса работы увеличения ресурса работы техникитехники

При техническом сервисе благодаря применению наноматериалов можно При техническом сервисе благодаря применению наноматериалов можно значительно (до 15-4 раз) увеличить ресурс работы машин уменьшить значительно (до 15-4 раз) увеличить ресурс работы машин уменьшить вредные выбросы и эксплутационные затраты (в том числе расход вредные выбросы и эксплутационные затраты (в том числе расход топлива) Наноматериалы в основном фуллерены вводят в смазочные топлива) Наноматериалы в основном фуллерены вводят в смазочные материалы которые уменьшают трение и обеспечивают процесс ldquoизнос-материалы которые уменьшают трение и обеспечивают процесс ldquoизнос-восстановлениеrdquoвосстановлениеrdquo

000

020

040

060

080

100

120

140

160

Мощность двигателя Потребление топлива Срок службысмазочных материалов

Расход смазочныхматериалов

0

2

4

6

8

10

12

Продолжительность обкаткиагрегатов

Износостойкость трущихсясоединений

раз

С использованием фуллереновыхпрепаратов

Без использования

Улучшение проводимости Улучшение проводимости контактовконтактов

Внедренные в полимерную матрицу углеродные нанотрубки обеспечивают ее Внедренные в полимерную матрицу углеродные нанотрубки обеспечивают ее электро- и теплопроводность их можно рассматривать как нанопроводники электро- и теплопроводность их можно рассматривать как нанопроводники Нанотрубки увеличивают проводимость в сотни раз сильнее обычных добавок Нанотрубки увеличивают проводимость в сотни раз сильнее обычных добавок используемых для повышения проводимости материалов Благодаря этому используемых для повышения проводимости материалов Благодаря этому нанотрубки формируют объемную электропроводную структуру при введении в нанотрубки формируют объемную электропроводную структуру при введении в очень малых количествах что позволяет добиться проводимости полимеров очень малых количествах что позволяет добиться проводимости полимеров при значительно меньшей доле нанотрубок по сравнению с традиционными при значительно меньшей доле нанотрубок по сравнению с традиционными сажевыми добавкамисажевыми добавками

Данные компании Nanocyl SA Данные компании Nanocyl SA

Уменьшение сопротивления Уменьшение сопротивления проводниковпроводников

Нанопроволочные приборы показали на Нанопроволочные приборы показали на два два порядкапорядка меньшее контактное сопротивление и меньшее контактное сопротивление и на на три порядкатри порядка меньший уровень меньший уровень электрических шумов по сравнению со электрических шумов по сравнению со стандартной кремниевой технологиейстандартной кремниевой технологией

Уменьшение потерь энергии при Уменьшение потерь энергии при передачпередачее

В наноматериалах оптический сигнал передается во много раз быстрее и без В наноматериалах оптический сигнал передается во много раз быстрее и без потери энергии так как перенос информации происходит с помощью фотонов потери энергии так как перенос информации происходит с помощью фотонов Благодаря этому диссипация энергии в электронных устройствах практически Благодаря этому диссипация энергии в электронных устройствах практически сводится к нулю Один из вариантов использования данной технологии ndash создание сводится к нулю Один из вариантов использования данной технологии ndash создание источников света Поскольку около 15 - 20 вырабатываемой электроэнергии источников света Поскольку около 15 - 20 вырабатываемой электроэнергии расходуется для освещения то использование источников света с новым расходуется для освещения то использование источников света с новым принципом работы сулит огромный экономический эффектпринципом работы сулит огромный экономический эффект

4 96

28 72

70 30

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Электрическая лампочка

Оптические микросхемы наоснове периодических

структур

Разрабатываемые диодысветовой эмиссии

Выделяемая энергия в виде света Потери энергии

Энергосбережение на тепловых Энергосбережение на тепловых электростанцияхэлектростанциях

Применение новой технологии создания топливных элементов на Применение новой технологии создания топливных элементов на основе laquoЖидкой керамикиraquo приводит к значительной экономии энергии основе laquoЖидкой керамикиraquo приводит к значительной экономии энергии на тепловых электростанцияхна тепловых электростанциях

40

95

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Сжигание мазута Новые топливные элементы наоснове жидкой керамики

КПД

Наноматериалы для атомной энергетикиНаноматериалы для атомной энергетики

Перспективы развития атомной энергетики связаны Перспективы развития атомной энергетики связаны со снижением удельного потребления природного со снижением удельного потребления природного урана в основном за счет увеличения глубины урана в основном за счет увеличения глубины выгорания ядерного топлива Для этого необходимо выгорания ядерного топлива Для этого необходимо создание крупнокристаллических структур ядерных создание крупнокристаллических структур ядерных материалов с контролируемой пористостью материалов с контролируемой пористостью удерживающих продукты деления и препятствующих удерживающих продукты деления и препятствующих транспорту осколков деления к оболочке транспорту осколков деления к оболочке тепловыделяющего элемента и ее внутреннего тепловыделяющего элемента и ее внутреннего повреждения Активация процесса спекания за счет повреждения Активация процесса спекания за счет добавок нанометрического размера ndash одно из добавок нанометрического размера ndash одно из направлений создания новых видов уран-направлений создания новых видов уран-плутониевых оксидов и нитридов для ядерной плутониевых оксидов и нитридов для ядерной энергетикиэнергетики

Спасибо за вниманиеСпасибо за внимание

Цель работыЦель работы ndash разработка физических основ создания ndash разработка физических основ создания новых энергоносителей на основе метастабильных нанокластерных и полимерных форм и состоящих из и состоящих из элементов не образующих в обычных условиях элементов не образующих в обычных условиях конденсированных веществконденсированных веществ- - азота гелияазота гелия Такие нановещества способны запасать энергию от 3 до Такие нановещества способны запасать энергию от 3 до 550 раз больше чем известные химические 0 раз больше чем известные химические энергоносители а также полностью выделять энергоносители а также полностью выделять запасенную энергию за короткие временазапасенную энергию за короткие времена

На данном этапе поиск проводится методами На данном этапе поиск проводится методами компьютерного моделированиякомпьютерного моделирования

Поиск новых энергоносителей на основе Поиск новых энергоносителей на основе метастабильных нанокластеровметастабильных нанокластеров

Диапазоны энергоёмкости

Азотные нанокластеры и их Азотные нанокластеры и их

ансамбли Полимерный азотансамбли Полимерный азот

предсказана возможность предсказана возможность существования ансамблей из существования ансамблей из кластеров кластеров NN88 (так называемых (так называемых laquoлодокraquo) те конденсированной laquoлодокraquo) те конденсированной фазы собранной из фазы собранной из laquoкирпичиковraquo -кластеров laquoкирпичиковraquo -кластеров NN88 Это новое нановещество должно Это новое нановещество должно быть устойчивым при быть устойчивым при нормальном давлении и нагреве нормальном давлении и нагреве до до 800К 800К

Выяснены причины Выяснены причины возможной неустойчивости возможной неустойчивости конечных кластеров Гош конечных кластеров Гош структуры полимерного азота структуры полимерного азота и вычислены времена их и вычислены времена их жизнижизни

Результаты Результаты исследованийисследованийгелиевых кластеровгелиевых кластеров

Определены параметры Определены параметры кластеров спин-кластеров спин-поляризованного гелия с поляризованного гелия с различной структуройразличной структурой

Показано что для Показано что для метастабильных спин-метастабильных спин-поляризованных кластеров поляризованных кластеров гелия выигрыш по удельной гелия выигрыш по удельной массовой энергоемкости может массовой энергоемкости может достигать 50 достигать 50

Показано что продукты Показано что продукты распада данных распада данных HEDMHEDM - - молекулы азота и атомы гелия молекулы азота и атомы гелия соответственно являются соответственно являются чрезвычайно устойчивыми к чрезвычайно устойчивыми к ионизации и распаду те не ионизации и распаду те не преобразуют выделившуюся преобразуют выделившуюся энергию во внутреннюю энергию во внутреннюю малоэффективную компоненту малоэффективную компоненту

Две метастабильные конфигурации метастабильного кластера He12 с полным спином S=6 состоящего из шести молекул (квазиатомов) He2

Метастабильный кластер He4 с полным спином S=2

Что это может датьЧто это может дать В случае успешной реализации работ в этом В случае успешной реализации работ в этом

направлении открывается возможность создания направлении открывается возможность создания принципиально новых веществ энергоемкость принципиально новых веществ энергоемкость которыхкоторых значительно превышает параметры значительно превышает параметры обычных топлив и не требует наличия окислителяобычных топлив и не требует наличия окислителя

Предполагаемые энергетические параметры HEDM на основе азота и гелия

ВеществоВеществоУдельная Удельная запасенная запасенная энергия на энергия на 1см1см33 вещества вещества[кДжсм[кДжсм33]]

Удельная Удельная запасенная запасенная энергия на энергия на 1грамм вещества 1грамм вещества [кДжг] [кДжг]

Максималь-Максималь-ная ная температура температура [[KKoo]]

Удельный Удельный импульсимпульс[[cc]]

Кластеры азотаКластеры азота 20 20 5252 77 17 17 gt10000 Кgt10000 Коо 200200400400

ГелийГелий(спин-(спин-поляризованный) поляризованный)

236236 7070 gt100000 Кgt100000 Коо 1500 1500 18901890

ИсследованияИсследованияуглеродных кластеровуглеродных кластеров

Кубейн Кубейн CC88HH88 Открыт в 1964 году Открыт в 1964 году Представляет собой Представляет собой метастабильный кластер Запасает метастабильный кластер Запасает энергию более 6 эВэнергию более 6 эВ

Характеризуется высоким Характеризуется высоким потенциальным барьером потенциальным барьером препятствующим его переходу в препятствующим его переходу в равновесное состояние поэтому равновесное состояние поэтому отличается сравнительно высокой отличается сравнительно высокой устойчивостью и способен устойчивостью и способен образовывать твердое тело с образовывать твердое тело с температурой плавления около температурой плавления около 130130ооCC Мало изучен Мало изучен

Возможные пути использования в Возможные пути использования в качестве топливного элемента в качестве топливного элемента в медицине (например для медицине (например для локального повышения локального повышения температуры в окрестности температуры в окрестности опухоли) и дропухоли) и др

CCинтез и исследование новых материалов на интез и исследование новых материалов на основе сверхтонких слоев оксидов основе сверхтонких слоев оксидов редкоземельных металлов для редкоземельных металлов для подзатворного диэлектрика МОП -подзатворного диэлектрика МОП -транзисторов нового поколениятранзисторов нового поколения

Синтез и исследование проводящих Синтез и исследование проводящих материалов для металлических затворов в материалов для металлических затворов в МОП-приборах нового поколенияМОП-приборах нового поколения Разработка физических основ технологии Разработка физических основ технологии изготовления элементов памяти на основе изготовления элементов памяти на основе магнитных туннельных переходов магнитных туннельных переходов (спинтроника)(спинтроника)

НаноэлектроникаНаноэлектроника

Si(100)Si(100)

HfOHfO2 2 (27 nm)(27 nm)

a-Si (35 a-Si (35 nm)nm)

a-NiSia-NiSixx

МОП-транзистор

готовыйготовыйобразецобразец

Процесс эпитаксиального ростаПроцесс эпитаксиального роста

Рост слоёв полупроводниковРост слоёв полупроводниковAlAlххGaGa1-х1-хAsAs In InууGaGa1-у1-уAsAs GaAs GaAs формированиеформирование квантовых ям квантовых ям квантовых точекквантовых точек

Молекулярно-лучевая эпитаксияМолекулярно-лучевая эпитаксиядля формирования наногетероструктур для формирования наногетероструктур А3В5 Установка МЛЭ А3В5 Установка МЛЭ Riber (Riber (Франция)Франция)

КАФЕДРА ФИЗИКИ НАНОРАЗМЕРНЫХ ГЕТЕРОСТРУКТУР КАФЕДРА ФИЗИКИ НАНОРАЗМЕРНЫХ ГЕТЕРОСТРУКТУР И СВЧ НАНОЭЛЕКТРОНИКИИ СВЧ НАНОЭЛЕКТРОНИКИ

Квантовые точкиКвантовые точки InAsGaAsInAsGaAs ndash скан ndash сканатомно-силового атомно-силового микроскопамикроскопа

Достижения в разработке Достижения в разработке моделировании моделировании изготовленииизготовленииШирокополосных Широкополосных малошумящих усилителей малошумящих усилителей Рекордно низкий коэф шумаРекордно низкий коэф шума Кш=037дБКш=037дБ Кус=10дБ Кус=10дБ f=f=9-9-112ГГц2ГГц- мощных транзисторов на - мощных транзисторов на AlGaNGaNAlGaNGaN W=11 W=11 ВтВтмммм граничная частотаграничная частота 100 ГГц100 ГГц-Транзисторов К-диапазона Транзисторов К-диапазона (граничная частота (граничная частота fmax=190fmax=190ГГцГГц))- Длина затвора Длина затвора ((топологическая норма) 100-топологическая норма) 100-190 нанометров190 нанометров

Современные СВЧ микросхемы на основе наногетероструктурСовременные СВЧ микросхемы на основе наногетероструктур

- разработана и изготовлена в ИСВЧПЭ РАН- разработана и изготовлена в ИСВЧПЭ РАН совместно с НПФ laquoМикранraquo Томсксовместно с НПФ laquoМикранraquo Томск

Изготовленная СВЧ микросхема Изготовленная СВЧ микросхема вставлена в вставлена в модуль бортового локатора МИГ на АФАРмодуль бортового локатора МИГ на АФАР

демонстрировавшегося на демонстрировавшегося на авиасалоне МАКС ndash 2007авиасалоне МАКС ndash 2007

Рабочие частоты Рабочие частоты ~ ~ 10-10-15 15 ГГцГГц

Первая отечественная наногетероструктурная СВЧ МИСПервая отечественная наногетероструктурная СВЧ МИС 2-х- каскадного малошумящего усилителя2-х- каскадного малошумящего усилителя

АФАРАФАР

ПОЛУЧЕНИЕ УГЛЕРОДНЫХ НАНОТРУБОКПОЛУЧЕНИЕ УГЛЕРОДНЫХ НАНОТРУБОК

Синтез Y- образной нанотрубки как основы нанотранзистора

ПОЛУЧЕНИЕ НАНОСТРУКТУРИРОВАННЫХ ПОЛУЧЕНИЕ НАНОСТРУКТУРИРОВАННЫХ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПЛЕНОК МЕТОДОМ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПЛЕНОК МЕТОДОМ

ПЛАЗМЕННОЙ ТЕХНОЛОГИИПЛАЗМЕННОЙ ТЕХНОЛОГИИ

50 нм

Подложка ndash полимерная пленка применение для конденсаторов высокой емкости

Оборудование дляОборудование для исследования физических исследования физических свойств наносистемсвойств наносистем

Исследовательский комплекс ИЛО-РФЭС-СРМИ-ВИМС (на базе XSAM-800 Kratos)

МИШЕНИ

Hf La Al Au Pt Si Ge Ni

Ti Sb B helliphellip

НАПУСК РЕАКТИВНЫХ

ГАЗОВ O2 N2 helliphellip

РЕНТГЕНОВСКИЙ ИСТОЧНИК

ИОННЫЙ ИСТОЧНИК (Ar+ He+

H+ hellip)

ПОЛУСФЕРИЧЕСКИЙ ЭНЕРГОАНАЛИЗАТОР

ЛАЗЕР

ПК

ИМПУЛЬСНОЕ ИМПУЛЬСНОЕ ЛАЗЕРНОЕ ЛАЗЕРНОЕ

ОСАЖДЕНИЕОСАЖДЕНИЕ

ДЕРЖАТЕЛЬ ОБРАЗЦОВ С

НАГРЕВАТЕЛЕМ

ДО Т=10000С

КАМЕРА КАМЕРА РОСТАРОСТА

АНАЛИТИЧЕСКАЯАНАЛИТИЧЕСКАЯ

КАМЕРАКАМЕРА

КВАД МАСС-СПЕКТРОМЕТР

Измерение методом STM и TEM атомной структуры нанокластеров металлов на углеродных подложках и в твердотельных матрицах

Нанокластеры AuC ПЭМ 50х50 нм

Нанокластер Нанокластер AuAuС СТМ С СТМ 7х7 нм7х7 нм

СканирующиСканирующиее нанотвердоме нанотвердомерыры laquoНаноСканraquolaquoНаноСканraquo и и laquoСуперlaquoСупер--НаноСканraquoНаноСканraquo

Режимы измерений

Контактный динамический режим (рельеф поверхности карта распределения модуля упругости)

Разрешение по XY 015 нм Разрешение по Z 007 нм

Индентирование склерометрия (с макс нагрузкой до 10 гр)

Динамическое наноиндентирование

Оборудование закупаемое в 2008 г под НОЦ Оборудование закупаемое в 2008 г под НОЦ Высоковакуумный сканирующий зондовый микроскоп с методиками

СТМ АСМ и МСМ Multiprobe MXPS RM VR AFM 25 ldquoOmicronrdquo (Германия) оборудованный системой рентгеновской

фотоэлектронной спектроскопии и камерой препарирования

Источник осаждения нанокластеров с квадрупольным масс-фильтромNanoGen50 (Mantis Deposition Ltd Великобритания)

Функциональные Функциональные наноматериалы для наноматериалы для

энергетикиэнергетики((обзор)обзор)

Московский инженерно-физический институтМосковский инженерно-физический институт(государственный университет)(государственный университет)

Основные области примененияОсновные области применения Транспортировка и хранение топливаТранспортировка и хранение топлива Альтернативные источники энергииАльтернативные источники энергии Получение экологически чистого топливаПолучение экологически чистого топлива Энергосбережение за счет уменьшения сил трения и Энергосбережение за счет уменьшения сил трения и

вязкостивязкости Улучшение проводимости контактовУлучшение проводимости контактов Уменьшение сопротивления проводниковУменьшение сопротивления проводников Уменьшение потерь энергии при передачеУменьшение потерь энергии при передаче Создание новых топливных элементов с большим КПДСоздание новых топливных элементов с большим КПД

Твердотельная Твердотельная энергосберегающая и энергосберегающая и

экологически чистая энергетикаэкологически чистая энергетика

Транспортировка и хранение Транспортировка и хранение водородного топливаводородного топлива

33DD-модель заполнения -модель заполнения водородом массива водородом массива углеродных углеродных нанотрубокнанотрубок

Модель заполнения массива Модель заполнения массива нанотрубок нанотрубок а) кремния и b) углерода при а) кремния и b) углерода при температуре 298 K и температуре 298 K и давлении давлении 10 МПа10 МПа

Наноматериалы в солнечных Наноматериалы в солнечных батареях ndash новые перспективы батареях ndash новые перспективы

альтернативной энергетикиальтернативной энергетики

Новые энергосистемы на основе Новые энергосистемы на основе углеродных нанотрубокуглеродных нанотрубок могут могут проводить электричество в 1000 раз проводить электричество в 1000 раз лучше медных проводовлучше медных проводов

КПД 36КПД 36Работает даже ночью Работает даже ночью утилизируя ИК-лучи утилизируя ИК-лучи которые испускает которые испускает ЗемляЗемляГораздо дешевле Гораздо дешевле традиционных традиционных солнечных батарейсолнечных батарей

Экологически чистое топливоЭкологически чистое топливо

Через молекулярные laquoворотаraquo проникают Через молекулярные laquoворотаraquo проникают молекулы двуокиси углерода а более молекулы двуокиси углерода а более крупные молекулы (метановые) остаются крупные молекулы (метановые) остаются в веществе Практическое применение это в веществе Практическое применение это находит при фильтрации двуокиси находит при фильтрации двуокиси углерода из природного газа и при углерода из природного газа и при создании автомобильных катализаторовсоздании автомобильных катализаторов

Уменьшение сил трения и вязкости Уменьшение сил трения и вязкости в микромеханических системахв микромеханических системах

Наноразмерные неровности Наноразмерные неровности поверхностей сокращают площадь поверхностей сокращают площадь контакта между поверхностями Таким контакта между поверхностями Таким образом металлические материалы с образом металлические материалы с наноструктурой обладают повышенной наноструктурой обладают повышенной по сравнению с обычным структурным по сравнению с обычным структурным состоянием твердостью и состоянием твердостью и износостойкостью Эффект износостойкостью Эффект износостойкости и малого износостойкости и малого коэффициента трения проявляется при коэффициента трения проявляется при использовании использовании полинанокристаллических алмазов и полинанокристаллических алмазов и алмазоподобных покрытий а также алмазоподобных покрытий а также сверхтвердых веществ на базе сверхтвердых веществ на базе фуллеренов (например со фуллеренов (например со сфероподобными молекулами С60) и сфероподобными молекулами С60) и фуллеридов (легированных фуллеридов (легированных фуллеренов например FexC60) фуллеренов например FexC60) наноструктурных многослойных пленок наноструктурных многослойных пленок сложного состава на основе сложного состава на основе кубического BN Cкубического BN C33NN44 TiC TiN Ti(AlN) TiC TiN Ti(AlN) обладающих очень высокой (до 70 ГПа) обладающих очень высокой (до 70 ГПа) твердостьютвердостью

Энергосбережение за счет Энергосбережение за счет увеличения ресурса работы увеличения ресурса работы техникитехники

При техническом сервисе благодаря применению наноматериалов можно При техническом сервисе благодаря применению наноматериалов можно значительно (до 15-4 раз) увеличить ресурс работы машин уменьшить значительно (до 15-4 раз) увеличить ресурс работы машин уменьшить вредные выбросы и эксплутационные затраты (в том числе расход вредные выбросы и эксплутационные затраты (в том числе расход топлива) Наноматериалы в основном фуллерены вводят в смазочные топлива) Наноматериалы в основном фуллерены вводят в смазочные материалы которые уменьшают трение и обеспечивают процесс ldquoизнос-материалы которые уменьшают трение и обеспечивают процесс ldquoизнос-восстановлениеrdquoвосстановлениеrdquo

000

020

040

060

080

100

120

140

160

Мощность двигателя Потребление топлива Срок службысмазочных материалов

Расход смазочныхматериалов

0

2

4

6

8

10

12

Продолжительность обкаткиагрегатов

Износостойкость трущихсясоединений

раз

С использованием фуллереновыхпрепаратов

Без использования

Улучшение проводимости Улучшение проводимости контактовконтактов

Внедренные в полимерную матрицу углеродные нанотрубки обеспечивают ее Внедренные в полимерную матрицу углеродные нанотрубки обеспечивают ее электро- и теплопроводность их можно рассматривать как нанопроводники электро- и теплопроводность их можно рассматривать как нанопроводники Нанотрубки увеличивают проводимость в сотни раз сильнее обычных добавок Нанотрубки увеличивают проводимость в сотни раз сильнее обычных добавок используемых для повышения проводимости материалов Благодаря этому используемых для повышения проводимости материалов Благодаря этому нанотрубки формируют объемную электропроводную структуру при введении в нанотрубки формируют объемную электропроводную структуру при введении в очень малых количествах что позволяет добиться проводимости полимеров очень малых количествах что позволяет добиться проводимости полимеров при значительно меньшей доле нанотрубок по сравнению с традиционными при значительно меньшей доле нанотрубок по сравнению с традиционными сажевыми добавкамисажевыми добавками

Данные компании Nanocyl SA Данные компании Nanocyl SA

Уменьшение сопротивления Уменьшение сопротивления проводниковпроводников

Нанопроволочные приборы показали на Нанопроволочные приборы показали на два два порядкапорядка меньшее контактное сопротивление и меньшее контактное сопротивление и на на три порядкатри порядка меньший уровень меньший уровень электрических шумов по сравнению со электрических шумов по сравнению со стандартной кремниевой технологиейстандартной кремниевой технологией

Уменьшение потерь энергии при Уменьшение потерь энергии при передачпередачее

В наноматериалах оптический сигнал передается во много раз быстрее и без В наноматериалах оптический сигнал передается во много раз быстрее и без потери энергии так как перенос информации происходит с помощью фотонов потери энергии так как перенос информации происходит с помощью фотонов Благодаря этому диссипация энергии в электронных устройствах практически Благодаря этому диссипация энергии в электронных устройствах практически сводится к нулю Один из вариантов использования данной технологии ndash создание сводится к нулю Один из вариантов использования данной технологии ndash создание источников света Поскольку около 15 - 20 вырабатываемой электроэнергии источников света Поскольку около 15 - 20 вырабатываемой электроэнергии расходуется для освещения то использование источников света с новым расходуется для освещения то использование источников света с новым принципом работы сулит огромный экономический эффектпринципом работы сулит огромный экономический эффект

4 96

28 72

70 30

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Электрическая лампочка

Оптические микросхемы наоснове периодических

структур

Разрабатываемые диодысветовой эмиссии

Выделяемая энергия в виде света Потери энергии

Энергосбережение на тепловых Энергосбережение на тепловых электростанцияхэлектростанциях

Применение новой технологии создания топливных элементов на Применение новой технологии создания топливных элементов на основе laquoЖидкой керамикиraquo приводит к значительной экономии энергии основе laquoЖидкой керамикиraquo приводит к значительной экономии энергии на тепловых электростанцияхна тепловых электростанциях

40

95

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Сжигание мазута Новые топливные элементы наоснове жидкой керамики

КПД

Наноматериалы для атомной энергетикиНаноматериалы для атомной энергетики

Перспективы развития атомной энергетики связаны Перспективы развития атомной энергетики связаны со снижением удельного потребления природного со снижением удельного потребления природного урана в основном за счет увеличения глубины урана в основном за счет увеличения глубины выгорания ядерного топлива Для этого необходимо выгорания ядерного топлива Для этого необходимо создание крупнокристаллических структур ядерных создание крупнокристаллических структур ядерных материалов с контролируемой пористостью материалов с контролируемой пористостью удерживающих продукты деления и препятствующих удерживающих продукты деления и препятствующих транспорту осколков деления к оболочке транспорту осколков деления к оболочке тепловыделяющего элемента и ее внутреннего тепловыделяющего элемента и ее внутреннего повреждения Активация процесса спекания за счет повреждения Активация процесса спекания за счет добавок нанометрического размера ndash одно из добавок нанометрического размера ndash одно из направлений создания новых видов уран-направлений создания новых видов уран-плутониевых оксидов и нитридов для ядерной плутониевых оксидов и нитридов для ядерной энергетикиэнергетики

Спасибо за вниманиеСпасибо за внимание

Азотные нанокластеры и их Азотные нанокластеры и их

ансамбли Полимерный азотансамбли Полимерный азот

предсказана возможность предсказана возможность существования ансамблей из существования ансамблей из кластеров кластеров NN88 (так называемых (так называемых laquoлодокraquo) те конденсированной laquoлодокraquo) те конденсированной фазы собранной из фазы собранной из laquoкирпичиковraquo -кластеров laquoкирпичиковraquo -кластеров NN88 Это новое нановещество должно Это новое нановещество должно быть устойчивым при быть устойчивым при нормальном давлении и нагреве нормальном давлении и нагреве до до 800К 800К

Выяснены причины Выяснены причины возможной неустойчивости возможной неустойчивости конечных кластеров Гош конечных кластеров Гош структуры полимерного азота структуры полимерного азота и вычислены времена их и вычислены времена их жизнижизни

Результаты Результаты исследованийисследованийгелиевых кластеровгелиевых кластеров

Определены параметры Определены параметры кластеров спин-кластеров спин-поляризованного гелия с поляризованного гелия с различной структуройразличной структурой

Показано что для Показано что для метастабильных спин-метастабильных спин-поляризованных кластеров поляризованных кластеров гелия выигрыш по удельной гелия выигрыш по удельной массовой энергоемкости может массовой энергоемкости может достигать 50 достигать 50

Показано что продукты Показано что продукты распада данных распада данных HEDMHEDM - - молекулы азота и атомы гелия молекулы азота и атомы гелия соответственно являются соответственно являются чрезвычайно устойчивыми к чрезвычайно устойчивыми к ионизации и распаду те не ионизации и распаду те не преобразуют выделившуюся преобразуют выделившуюся энергию во внутреннюю энергию во внутреннюю малоэффективную компоненту малоэффективную компоненту

Две метастабильные конфигурации метастабильного кластера He12 с полным спином S=6 состоящего из шести молекул (квазиатомов) He2

Метастабильный кластер He4 с полным спином S=2

Что это может датьЧто это может дать В случае успешной реализации работ в этом В случае успешной реализации работ в этом

направлении открывается возможность создания направлении открывается возможность создания принципиально новых веществ энергоемкость принципиально новых веществ энергоемкость которыхкоторых значительно превышает параметры значительно превышает параметры обычных топлив и не требует наличия окислителяобычных топлив и не требует наличия окислителя

Предполагаемые энергетические параметры HEDM на основе азота и гелия

ВеществоВеществоУдельная Удельная запасенная запасенная энергия на энергия на 1см1см33 вещества вещества[кДжсм[кДжсм33]]

Удельная Удельная запасенная запасенная энергия на энергия на 1грамм вещества 1грамм вещества [кДжг] [кДжг]

Максималь-Максималь-ная ная температура температура [[KKoo]]

Удельный Удельный импульсимпульс[[cc]]

Кластеры азотаКластеры азота 20 20 5252 77 17 17 gt10000 Кgt10000 Коо 200200400400

ГелийГелий(спин-(спин-поляризованный) поляризованный)

236236 7070 gt100000 Кgt100000 Коо 1500 1500 18901890

ИсследованияИсследованияуглеродных кластеровуглеродных кластеров

Кубейн Кубейн CC88HH88 Открыт в 1964 году Открыт в 1964 году Представляет собой Представляет собой метастабильный кластер Запасает метастабильный кластер Запасает энергию более 6 эВэнергию более 6 эВ

Характеризуется высоким Характеризуется высоким потенциальным барьером потенциальным барьером препятствующим его переходу в препятствующим его переходу в равновесное состояние поэтому равновесное состояние поэтому отличается сравнительно высокой отличается сравнительно высокой устойчивостью и способен устойчивостью и способен образовывать твердое тело с образовывать твердое тело с температурой плавления около температурой плавления около 130130ооCC Мало изучен Мало изучен

Возможные пути использования в Возможные пути использования в качестве топливного элемента в качестве топливного элемента в медицине (например для медицине (например для локального повышения локального повышения температуры в окрестности температуры в окрестности опухоли) и дропухоли) и др

CCинтез и исследование новых материалов на интез и исследование новых материалов на основе сверхтонких слоев оксидов основе сверхтонких слоев оксидов редкоземельных металлов для редкоземельных металлов для подзатворного диэлектрика МОП -подзатворного диэлектрика МОП -транзисторов нового поколениятранзисторов нового поколения

Синтез и исследование проводящих Синтез и исследование проводящих материалов для металлических затворов в материалов для металлических затворов в МОП-приборах нового поколенияМОП-приборах нового поколения Разработка физических основ технологии Разработка физических основ технологии изготовления элементов памяти на основе изготовления элементов памяти на основе магнитных туннельных переходов магнитных туннельных переходов (спинтроника)(спинтроника)

НаноэлектроникаНаноэлектроника

Si(100)Si(100)

HfOHfO2 2 (27 nm)(27 nm)

a-Si (35 a-Si (35 nm)nm)

a-NiSia-NiSixx

МОП-транзистор

готовыйготовыйобразецобразец

Процесс эпитаксиального ростаПроцесс эпитаксиального роста

Рост слоёв полупроводниковРост слоёв полупроводниковAlAlххGaGa1-х1-хAsAs In InууGaGa1-у1-уAsAs GaAs GaAs формированиеформирование квантовых ям квантовых ям квантовых точекквантовых точек

Молекулярно-лучевая эпитаксияМолекулярно-лучевая эпитаксиядля формирования наногетероструктур для формирования наногетероструктур А3В5 Установка МЛЭ А3В5 Установка МЛЭ Riber (Riber (Франция)Франция)

КАФЕДРА ФИЗИКИ НАНОРАЗМЕРНЫХ ГЕТЕРОСТРУКТУР КАФЕДРА ФИЗИКИ НАНОРАЗМЕРНЫХ ГЕТЕРОСТРУКТУР И СВЧ НАНОЭЛЕКТРОНИКИИ СВЧ НАНОЭЛЕКТРОНИКИ

Квантовые точкиКвантовые точки InAsGaAsInAsGaAs ndash скан ndash сканатомно-силового атомно-силового микроскопамикроскопа

Достижения в разработке Достижения в разработке моделировании моделировании изготовленииизготовленииШирокополосных Широкополосных малошумящих усилителей малошумящих усилителей Рекордно низкий коэф шумаРекордно низкий коэф шума Кш=037дБКш=037дБ Кус=10дБ Кус=10дБ f=f=9-9-112ГГц2ГГц- мощных транзисторов на - мощных транзисторов на AlGaNGaNAlGaNGaN W=11 W=11 ВтВтмммм граничная частотаграничная частота 100 ГГц100 ГГц-Транзисторов К-диапазона Транзисторов К-диапазона (граничная частота (граничная частота fmax=190fmax=190ГГцГГц))- Длина затвора Длина затвора ((топологическая норма) 100-топологическая норма) 100-190 нанометров190 нанометров

Современные СВЧ микросхемы на основе наногетероструктурСовременные СВЧ микросхемы на основе наногетероструктур

- разработана и изготовлена в ИСВЧПЭ РАН- разработана и изготовлена в ИСВЧПЭ РАН совместно с НПФ laquoМикранraquo Томсксовместно с НПФ laquoМикранraquo Томск

Изготовленная СВЧ микросхема Изготовленная СВЧ микросхема вставлена в вставлена в модуль бортового локатора МИГ на АФАРмодуль бортового локатора МИГ на АФАР

демонстрировавшегося на демонстрировавшегося на авиасалоне МАКС ndash 2007авиасалоне МАКС ndash 2007

Рабочие частоты Рабочие частоты ~ ~ 10-10-15 15 ГГцГГц

Первая отечественная наногетероструктурная СВЧ МИСПервая отечественная наногетероструктурная СВЧ МИС 2-х- каскадного малошумящего усилителя2-х- каскадного малошумящего усилителя

АФАРАФАР

ПОЛУЧЕНИЕ УГЛЕРОДНЫХ НАНОТРУБОКПОЛУЧЕНИЕ УГЛЕРОДНЫХ НАНОТРУБОК

Синтез Y- образной нанотрубки как основы нанотранзистора

ПОЛУЧЕНИЕ НАНОСТРУКТУРИРОВАННЫХ ПОЛУЧЕНИЕ НАНОСТРУКТУРИРОВАННЫХ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПЛЕНОК МЕТОДОМ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПЛЕНОК МЕТОДОМ

ПЛАЗМЕННОЙ ТЕХНОЛОГИИПЛАЗМЕННОЙ ТЕХНОЛОГИИ

50 нм

Подложка ndash полимерная пленка применение для конденсаторов высокой емкости

Оборудование дляОборудование для исследования физических исследования физических свойств наносистемсвойств наносистем

Исследовательский комплекс ИЛО-РФЭС-СРМИ-ВИМС (на базе XSAM-800 Kratos)

МИШЕНИ

Hf La Al Au Pt Si Ge Ni

Ti Sb B helliphellip

НАПУСК РЕАКТИВНЫХ

ГАЗОВ O2 N2 helliphellip

РЕНТГЕНОВСКИЙ ИСТОЧНИК

ИОННЫЙ ИСТОЧНИК (Ar+ He+

H+ hellip)

ПОЛУСФЕРИЧЕСКИЙ ЭНЕРГОАНАЛИЗАТОР

ЛАЗЕР

ПК

ИМПУЛЬСНОЕ ИМПУЛЬСНОЕ ЛАЗЕРНОЕ ЛАЗЕРНОЕ

ОСАЖДЕНИЕОСАЖДЕНИЕ

ДЕРЖАТЕЛЬ ОБРАЗЦОВ С

НАГРЕВАТЕЛЕМ

ДО Т=10000С

КАМЕРА КАМЕРА РОСТАРОСТА

АНАЛИТИЧЕСКАЯАНАЛИТИЧЕСКАЯ

КАМЕРАКАМЕРА

КВАД МАСС-СПЕКТРОМЕТР

Измерение методом STM и TEM атомной структуры нанокластеров металлов на углеродных подложках и в твердотельных матрицах

Нанокластеры AuC ПЭМ 50х50 нм

Нанокластер Нанокластер AuAuС СТМ С СТМ 7х7 нм7х7 нм

СканирующиСканирующиее нанотвердоме нанотвердомерыры laquoНаноСканraquolaquoНаноСканraquo и и laquoСуперlaquoСупер--НаноСканraquoНаноСканraquo

Режимы измерений

Контактный динамический режим (рельеф поверхности карта распределения модуля упругости)

Разрешение по XY 015 нм Разрешение по Z 007 нм

Индентирование склерометрия (с макс нагрузкой до 10 гр)

Динамическое наноиндентирование

Оборудование закупаемое в 2008 г под НОЦ Оборудование закупаемое в 2008 г под НОЦ Высоковакуумный сканирующий зондовый микроскоп с методиками

СТМ АСМ и МСМ Multiprobe MXPS RM VR AFM 25 ldquoOmicronrdquo (Германия) оборудованный системой рентгеновской

фотоэлектронной спектроскопии и камерой препарирования

Источник осаждения нанокластеров с квадрупольным масс-фильтромNanoGen50 (Mantis Deposition Ltd Великобритания)

Функциональные Функциональные наноматериалы для наноматериалы для

энергетикиэнергетики((обзор)обзор)

Московский инженерно-физический институтМосковский инженерно-физический институт(государственный университет)(государственный университет)

Основные области примененияОсновные области применения Транспортировка и хранение топливаТранспортировка и хранение топлива Альтернативные источники энергииАльтернативные источники энергии Получение экологически чистого топливаПолучение экологически чистого топлива Энергосбережение за счет уменьшения сил трения и Энергосбережение за счет уменьшения сил трения и

вязкостивязкости Улучшение проводимости контактовУлучшение проводимости контактов Уменьшение сопротивления проводниковУменьшение сопротивления проводников Уменьшение потерь энергии при передачеУменьшение потерь энергии при передаче Создание новых топливных элементов с большим КПДСоздание новых топливных элементов с большим КПД

Твердотельная Твердотельная энергосберегающая и энергосберегающая и

экологически чистая энергетикаэкологически чистая энергетика

Транспортировка и хранение Транспортировка и хранение водородного топливаводородного топлива

33DD-модель заполнения -модель заполнения водородом массива водородом массива углеродных углеродных нанотрубокнанотрубок

Модель заполнения массива Модель заполнения массива нанотрубок нанотрубок а) кремния и b) углерода при а) кремния и b) углерода при температуре 298 K и температуре 298 K и давлении давлении 10 МПа10 МПа

Наноматериалы в солнечных Наноматериалы в солнечных батареях ndash новые перспективы батареях ndash новые перспективы

альтернативной энергетикиальтернативной энергетики

Новые энергосистемы на основе Новые энергосистемы на основе углеродных нанотрубокуглеродных нанотрубок могут могут проводить электричество в 1000 раз проводить электричество в 1000 раз лучше медных проводовлучше медных проводов

КПД 36КПД 36Работает даже ночью Работает даже ночью утилизируя ИК-лучи утилизируя ИК-лучи которые испускает которые испускает ЗемляЗемляГораздо дешевле Гораздо дешевле традиционных традиционных солнечных батарейсолнечных батарей

Экологически чистое топливоЭкологически чистое топливо

Через молекулярные laquoворотаraquo проникают Через молекулярные laquoворотаraquo проникают молекулы двуокиси углерода а более молекулы двуокиси углерода а более крупные молекулы (метановые) остаются крупные молекулы (метановые) остаются в веществе Практическое применение это в веществе Практическое применение это находит при фильтрации двуокиси находит при фильтрации двуокиси углерода из природного газа и при углерода из природного газа и при создании автомобильных катализаторовсоздании автомобильных катализаторов

Уменьшение сил трения и вязкости Уменьшение сил трения и вязкости в микромеханических системахв микромеханических системах

Наноразмерные неровности Наноразмерные неровности поверхностей сокращают площадь поверхностей сокращают площадь контакта между поверхностями Таким контакта между поверхностями Таким образом металлические материалы с образом металлические материалы с наноструктурой обладают повышенной наноструктурой обладают повышенной по сравнению с обычным структурным по сравнению с обычным структурным состоянием твердостью и состоянием твердостью и износостойкостью Эффект износостойкостью Эффект износостойкости и малого износостойкости и малого коэффициента трения проявляется при коэффициента трения проявляется при использовании использовании полинанокристаллических алмазов и полинанокристаллических алмазов и алмазоподобных покрытий а также алмазоподобных покрытий а также сверхтвердых веществ на базе сверхтвердых веществ на базе фуллеренов (например со фуллеренов (например со сфероподобными молекулами С60) и сфероподобными молекулами С60) и фуллеридов (легированных фуллеридов (легированных фуллеренов например FexC60) фуллеренов например FexC60) наноструктурных многослойных пленок наноструктурных многослойных пленок сложного состава на основе сложного состава на основе кубического BN Cкубического BN C33NN44 TiC TiN Ti(AlN) TiC TiN Ti(AlN) обладающих очень высокой (до 70 ГПа) обладающих очень высокой (до 70 ГПа) твердостьютвердостью

Энергосбережение за счет Энергосбережение за счет увеличения ресурса работы увеличения ресурса работы техникитехники

При техническом сервисе благодаря применению наноматериалов можно При техническом сервисе благодаря применению наноматериалов можно значительно (до 15-4 раз) увеличить ресурс работы машин уменьшить значительно (до 15-4 раз) увеличить ресурс работы машин уменьшить вредные выбросы и эксплутационные затраты (в том числе расход вредные выбросы и эксплутационные затраты (в том числе расход топлива) Наноматериалы в основном фуллерены вводят в смазочные топлива) Наноматериалы в основном фуллерены вводят в смазочные материалы которые уменьшают трение и обеспечивают процесс ldquoизнос-материалы которые уменьшают трение и обеспечивают процесс ldquoизнос-восстановлениеrdquoвосстановлениеrdquo

000

020

040

060

080

100

120

140

160

Мощность двигателя Потребление топлива Срок службысмазочных материалов

Расход смазочныхматериалов

0

2

4

6

8

10

12

Продолжительность обкаткиагрегатов

Износостойкость трущихсясоединений

раз

С использованием фуллереновыхпрепаратов

Без использования

Улучшение проводимости Улучшение проводимости контактовконтактов

Внедренные в полимерную матрицу углеродные нанотрубки обеспечивают ее Внедренные в полимерную матрицу углеродные нанотрубки обеспечивают ее электро- и теплопроводность их можно рассматривать как нанопроводники электро- и теплопроводность их можно рассматривать как нанопроводники Нанотрубки увеличивают проводимость в сотни раз сильнее обычных добавок Нанотрубки увеличивают проводимость в сотни раз сильнее обычных добавок используемых для повышения проводимости материалов Благодаря этому используемых для повышения проводимости материалов Благодаря этому нанотрубки формируют объемную электропроводную структуру при введении в нанотрубки формируют объемную электропроводную структуру при введении в очень малых количествах что позволяет добиться проводимости полимеров очень малых количествах что позволяет добиться проводимости полимеров при значительно меньшей доле нанотрубок по сравнению с традиционными при значительно меньшей доле нанотрубок по сравнению с традиционными сажевыми добавкамисажевыми добавками

Данные компании Nanocyl SA Данные компании Nanocyl SA

Уменьшение сопротивления Уменьшение сопротивления проводниковпроводников

Нанопроволочные приборы показали на Нанопроволочные приборы показали на два два порядкапорядка меньшее контактное сопротивление и меньшее контактное сопротивление и на на три порядкатри порядка меньший уровень меньший уровень электрических шумов по сравнению со электрических шумов по сравнению со стандартной кремниевой технологиейстандартной кремниевой технологией

Уменьшение потерь энергии при Уменьшение потерь энергии при передачпередачее

В наноматериалах оптический сигнал передается во много раз быстрее и без В наноматериалах оптический сигнал передается во много раз быстрее и без потери энергии так как перенос информации происходит с помощью фотонов потери энергии так как перенос информации происходит с помощью фотонов Благодаря этому диссипация энергии в электронных устройствах практически Благодаря этому диссипация энергии в электронных устройствах практически сводится к нулю Один из вариантов использования данной технологии ndash создание сводится к нулю Один из вариантов использования данной технологии ndash создание источников света Поскольку около 15 - 20 вырабатываемой электроэнергии источников света Поскольку около 15 - 20 вырабатываемой электроэнергии расходуется для освещения то использование источников света с новым расходуется для освещения то использование источников света с новым принципом работы сулит огромный экономический эффектпринципом работы сулит огромный экономический эффект

4 96

28 72

70 30

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Электрическая лампочка

Оптические микросхемы наоснове периодических

структур

Разрабатываемые диодысветовой эмиссии

Выделяемая энергия в виде света Потери энергии

Энергосбережение на тепловых Энергосбережение на тепловых электростанцияхэлектростанциях

Применение новой технологии создания топливных элементов на Применение новой технологии создания топливных элементов на основе laquoЖидкой керамикиraquo приводит к значительной экономии энергии основе laquoЖидкой керамикиraquo приводит к значительной экономии энергии на тепловых электростанцияхна тепловых электростанциях

40

95

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Сжигание мазута Новые топливные элементы наоснове жидкой керамики

КПД

Наноматериалы для атомной энергетикиНаноматериалы для атомной энергетики

Перспективы развития атомной энергетики связаны Перспективы развития атомной энергетики связаны со снижением удельного потребления природного со снижением удельного потребления природного урана в основном за счет увеличения глубины урана в основном за счет увеличения глубины выгорания ядерного топлива Для этого необходимо выгорания ядерного топлива Для этого необходимо создание крупнокристаллических структур ядерных создание крупнокристаллических структур ядерных материалов с контролируемой пористостью материалов с контролируемой пористостью удерживающих продукты деления и препятствующих удерживающих продукты деления и препятствующих транспорту осколков деления к оболочке транспорту осколков деления к оболочке тепловыделяющего элемента и ее внутреннего тепловыделяющего элемента и ее внутреннего повреждения Активация процесса спекания за счет повреждения Активация процесса спекания за счет добавок нанометрического размера ndash одно из добавок нанометрического размера ndash одно из направлений создания новых видов уран-направлений создания новых видов уран-плутониевых оксидов и нитридов для ядерной плутониевых оксидов и нитридов для ядерной энергетикиэнергетики

Спасибо за вниманиеСпасибо за внимание

Результаты Результаты исследованийисследованийгелиевых кластеровгелиевых кластеров

Определены параметры Определены параметры кластеров спин-кластеров спин-поляризованного гелия с поляризованного гелия с различной структуройразличной структурой

Показано что для Показано что для метастабильных спин-метастабильных спин-поляризованных кластеров поляризованных кластеров гелия выигрыш по удельной гелия выигрыш по удельной массовой энергоемкости может массовой энергоемкости может достигать 50 достигать 50

Показано что продукты Показано что продукты распада данных распада данных HEDMHEDM - - молекулы азота и атомы гелия молекулы азота и атомы гелия соответственно являются соответственно являются чрезвычайно устойчивыми к чрезвычайно устойчивыми к ионизации и распаду те не ионизации и распаду те не преобразуют выделившуюся преобразуют выделившуюся энергию во внутреннюю энергию во внутреннюю малоэффективную компоненту малоэффективную компоненту

Две метастабильные конфигурации метастабильного кластера He12 с полным спином S=6 состоящего из шести молекул (квазиатомов) He2

Метастабильный кластер He4 с полным спином S=2

Что это может датьЧто это может дать В случае успешной реализации работ в этом В случае успешной реализации работ в этом

направлении открывается возможность создания направлении открывается возможность создания принципиально новых веществ энергоемкость принципиально новых веществ энергоемкость которыхкоторых значительно превышает параметры значительно превышает параметры обычных топлив и не требует наличия окислителяобычных топлив и не требует наличия окислителя

Предполагаемые энергетические параметры HEDM на основе азота и гелия

ВеществоВеществоУдельная Удельная запасенная запасенная энергия на энергия на 1см1см33 вещества вещества[кДжсм[кДжсм33]]

Удельная Удельная запасенная запасенная энергия на энергия на 1грамм вещества 1грамм вещества [кДжг] [кДжг]

Максималь-Максималь-ная ная температура температура [[KKoo]]

Удельный Удельный импульсимпульс[[cc]]

Кластеры азотаКластеры азота 20 20 5252 77 17 17 gt10000 Кgt10000 Коо 200200400400

ГелийГелий(спин-(спин-поляризованный) поляризованный)

236236 7070 gt100000 Кgt100000 Коо 1500 1500 18901890

ИсследованияИсследованияуглеродных кластеровуглеродных кластеров

Кубейн Кубейн CC88HH88 Открыт в 1964 году Открыт в 1964 году Представляет собой Представляет собой метастабильный кластер Запасает метастабильный кластер Запасает энергию более 6 эВэнергию более 6 эВ

Характеризуется высоким Характеризуется высоким потенциальным барьером потенциальным барьером препятствующим его переходу в препятствующим его переходу в равновесное состояние поэтому равновесное состояние поэтому отличается сравнительно высокой отличается сравнительно высокой устойчивостью и способен устойчивостью и способен образовывать твердое тело с образовывать твердое тело с температурой плавления около температурой плавления около 130130ооCC Мало изучен Мало изучен

Возможные пути использования в Возможные пути использования в качестве топливного элемента в качестве топливного элемента в медицине (например для медицине (например для локального повышения локального повышения температуры в окрестности температуры в окрестности опухоли) и дропухоли) и др

CCинтез и исследование новых материалов на интез и исследование новых материалов на основе сверхтонких слоев оксидов основе сверхтонких слоев оксидов редкоземельных металлов для редкоземельных металлов для подзатворного диэлектрика МОП -подзатворного диэлектрика МОП -транзисторов нового поколениятранзисторов нового поколения

Синтез и исследование проводящих Синтез и исследование проводящих материалов для металлических затворов в материалов для металлических затворов в МОП-приборах нового поколенияМОП-приборах нового поколения Разработка физических основ технологии Разработка физических основ технологии изготовления элементов памяти на основе изготовления элементов памяти на основе магнитных туннельных переходов магнитных туннельных переходов (спинтроника)(спинтроника)

НаноэлектроникаНаноэлектроника

Si(100)Si(100)

HfOHfO2 2 (27 nm)(27 nm)

a-Si (35 a-Si (35 nm)nm)

a-NiSia-NiSixx

МОП-транзистор

готовыйготовыйобразецобразец

Процесс эпитаксиального ростаПроцесс эпитаксиального роста

Рост слоёв полупроводниковРост слоёв полупроводниковAlAlххGaGa1-х1-хAsAs In InууGaGa1-у1-уAsAs GaAs GaAs формированиеформирование квантовых ям квантовых ям квантовых точекквантовых точек

Молекулярно-лучевая эпитаксияМолекулярно-лучевая эпитаксиядля формирования наногетероструктур для формирования наногетероструктур А3В5 Установка МЛЭ А3В5 Установка МЛЭ Riber (Riber (Франция)Франция)

КАФЕДРА ФИЗИКИ НАНОРАЗМЕРНЫХ ГЕТЕРОСТРУКТУР КАФЕДРА ФИЗИКИ НАНОРАЗМЕРНЫХ ГЕТЕРОСТРУКТУР И СВЧ НАНОЭЛЕКТРОНИКИИ СВЧ НАНОЭЛЕКТРОНИКИ

Квантовые точкиКвантовые точки InAsGaAsInAsGaAs ndash скан ndash сканатомно-силового атомно-силового микроскопамикроскопа

Достижения в разработке Достижения в разработке моделировании моделировании изготовленииизготовленииШирокополосных Широкополосных малошумящих усилителей малошумящих усилителей Рекордно низкий коэф шумаРекордно низкий коэф шума Кш=037дБКш=037дБ Кус=10дБ Кус=10дБ f=f=9-9-112ГГц2ГГц- мощных транзисторов на - мощных транзисторов на AlGaNGaNAlGaNGaN W=11 W=11 ВтВтмммм граничная частотаграничная частота 100 ГГц100 ГГц-Транзисторов К-диапазона Транзисторов К-диапазона (граничная частота (граничная частота fmax=190fmax=190ГГцГГц))- Длина затвора Длина затвора ((топологическая норма) 100-топологическая норма) 100-190 нанометров190 нанометров

Современные СВЧ микросхемы на основе наногетероструктурСовременные СВЧ микросхемы на основе наногетероструктур

- разработана и изготовлена в ИСВЧПЭ РАН- разработана и изготовлена в ИСВЧПЭ РАН совместно с НПФ laquoМикранraquo Томсксовместно с НПФ laquoМикранraquo Томск

Изготовленная СВЧ микросхема Изготовленная СВЧ микросхема вставлена в вставлена в модуль бортового локатора МИГ на АФАРмодуль бортового локатора МИГ на АФАР

демонстрировавшегося на демонстрировавшегося на авиасалоне МАКС ndash 2007авиасалоне МАКС ndash 2007

Рабочие частоты Рабочие частоты ~ ~ 10-10-15 15 ГГцГГц

Первая отечественная наногетероструктурная СВЧ МИСПервая отечественная наногетероструктурная СВЧ МИС 2-х- каскадного малошумящего усилителя2-х- каскадного малошумящего усилителя

АФАРАФАР

ПОЛУЧЕНИЕ УГЛЕРОДНЫХ НАНОТРУБОКПОЛУЧЕНИЕ УГЛЕРОДНЫХ НАНОТРУБОК

Синтез Y- образной нанотрубки как основы нанотранзистора

ПОЛУЧЕНИЕ НАНОСТРУКТУРИРОВАННЫХ ПОЛУЧЕНИЕ НАНОСТРУКТУРИРОВАННЫХ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПЛЕНОК МЕТОДОМ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПЛЕНОК МЕТОДОМ

ПЛАЗМЕННОЙ ТЕХНОЛОГИИПЛАЗМЕННОЙ ТЕХНОЛОГИИ

50 нм

Подложка ndash полимерная пленка применение для конденсаторов высокой емкости

Оборудование дляОборудование для исследования физических исследования физических свойств наносистемсвойств наносистем

Исследовательский комплекс ИЛО-РФЭС-СРМИ-ВИМС (на базе XSAM-800 Kratos)

МИШЕНИ

Hf La Al Au Pt Si Ge Ni

Ti Sb B helliphellip

НАПУСК РЕАКТИВНЫХ

ГАЗОВ O2 N2 helliphellip

РЕНТГЕНОВСКИЙ ИСТОЧНИК

ИОННЫЙ ИСТОЧНИК (Ar+ He+

H+ hellip)

ПОЛУСФЕРИЧЕСКИЙ ЭНЕРГОАНАЛИЗАТОР

ЛАЗЕР

ПК

ИМПУЛЬСНОЕ ИМПУЛЬСНОЕ ЛАЗЕРНОЕ ЛАЗЕРНОЕ

ОСАЖДЕНИЕОСАЖДЕНИЕ

ДЕРЖАТЕЛЬ ОБРАЗЦОВ С

НАГРЕВАТЕЛЕМ

ДО Т=10000С

КАМЕРА КАМЕРА РОСТАРОСТА

АНАЛИТИЧЕСКАЯАНАЛИТИЧЕСКАЯ

КАМЕРАКАМЕРА

КВАД МАСС-СПЕКТРОМЕТР

Измерение методом STM и TEM атомной структуры нанокластеров металлов на углеродных подложках и в твердотельных матрицах

Нанокластеры AuC ПЭМ 50х50 нм

Нанокластер Нанокластер AuAuС СТМ С СТМ 7х7 нм7х7 нм

СканирующиСканирующиее нанотвердоме нанотвердомерыры laquoНаноСканraquolaquoНаноСканraquo и и laquoСуперlaquoСупер--НаноСканraquoНаноСканraquo

Режимы измерений

Контактный динамический режим (рельеф поверхности карта распределения модуля упругости)

Разрешение по XY 015 нм Разрешение по Z 007 нм

Индентирование склерометрия (с макс нагрузкой до 10 гр)

Динамическое наноиндентирование

Оборудование закупаемое в 2008 г под НОЦ Оборудование закупаемое в 2008 г под НОЦ Высоковакуумный сканирующий зондовый микроскоп с методиками

СТМ АСМ и МСМ Multiprobe MXPS RM VR AFM 25 ldquoOmicronrdquo (Германия) оборудованный системой рентгеновской

фотоэлектронной спектроскопии и камерой препарирования

Источник осаждения нанокластеров с квадрупольным масс-фильтромNanoGen50 (Mantis Deposition Ltd Великобритания)

Функциональные Функциональные наноматериалы для наноматериалы для

энергетикиэнергетики((обзор)обзор)

Московский инженерно-физический институтМосковский инженерно-физический институт(государственный университет)(государственный университет)

Основные области примененияОсновные области применения Транспортировка и хранение топливаТранспортировка и хранение топлива Альтернативные источники энергииАльтернативные источники энергии Получение экологически чистого топливаПолучение экологически чистого топлива Энергосбережение за счет уменьшения сил трения и Энергосбережение за счет уменьшения сил трения и

вязкостивязкости Улучшение проводимости контактовУлучшение проводимости контактов Уменьшение сопротивления проводниковУменьшение сопротивления проводников Уменьшение потерь энергии при передачеУменьшение потерь энергии при передаче Создание новых топливных элементов с большим КПДСоздание новых топливных элементов с большим КПД

Твердотельная Твердотельная энергосберегающая и энергосберегающая и

экологически чистая энергетикаэкологически чистая энергетика

Транспортировка и хранение Транспортировка и хранение водородного топливаводородного топлива

33DD-модель заполнения -модель заполнения водородом массива водородом массива углеродных углеродных нанотрубокнанотрубок

Модель заполнения массива Модель заполнения массива нанотрубок нанотрубок а) кремния и b) углерода при а) кремния и b) углерода при температуре 298 K и температуре 298 K и давлении давлении 10 МПа10 МПа

Наноматериалы в солнечных Наноматериалы в солнечных батареях ndash новые перспективы батареях ndash новые перспективы

альтернативной энергетикиальтернативной энергетики

Новые энергосистемы на основе Новые энергосистемы на основе углеродных нанотрубокуглеродных нанотрубок могут могут проводить электричество в 1000 раз проводить электричество в 1000 раз лучше медных проводовлучше медных проводов

КПД 36КПД 36Работает даже ночью Работает даже ночью утилизируя ИК-лучи утилизируя ИК-лучи которые испускает которые испускает ЗемляЗемляГораздо дешевле Гораздо дешевле традиционных традиционных солнечных батарейсолнечных батарей

Экологически чистое топливоЭкологически чистое топливо

Через молекулярные laquoворотаraquo проникают Через молекулярные laquoворотаraquo проникают молекулы двуокиси углерода а более молекулы двуокиси углерода а более крупные молекулы (метановые) остаются крупные молекулы (метановые) остаются в веществе Практическое применение это в веществе Практическое применение это находит при фильтрации двуокиси находит при фильтрации двуокиси углерода из природного газа и при углерода из природного газа и при создании автомобильных катализаторовсоздании автомобильных катализаторов

Уменьшение сил трения и вязкости Уменьшение сил трения и вязкости в микромеханических системахв микромеханических системах

Наноразмерные неровности Наноразмерные неровности поверхностей сокращают площадь поверхностей сокращают площадь контакта между поверхностями Таким контакта между поверхностями Таким образом металлические материалы с образом металлические материалы с наноструктурой обладают повышенной наноструктурой обладают повышенной по сравнению с обычным структурным по сравнению с обычным структурным состоянием твердостью и состоянием твердостью и износостойкостью Эффект износостойкостью Эффект износостойкости и малого износостойкости и малого коэффициента трения проявляется при коэффициента трения проявляется при использовании использовании полинанокристаллических алмазов и полинанокристаллических алмазов и алмазоподобных покрытий а также алмазоподобных покрытий а также сверхтвердых веществ на базе сверхтвердых веществ на базе фуллеренов (например со фуллеренов (например со сфероподобными молекулами С60) и сфероподобными молекулами С60) и фуллеридов (легированных фуллеридов (легированных фуллеренов например FexC60) фуллеренов например FexC60) наноструктурных многослойных пленок наноструктурных многослойных пленок сложного состава на основе сложного состава на основе кубического BN Cкубического BN C33NN44 TiC TiN Ti(AlN) TiC TiN Ti(AlN) обладающих очень высокой (до 70 ГПа) обладающих очень высокой (до 70 ГПа) твердостьютвердостью

Энергосбережение за счет Энергосбережение за счет увеличения ресурса работы увеличения ресурса работы техникитехники

При техническом сервисе благодаря применению наноматериалов можно При техническом сервисе благодаря применению наноматериалов можно значительно (до 15-4 раз) увеличить ресурс работы машин уменьшить значительно (до 15-4 раз) увеличить ресурс работы машин уменьшить вредные выбросы и эксплутационные затраты (в том числе расход вредные выбросы и эксплутационные затраты (в том числе расход топлива) Наноматериалы в основном фуллерены вводят в смазочные топлива) Наноматериалы в основном фуллерены вводят в смазочные материалы которые уменьшают трение и обеспечивают процесс ldquoизнос-материалы которые уменьшают трение и обеспечивают процесс ldquoизнос-восстановлениеrdquoвосстановлениеrdquo

000

020

040

060

080

100

120

140

160

Мощность двигателя Потребление топлива Срок службысмазочных материалов

Расход смазочныхматериалов

0

2

4

6

8

10

12

Продолжительность обкаткиагрегатов

Износостойкость трущихсясоединений

раз

С использованием фуллереновыхпрепаратов

Без использования

Улучшение проводимости Улучшение проводимости контактовконтактов

Внедренные в полимерную матрицу углеродные нанотрубки обеспечивают ее Внедренные в полимерную матрицу углеродные нанотрубки обеспечивают ее электро- и теплопроводность их можно рассматривать как нанопроводники электро- и теплопроводность их можно рассматривать как нанопроводники Нанотрубки увеличивают проводимость в сотни раз сильнее обычных добавок Нанотрубки увеличивают проводимость в сотни раз сильнее обычных добавок используемых для повышения проводимости материалов Благодаря этому используемых для повышения проводимости материалов Благодаря этому нанотрубки формируют объемную электропроводную структуру при введении в нанотрубки формируют объемную электропроводную структуру при введении в очень малых количествах что позволяет добиться проводимости полимеров очень малых количествах что позволяет добиться проводимости полимеров при значительно меньшей доле нанотрубок по сравнению с традиционными при значительно меньшей доле нанотрубок по сравнению с традиционными сажевыми добавкамисажевыми добавками

Данные компании Nanocyl SA Данные компании Nanocyl SA

Уменьшение сопротивления Уменьшение сопротивления проводниковпроводников

Нанопроволочные приборы показали на Нанопроволочные приборы показали на два два порядкапорядка меньшее контактное сопротивление и меньшее контактное сопротивление и на на три порядкатри порядка меньший уровень меньший уровень электрических шумов по сравнению со электрических шумов по сравнению со стандартной кремниевой технологиейстандартной кремниевой технологией

Уменьшение потерь энергии при Уменьшение потерь энергии при передачпередачее

В наноматериалах оптический сигнал передается во много раз быстрее и без В наноматериалах оптический сигнал передается во много раз быстрее и без потери энергии так как перенос информации происходит с помощью фотонов потери энергии так как перенос информации происходит с помощью фотонов Благодаря этому диссипация энергии в электронных устройствах практически Благодаря этому диссипация энергии в электронных устройствах практически сводится к нулю Один из вариантов использования данной технологии ndash создание сводится к нулю Один из вариантов использования данной технологии ndash создание источников света Поскольку около 15 - 20 вырабатываемой электроэнергии источников света Поскольку около 15 - 20 вырабатываемой электроэнергии расходуется для освещения то использование источников света с новым расходуется для освещения то использование источников света с новым принципом работы сулит огромный экономический эффектпринципом работы сулит огромный экономический эффект

4 96

28 72

70 30

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Электрическая лампочка

Оптические микросхемы наоснове периодических

структур

Разрабатываемые диодысветовой эмиссии

Выделяемая энергия в виде света Потери энергии

Энергосбережение на тепловых Энергосбережение на тепловых электростанцияхэлектростанциях

Применение новой технологии создания топливных элементов на Применение новой технологии создания топливных элементов на основе laquoЖидкой керамикиraquo приводит к значительной экономии энергии основе laquoЖидкой керамикиraquo приводит к значительной экономии энергии на тепловых электростанцияхна тепловых электростанциях

40

95

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Сжигание мазута Новые топливные элементы наоснове жидкой керамики

КПД

Наноматериалы для атомной энергетикиНаноматериалы для атомной энергетики

Перспективы развития атомной энергетики связаны Перспективы развития атомной энергетики связаны со снижением удельного потребления природного со снижением удельного потребления природного урана в основном за счет увеличения глубины урана в основном за счет увеличения глубины выгорания ядерного топлива Для этого необходимо выгорания ядерного топлива Для этого необходимо создание крупнокристаллических структур ядерных создание крупнокристаллических структур ядерных материалов с контролируемой пористостью материалов с контролируемой пористостью удерживающих продукты деления и препятствующих удерживающих продукты деления и препятствующих транспорту осколков деления к оболочке транспорту осколков деления к оболочке тепловыделяющего элемента и ее внутреннего тепловыделяющего элемента и ее внутреннего повреждения Активация процесса спекания за счет повреждения Активация процесса спекания за счет добавок нанометрического размера ndash одно из добавок нанометрического размера ndash одно из направлений создания новых видов уран-направлений создания новых видов уран-плутониевых оксидов и нитридов для ядерной плутониевых оксидов и нитридов для ядерной энергетикиэнергетики

Спасибо за вниманиеСпасибо за внимание

Что это может датьЧто это может дать В случае успешной реализации работ в этом В случае успешной реализации работ в этом

направлении открывается возможность создания направлении открывается возможность создания принципиально новых веществ энергоемкость принципиально новых веществ энергоемкость которыхкоторых значительно превышает параметры значительно превышает параметры обычных топлив и не требует наличия окислителяобычных топлив и не требует наличия окислителя

Предполагаемые энергетические параметры HEDM на основе азота и гелия

ВеществоВеществоУдельная Удельная запасенная запасенная энергия на энергия на 1см1см33 вещества вещества[кДжсм[кДжсм33]]

Удельная Удельная запасенная запасенная энергия на энергия на 1грамм вещества 1грамм вещества [кДжг] [кДжг]

Максималь-Максималь-ная ная температура температура [[KKoo]]

Удельный Удельный импульсимпульс[[cc]]

Кластеры азотаКластеры азота 20 20 5252 77 17 17 gt10000 Кgt10000 Коо 200200400400

ГелийГелий(спин-(спин-поляризованный) поляризованный)

236236 7070 gt100000 Кgt100000 Коо 1500 1500 18901890

ИсследованияИсследованияуглеродных кластеровуглеродных кластеров

Кубейн Кубейн CC88HH88 Открыт в 1964 году Открыт в 1964 году Представляет собой Представляет собой метастабильный кластер Запасает метастабильный кластер Запасает энергию более 6 эВэнергию более 6 эВ

Характеризуется высоким Характеризуется высоким потенциальным барьером потенциальным барьером препятствующим его переходу в препятствующим его переходу в равновесное состояние поэтому равновесное состояние поэтому отличается сравнительно высокой отличается сравнительно высокой устойчивостью и способен устойчивостью и способен образовывать твердое тело с образовывать твердое тело с температурой плавления около температурой плавления около 130130ооCC Мало изучен Мало изучен

Возможные пути использования в Возможные пути использования в качестве топливного элемента в качестве топливного элемента в медицине (например для медицине (например для локального повышения локального повышения температуры в окрестности температуры в окрестности опухоли) и дропухоли) и др

CCинтез и исследование новых материалов на интез и исследование новых материалов на основе сверхтонких слоев оксидов основе сверхтонких слоев оксидов редкоземельных металлов для редкоземельных металлов для подзатворного диэлектрика МОП -подзатворного диэлектрика МОП -транзисторов нового поколениятранзисторов нового поколения

Синтез и исследование проводящих Синтез и исследование проводящих материалов для металлических затворов в материалов для металлических затворов в МОП-приборах нового поколенияМОП-приборах нового поколения Разработка физических основ технологии Разработка физических основ технологии изготовления элементов памяти на основе изготовления элементов памяти на основе магнитных туннельных переходов магнитных туннельных переходов (спинтроника)(спинтроника)

НаноэлектроникаНаноэлектроника

Si(100)Si(100)

HfOHfO2 2 (27 nm)(27 nm)

a-Si (35 a-Si (35 nm)nm)

a-NiSia-NiSixx

МОП-транзистор

готовыйготовыйобразецобразец

Процесс эпитаксиального ростаПроцесс эпитаксиального роста

Рост слоёв полупроводниковРост слоёв полупроводниковAlAlххGaGa1-х1-хAsAs In InууGaGa1-у1-уAsAs GaAs GaAs формированиеформирование квантовых ям квантовых ям квантовых точекквантовых точек

Молекулярно-лучевая эпитаксияМолекулярно-лучевая эпитаксиядля формирования наногетероструктур для формирования наногетероструктур А3В5 Установка МЛЭ А3В5 Установка МЛЭ Riber (Riber (Франция)Франция)

КАФЕДРА ФИЗИКИ НАНОРАЗМЕРНЫХ ГЕТЕРОСТРУКТУР КАФЕДРА ФИЗИКИ НАНОРАЗМЕРНЫХ ГЕТЕРОСТРУКТУР И СВЧ НАНОЭЛЕКТРОНИКИИ СВЧ НАНОЭЛЕКТРОНИКИ

Квантовые точкиКвантовые точки InAsGaAsInAsGaAs ndash скан ndash сканатомно-силового атомно-силового микроскопамикроскопа

Достижения в разработке Достижения в разработке моделировании моделировании изготовленииизготовленииШирокополосных Широкополосных малошумящих усилителей малошумящих усилителей Рекордно низкий коэф шумаРекордно низкий коэф шума Кш=037дБКш=037дБ Кус=10дБ Кус=10дБ f=f=9-9-112ГГц2ГГц- мощных транзисторов на - мощных транзисторов на AlGaNGaNAlGaNGaN W=11 W=11 ВтВтмммм граничная частотаграничная частота 100 ГГц100 ГГц-Транзисторов К-диапазона Транзисторов К-диапазона (граничная частота (граничная частота fmax=190fmax=190ГГцГГц))- Длина затвора Длина затвора ((топологическая норма) 100-топологическая норма) 100-190 нанометров190 нанометров

Современные СВЧ микросхемы на основе наногетероструктурСовременные СВЧ микросхемы на основе наногетероструктур

- разработана и изготовлена в ИСВЧПЭ РАН- разработана и изготовлена в ИСВЧПЭ РАН совместно с НПФ laquoМикранraquo Томсксовместно с НПФ laquoМикранraquo Томск

Изготовленная СВЧ микросхема Изготовленная СВЧ микросхема вставлена в вставлена в модуль бортового локатора МИГ на АФАРмодуль бортового локатора МИГ на АФАР

демонстрировавшегося на демонстрировавшегося на авиасалоне МАКС ndash 2007авиасалоне МАКС ndash 2007

Рабочие частоты Рабочие частоты ~ ~ 10-10-15 15 ГГцГГц

Первая отечественная наногетероструктурная СВЧ МИСПервая отечественная наногетероструктурная СВЧ МИС 2-х- каскадного малошумящего усилителя2-х- каскадного малошумящего усилителя

АФАРАФАР

ПОЛУЧЕНИЕ УГЛЕРОДНЫХ НАНОТРУБОКПОЛУЧЕНИЕ УГЛЕРОДНЫХ НАНОТРУБОК

Синтез Y- образной нанотрубки как основы нанотранзистора

ПОЛУЧЕНИЕ НАНОСТРУКТУРИРОВАННЫХ ПОЛУЧЕНИЕ НАНОСТРУКТУРИРОВАННЫХ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПЛЕНОК МЕТОДОМ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПЛЕНОК МЕТОДОМ

ПЛАЗМЕННОЙ ТЕХНОЛОГИИПЛАЗМЕННОЙ ТЕХНОЛОГИИ

50 нм

Подложка ndash полимерная пленка применение для конденсаторов высокой емкости

Оборудование дляОборудование для исследования физических исследования физических свойств наносистемсвойств наносистем

Исследовательский комплекс ИЛО-РФЭС-СРМИ-ВИМС (на базе XSAM-800 Kratos)

МИШЕНИ

Hf La Al Au Pt Si Ge Ni

Ti Sb B helliphellip

НАПУСК РЕАКТИВНЫХ

ГАЗОВ O2 N2 helliphellip

РЕНТГЕНОВСКИЙ ИСТОЧНИК

ИОННЫЙ ИСТОЧНИК (Ar+ He+

H+ hellip)

ПОЛУСФЕРИЧЕСКИЙ ЭНЕРГОАНАЛИЗАТОР

ЛАЗЕР

ПК

ИМПУЛЬСНОЕ ИМПУЛЬСНОЕ ЛАЗЕРНОЕ ЛАЗЕРНОЕ

ОСАЖДЕНИЕОСАЖДЕНИЕ

ДЕРЖАТЕЛЬ ОБРАЗЦОВ С

НАГРЕВАТЕЛЕМ

ДО Т=10000С

КАМЕРА КАМЕРА РОСТАРОСТА

АНАЛИТИЧЕСКАЯАНАЛИТИЧЕСКАЯ

КАМЕРАКАМЕРА

КВАД МАСС-СПЕКТРОМЕТР

Измерение методом STM и TEM атомной структуры нанокластеров металлов на углеродных подложках и в твердотельных матрицах

Нанокластеры AuC ПЭМ 50х50 нм

Нанокластер Нанокластер AuAuС СТМ С СТМ 7х7 нм7х7 нм

СканирующиСканирующиее нанотвердоме нанотвердомерыры laquoНаноСканraquolaquoНаноСканraquo и и laquoСуперlaquoСупер--НаноСканraquoНаноСканraquo

Режимы измерений

Контактный динамический режим (рельеф поверхности карта распределения модуля упругости)

Разрешение по XY 015 нм Разрешение по Z 007 нм

Индентирование склерометрия (с макс нагрузкой до 10 гр)

Динамическое наноиндентирование

Оборудование закупаемое в 2008 г под НОЦ Оборудование закупаемое в 2008 г под НОЦ Высоковакуумный сканирующий зондовый микроскоп с методиками

СТМ АСМ и МСМ Multiprobe MXPS RM VR AFM 25 ldquoOmicronrdquo (Германия) оборудованный системой рентгеновской

фотоэлектронной спектроскопии и камерой препарирования

Источник осаждения нанокластеров с квадрупольным масс-фильтромNanoGen50 (Mantis Deposition Ltd Великобритания)

Функциональные Функциональные наноматериалы для наноматериалы для

энергетикиэнергетики((обзор)обзор)

Московский инженерно-физический институтМосковский инженерно-физический институт(государственный университет)(государственный университет)

Основные области примененияОсновные области применения Транспортировка и хранение топливаТранспортировка и хранение топлива Альтернативные источники энергииАльтернативные источники энергии Получение экологически чистого топливаПолучение экологически чистого топлива Энергосбережение за счет уменьшения сил трения и Энергосбережение за счет уменьшения сил трения и

вязкостивязкости Улучшение проводимости контактовУлучшение проводимости контактов Уменьшение сопротивления проводниковУменьшение сопротивления проводников Уменьшение потерь энергии при передачеУменьшение потерь энергии при передаче Создание новых топливных элементов с большим КПДСоздание новых топливных элементов с большим КПД

Твердотельная Твердотельная энергосберегающая и энергосберегающая и

экологически чистая энергетикаэкологически чистая энергетика

Транспортировка и хранение Транспортировка и хранение водородного топливаводородного топлива

33DD-модель заполнения -модель заполнения водородом массива водородом массива углеродных углеродных нанотрубокнанотрубок

Модель заполнения массива Модель заполнения массива нанотрубок нанотрубок а) кремния и b) углерода при а) кремния и b) углерода при температуре 298 K и температуре 298 K и давлении давлении 10 МПа10 МПа

Наноматериалы в солнечных Наноматериалы в солнечных батареях ndash новые перспективы батареях ndash новые перспективы

альтернативной энергетикиальтернативной энергетики

Новые энергосистемы на основе Новые энергосистемы на основе углеродных нанотрубокуглеродных нанотрубок могут могут проводить электричество в 1000 раз проводить электричество в 1000 раз лучше медных проводовлучше медных проводов

КПД 36КПД 36Работает даже ночью Работает даже ночью утилизируя ИК-лучи утилизируя ИК-лучи которые испускает которые испускает ЗемляЗемляГораздо дешевле Гораздо дешевле традиционных традиционных солнечных батарейсолнечных батарей

Экологически чистое топливоЭкологически чистое топливо

Через молекулярные laquoворотаraquo проникают Через молекулярные laquoворотаraquo проникают молекулы двуокиси углерода а более молекулы двуокиси углерода а более крупные молекулы (метановые) остаются крупные молекулы (метановые) остаются в веществе Практическое применение это в веществе Практическое применение это находит при фильтрации двуокиси находит при фильтрации двуокиси углерода из природного газа и при углерода из природного газа и при создании автомобильных катализаторовсоздании автомобильных катализаторов

Уменьшение сил трения и вязкости Уменьшение сил трения и вязкости в микромеханических системахв микромеханических системах

Наноразмерные неровности Наноразмерные неровности поверхностей сокращают площадь поверхностей сокращают площадь контакта между поверхностями Таким контакта между поверхностями Таким образом металлические материалы с образом металлические материалы с наноструктурой обладают повышенной наноструктурой обладают повышенной по сравнению с обычным структурным по сравнению с обычным структурным состоянием твердостью и состоянием твердостью и износостойкостью Эффект износостойкостью Эффект износостойкости и малого износостойкости и малого коэффициента трения проявляется при коэффициента трения проявляется при использовании использовании полинанокристаллических алмазов и полинанокристаллических алмазов и алмазоподобных покрытий а также алмазоподобных покрытий а также сверхтвердых веществ на базе сверхтвердых веществ на базе фуллеренов (например со фуллеренов (например со сфероподобными молекулами С60) и сфероподобными молекулами С60) и фуллеридов (легированных фуллеридов (легированных фуллеренов например FexC60) фуллеренов например FexC60) наноструктурных многослойных пленок наноструктурных многослойных пленок сложного состава на основе сложного состава на основе кубического BN Cкубического BN C33NN44 TiC TiN Ti(AlN) TiC TiN Ti(AlN) обладающих очень высокой (до 70 ГПа) обладающих очень высокой (до 70 ГПа) твердостьютвердостью

Энергосбережение за счет Энергосбережение за счет увеличения ресурса работы увеличения ресурса работы техникитехники

При техническом сервисе благодаря применению наноматериалов можно При техническом сервисе благодаря применению наноматериалов можно значительно (до 15-4 раз) увеличить ресурс работы машин уменьшить значительно (до 15-4 раз) увеличить ресурс работы машин уменьшить вредные выбросы и эксплутационные затраты (в том числе расход вредные выбросы и эксплутационные затраты (в том числе расход топлива) Наноматериалы в основном фуллерены вводят в смазочные топлива) Наноматериалы в основном фуллерены вводят в смазочные материалы которые уменьшают трение и обеспечивают процесс ldquoизнос-материалы которые уменьшают трение и обеспечивают процесс ldquoизнос-восстановлениеrdquoвосстановлениеrdquo

000

020

040

060

080

100

120

140

160

Мощность двигателя Потребление топлива Срок службысмазочных материалов

Расход смазочныхматериалов

0

2

4

6

8

10

12

Продолжительность обкаткиагрегатов

Износостойкость трущихсясоединений

раз

С использованием фуллереновыхпрепаратов

Без использования

Улучшение проводимости Улучшение проводимости контактовконтактов

Внедренные в полимерную матрицу углеродные нанотрубки обеспечивают ее Внедренные в полимерную матрицу углеродные нанотрубки обеспечивают ее электро- и теплопроводность их можно рассматривать как нанопроводники электро- и теплопроводность их можно рассматривать как нанопроводники Нанотрубки увеличивают проводимость в сотни раз сильнее обычных добавок Нанотрубки увеличивают проводимость в сотни раз сильнее обычных добавок используемых для повышения проводимости материалов Благодаря этому используемых для повышения проводимости материалов Благодаря этому нанотрубки формируют объемную электропроводную структуру при введении в нанотрубки формируют объемную электропроводную структуру при введении в очень малых количествах что позволяет добиться проводимости полимеров очень малых количествах что позволяет добиться проводимости полимеров при значительно меньшей доле нанотрубок по сравнению с традиционными при значительно меньшей доле нанотрубок по сравнению с традиционными сажевыми добавкамисажевыми добавками

Данные компании Nanocyl SA Данные компании Nanocyl SA

Уменьшение сопротивления Уменьшение сопротивления проводниковпроводников

Нанопроволочные приборы показали на Нанопроволочные приборы показали на два два порядкапорядка меньшее контактное сопротивление и меньшее контактное сопротивление и на на три порядкатри порядка меньший уровень меньший уровень электрических шумов по сравнению со электрических шумов по сравнению со стандартной кремниевой технологиейстандартной кремниевой технологией

Уменьшение потерь энергии при Уменьшение потерь энергии при передачпередачее

В наноматериалах оптический сигнал передается во много раз быстрее и без В наноматериалах оптический сигнал передается во много раз быстрее и без потери энергии так как перенос информации происходит с помощью фотонов потери энергии так как перенос информации происходит с помощью фотонов Благодаря этому диссипация энергии в электронных устройствах практически Благодаря этому диссипация энергии в электронных устройствах практически сводится к нулю Один из вариантов использования данной технологии ndash создание сводится к нулю Один из вариантов использования данной технологии ndash создание источников света Поскольку около 15 - 20 вырабатываемой электроэнергии источников света Поскольку около 15 - 20 вырабатываемой электроэнергии расходуется для освещения то использование источников света с новым расходуется для освещения то использование источников света с новым принципом работы сулит огромный экономический эффектпринципом работы сулит огромный экономический эффект

4 96

28 72

70 30

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Электрическая лампочка

Оптические микросхемы наоснове периодических

структур

Разрабатываемые диодысветовой эмиссии

Выделяемая энергия в виде света Потери энергии

Энергосбережение на тепловых Энергосбережение на тепловых электростанцияхэлектростанциях

Применение новой технологии создания топливных элементов на Применение новой технологии создания топливных элементов на основе laquoЖидкой керамикиraquo приводит к значительной экономии энергии основе laquoЖидкой керамикиraquo приводит к значительной экономии энергии на тепловых электростанцияхна тепловых электростанциях

40

95

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Сжигание мазута Новые топливные элементы наоснове жидкой керамики

КПД

Наноматериалы для атомной энергетикиНаноматериалы для атомной энергетики

Перспективы развития атомной энергетики связаны Перспективы развития атомной энергетики связаны со снижением удельного потребления природного со снижением удельного потребления природного урана в основном за счет увеличения глубины урана в основном за счет увеличения глубины выгорания ядерного топлива Для этого необходимо выгорания ядерного топлива Для этого необходимо создание крупнокристаллических структур ядерных создание крупнокристаллических структур ядерных материалов с контролируемой пористостью материалов с контролируемой пористостью удерживающих продукты деления и препятствующих удерживающих продукты деления и препятствующих транспорту осколков деления к оболочке транспорту осколков деления к оболочке тепловыделяющего элемента и ее внутреннего тепловыделяющего элемента и ее внутреннего повреждения Активация процесса спекания за счет повреждения Активация процесса спекания за счет добавок нанометрического размера ndash одно из добавок нанометрического размера ndash одно из направлений создания новых видов уран-направлений создания новых видов уран-плутониевых оксидов и нитридов для ядерной плутониевых оксидов и нитридов для ядерной энергетикиэнергетики

Спасибо за вниманиеСпасибо за внимание

ИсследованияИсследованияуглеродных кластеровуглеродных кластеров

Кубейн Кубейн CC88HH88 Открыт в 1964 году Открыт в 1964 году Представляет собой Представляет собой метастабильный кластер Запасает метастабильный кластер Запасает энергию более 6 эВэнергию более 6 эВ

Характеризуется высоким Характеризуется высоким потенциальным барьером потенциальным барьером препятствующим его переходу в препятствующим его переходу в равновесное состояние поэтому равновесное состояние поэтому отличается сравнительно высокой отличается сравнительно высокой устойчивостью и способен устойчивостью и способен образовывать твердое тело с образовывать твердое тело с температурой плавления около температурой плавления около 130130ооCC Мало изучен Мало изучен

Возможные пути использования в Возможные пути использования в качестве топливного элемента в качестве топливного элемента в медицине (например для медицине (например для локального повышения локального повышения температуры в окрестности температуры в окрестности опухоли) и дропухоли) и др

CCинтез и исследование новых материалов на интез и исследование новых материалов на основе сверхтонких слоев оксидов основе сверхтонких слоев оксидов редкоземельных металлов для редкоземельных металлов для подзатворного диэлектрика МОП -подзатворного диэлектрика МОП -транзисторов нового поколениятранзисторов нового поколения

Синтез и исследование проводящих Синтез и исследование проводящих материалов для металлических затворов в материалов для металлических затворов в МОП-приборах нового поколенияМОП-приборах нового поколения Разработка физических основ технологии Разработка физических основ технологии изготовления элементов памяти на основе изготовления элементов памяти на основе магнитных туннельных переходов магнитных туннельных переходов (спинтроника)(спинтроника)

НаноэлектроникаНаноэлектроника

Si(100)Si(100)

HfOHfO2 2 (27 nm)(27 nm)

a-Si (35 a-Si (35 nm)nm)

a-NiSia-NiSixx

МОП-транзистор

готовыйготовыйобразецобразец

Процесс эпитаксиального ростаПроцесс эпитаксиального роста

Рост слоёв полупроводниковРост слоёв полупроводниковAlAlххGaGa1-х1-хAsAs In InууGaGa1-у1-уAsAs GaAs GaAs формированиеформирование квантовых ям квантовых ям квантовых точекквантовых точек

Молекулярно-лучевая эпитаксияМолекулярно-лучевая эпитаксиядля формирования наногетероструктур для формирования наногетероструктур А3В5 Установка МЛЭ А3В5 Установка МЛЭ Riber (Riber (Франция)Франция)

КАФЕДРА ФИЗИКИ НАНОРАЗМЕРНЫХ ГЕТЕРОСТРУКТУР КАФЕДРА ФИЗИКИ НАНОРАЗМЕРНЫХ ГЕТЕРОСТРУКТУР И СВЧ НАНОЭЛЕКТРОНИКИИ СВЧ НАНОЭЛЕКТРОНИКИ

Квантовые точкиКвантовые точки InAsGaAsInAsGaAs ndash скан ndash сканатомно-силового атомно-силового микроскопамикроскопа

Достижения в разработке Достижения в разработке моделировании моделировании изготовленииизготовленииШирокополосных Широкополосных малошумящих усилителей малошумящих усилителей Рекордно низкий коэф шумаРекордно низкий коэф шума Кш=037дБКш=037дБ Кус=10дБ Кус=10дБ f=f=9-9-112ГГц2ГГц- мощных транзисторов на - мощных транзисторов на AlGaNGaNAlGaNGaN W=11 W=11 ВтВтмммм граничная частотаграничная частота 100 ГГц100 ГГц-Транзисторов К-диапазона Транзисторов К-диапазона (граничная частота (граничная частота fmax=190fmax=190ГГцГГц))- Длина затвора Длина затвора ((топологическая норма) 100-топологическая норма) 100-190 нанометров190 нанометров

Современные СВЧ микросхемы на основе наногетероструктурСовременные СВЧ микросхемы на основе наногетероструктур

- разработана и изготовлена в ИСВЧПЭ РАН- разработана и изготовлена в ИСВЧПЭ РАН совместно с НПФ laquoМикранraquo Томсксовместно с НПФ laquoМикранraquo Томск

Изготовленная СВЧ микросхема Изготовленная СВЧ микросхема вставлена в вставлена в модуль бортового локатора МИГ на АФАРмодуль бортового локатора МИГ на АФАР

демонстрировавшегося на демонстрировавшегося на авиасалоне МАКС ndash 2007авиасалоне МАКС ndash 2007

Рабочие частоты Рабочие частоты ~ ~ 10-10-15 15 ГГцГГц

Первая отечественная наногетероструктурная СВЧ МИСПервая отечественная наногетероструктурная СВЧ МИС 2-х- каскадного малошумящего усилителя2-х- каскадного малошумящего усилителя

АФАРАФАР

ПОЛУЧЕНИЕ УГЛЕРОДНЫХ НАНОТРУБОКПОЛУЧЕНИЕ УГЛЕРОДНЫХ НАНОТРУБОК

Синтез Y- образной нанотрубки как основы нанотранзистора

ПОЛУЧЕНИЕ НАНОСТРУКТУРИРОВАННЫХ ПОЛУЧЕНИЕ НАНОСТРУКТУРИРОВАННЫХ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПЛЕНОК МЕТОДОМ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПЛЕНОК МЕТОДОМ

ПЛАЗМЕННОЙ ТЕХНОЛОГИИПЛАЗМЕННОЙ ТЕХНОЛОГИИ

50 нм

Подложка ndash полимерная пленка применение для конденсаторов высокой емкости

Оборудование дляОборудование для исследования физических исследования физических свойств наносистемсвойств наносистем

Исследовательский комплекс ИЛО-РФЭС-СРМИ-ВИМС (на базе XSAM-800 Kratos)

МИШЕНИ

Hf La Al Au Pt Si Ge Ni

Ti Sb B helliphellip

НАПУСК РЕАКТИВНЫХ

ГАЗОВ O2 N2 helliphellip

РЕНТГЕНОВСКИЙ ИСТОЧНИК

ИОННЫЙ ИСТОЧНИК (Ar+ He+

H+ hellip)

ПОЛУСФЕРИЧЕСКИЙ ЭНЕРГОАНАЛИЗАТОР

ЛАЗЕР

ПК

ИМПУЛЬСНОЕ ИМПУЛЬСНОЕ ЛАЗЕРНОЕ ЛАЗЕРНОЕ

ОСАЖДЕНИЕОСАЖДЕНИЕ

ДЕРЖАТЕЛЬ ОБРАЗЦОВ С

НАГРЕВАТЕЛЕМ

ДО Т=10000С

КАМЕРА КАМЕРА РОСТАРОСТА

АНАЛИТИЧЕСКАЯАНАЛИТИЧЕСКАЯ

КАМЕРАКАМЕРА

КВАД МАСС-СПЕКТРОМЕТР

Измерение методом STM и TEM атомной структуры нанокластеров металлов на углеродных подложках и в твердотельных матрицах

Нанокластеры AuC ПЭМ 50х50 нм

Нанокластер Нанокластер AuAuС СТМ С СТМ 7х7 нм7х7 нм

СканирующиСканирующиее нанотвердоме нанотвердомерыры laquoНаноСканraquolaquoНаноСканraquo и и laquoСуперlaquoСупер--НаноСканraquoНаноСканraquo

Режимы измерений

Контактный динамический режим (рельеф поверхности карта распределения модуля упругости)

Разрешение по XY 015 нм Разрешение по Z 007 нм

Индентирование склерометрия (с макс нагрузкой до 10 гр)

Динамическое наноиндентирование

Оборудование закупаемое в 2008 г под НОЦ Оборудование закупаемое в 2008 г под НОЦ Высоковакуумный сканирующий зондовый микроскоп с методиками

СТМ АСМ и МСМ Multiprobe MXPS RM VR AFM 25 ldquoOmicronrdquo (Германия) оборудованный системой рентгеновской

фотоэлектронной спектроскопии и камерой препарирования

Источник осаждения нанокластеров с квадрупольным масс-фильтромNanoGen50 (Mantis Deposition Ltd Великобритания)

Функциональные Функциональные наноматериалы для наноматериалы для

энергетикиэнергетики((обзор)обзор)

Московский инженерно-физический институтМосковский инженерно-физический институт(государственный университет)(государственный университет)

Основные области примененияОсновные области применения Транспортировка и хранение топливаТранспортировка и хранение топлива Альтернативные источники энергииАльтернативные источники энергии Получение экологически чистого топливаПолучение экологически чистого топлива Энергосбережение за счет уменьшения сил трения и Энергосбережение за счет уменьшения сил трения и

вязкостивязкости Улучшение проводимости контактовУлучшение проводимости контактов Уменьшение сопротивления проводниковУменьшение сопротивления проводников Уменьшение потерь энергии при передачеУменьшение потерь энергии при передаче Создание новых топливных элементов с большим КПДСоздание новых топливных элементов с большим КПД

Твердотельная Твердотельная энергосберегающая и энергосберегающая и

экологически чистая энергетикаэкологически чистая энергетика

Транспортировка и хранение Транспортировка и хранение водородного топливаводородного топлива

33DD-модель заполнения -модель заполнения водородом массива водородом массива углеродных углеродных нанотрубокнанотрубок

Модель заполнения массива Модель заполнения массива нанотрубок нанотрубок а) кремния и b) углерода при а) кремния и b) углерода при температуре 298 K и температуре 298 K и давлении давлении 10 МПа10 МПа

Наноматериалы в солнечных Наноматериалы в солнечных батареях ndash новые перспективы батареях ndash новые перспективы

альтернативной энергетикиальтернативной энергетики

Новые энергосистемы на основе Новые энергосистемы на основе углеродных нанотрубокуглеродных нанотрубок могут могут проводить электричество в 1000 раз проводить электричество в 1000 раз лучше медных проводовлучше медных проводов

КПД 36КПД 36Работает даже ночью Работает даже ночью утилизируя ИК-лучи утилизируя ИК-лучи которые испускает которые испускает ЗемляЗемляГораздо дешевле Гораздо дешевле традиционных традиционных солнечных батарейсолнечных батарей

Экологически чистое топливоЭкологически чистое топливо

Через молекулярные laquoворотаraquo проникают Через молекулярные laquoворотаraquo проникают молекулы двуокиси углерода а более молекулы двуокиси углерода а более крупные молекулы (метановые) остаются крупные молекулы (метановые) остаются в веществе Практическое применение это в веществе Практическое применение это находит при фильтрации двуокиси находит при фильтрации двуокиси углерода из природного газа и при углерода из природного газа и при создании автомобильных катализаторовсоздании автомобильных катализаторов

Уменьшение сил трения и вязкости Уменьшение сил трения и вязкости в микромеханических системахв микромеханических системах

Наноразмерные неровности Наноразмерные неровности поверхностей сокращают площадь поверхностей сокращают площадь контакта между поверхностями Таким контакта между поверхностями Таким образом металлические материалы с образом металлические материалы с наноструктурой обладают повышенной наноструктурой обладают повышенной по сравнению с обычным структурным по сравнению с обычным структурным состоянием твердостью и состоянием твердостью и износостойкостью Эффект износостойкостью Эффект износостойкости и малого износостойкости и малого коэффициента трения проявляется при коэффициента трения проявляется при использовании использовании полинанокристаллических алмазов и полинанокристаллических алмазов и алмазоподобных покрытий а также алмазоподобных покрытий а также сверхтвердых веществ на базе сверхтвердых веществ на базе фуллеренов (например со фуллеренов (например со сфероподобными молекулами С60) и сфероподобными молекулами С60) и фуллеридов (легированных фуллеридов (легированных фуллеренов например FexC60) фуллеренов например FexC60) наноструктурных многослойных пленок наноструктурных многослойных пленок сложного состава на основе сложного состава на основе кубического BN Cкубического BN C33NN44 TiC TiN Ti(AlN) TiC TiN Ti(AlN) обладающих очень высокой (до 70 ГПа) обладающих очень высокой (до 70 ГПа) твердостьютвердостью

Энергосбережение за счет Энергосбережение за счет увеличения ресурса работы увеличения ресурса работы техникитехники

При техническом сервисе благодаря применению наноматериалов можно При техническом сервисе благодаря применению наноматериалов можно значительно (до 15-4 раз) увеличить ресурс работы машин уменьшить значительно (до 15-4 раз) увеличить ресурс работы машин уменьшить вредные выбросы и эксплутационные затраты (в том числе расход вредные выбросы и эксплутационные затраты (в том числе расход топлива) Наноматериалы в основном фуллерены вводят в смазочные топлива) Наноматериалы в основном фуллерены вводят в смазочные материалы которые уменьшают трение и обеспечивают процесс ldquoизнос-материалы которые уменьшают трение и обеспечивают процесс ldquoизнос-восстановлениеrdquoвосстановлениеrdquo

000

020

040

060

080

100

120

140

160

Мощность двигателя Потребление топлива Срок службысмазочных материалов

Расход смазочныхматериалов

0

2

4

6

8

10

12

Продолжительность обкаткиагрегатов

Износостойкость трущихсясоединений

раз

С использованием фуллереновыхпрепаратов

Без использования

Улучшение проводимости Улучшение проводимости контактовконтактов

Внедренные в полимерную матрицу углеродные нанотрубки обеспечивают ее Внедренные в полимерную матрицу углеродные нанотрубки обеспечивают ее электро- и теплопроводность их можно рассматривать как нанопроводники электро- и теплопроводность их можно рассматривать как нанопроводники Нанотрубки увеличивают проводимость в сотни раз сильнее обычных добавок Нанотрубки увеличивают проводимость в сотни раз сильнее обычных добавок используемых для повышения проводимости материалов Благодаря этому используемых для повышения проводимости материалов Благодаря этому нанотрубки формируют объемную электропроводную структуру при введении в нанотрубки формируют объемную электропроводную структуру при введении в очень малых количествах что позволяет добиться проводимости полимеров очень малых количествах что позволяет добиться проводимости полимеров при значительно меньшей доле нанотрубок по сравнению с традиционными при значительно меньшей доле нанотрубок по сравнению с традиционными сажевыми добавкамисажевыми добавками

Данные компании Nanocyl SA Данные компании Nanocyl SA

Уменьшение сопротивления Уменьшение сопротивления проводниковпроводников

Нанопроволочные приборы показали на Нанопроволочные приборы показали на два два порядкапорядка меньшее контактное сопротивление и меньшее контактное сопротивление и на на три порядкатри порядка меньший уровень меньший уровень электрических шумов по сравнению со электрических шумов по сравнению со стандартной кремниевой технологиейстандартной кремниевой технологией

Уменьшение потерь энергии при Уменьшение потерь энергии при передачпередачее

В наноматериалах оптический сигнал передается во много раз быстрее и без В наноматериалах оптический сигнал передается во много раз быстрее и без потери энергии так как перенос информации происходит с помощью фотонов потери энергии так как перенос информации происходит с помощью фотонов Благодаря этому диссипация энергии в электронных устройствах практически Благодаря этому диссипация энергии в электронных устройствах практически сводится к нулю Один из вариантов использования данной технологии ndash создание сводится к нулю Один из вариантов использования данной технологии ndash создание источников света Поскольку около 15 - 20 вырабатываемой электроэнергии источников света Поскольку около 15 - 20 вырабатываемой электроэнергии расходуется для освещения то использование источников света с новым расходуется для освещения то использование источников света с новым принципом работы сулит огромный экономический эффектпринципом работы сулит огромный экономический эффект

4 96

28 72

70 30

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Электрическая лампочка

Оптические микросхемы наоснове периодических

структур

Разрабатываемые диодысветовой эмиссии

Выделяемая энергия в виде света Потери энергии

Энергосбережение на тепловых Энергосбережение на тепловых электростанцияхэлектростанциях

Применение новой технологии создания топливных элементов на Применение новой технологии создания топливных элементов на основе laquoЖидкой керамикиraquo приводит к значительной экономии энергии основе laquoЖидкой керамикиraquo приводит к значительной экономии энергии на тепловых электростанцияхна тепловых электростанциях

40

95

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Сжигание мазута Новые топливные элементы наоснове жидкой керамики

КПД

Наноматериалы для атомной энергетикиНаноматериалы для атомной энергетики

Перспективы развития атомной энергетики связаны Перспективы развития атомной энергетики связаны со снижением удельного потребления природного со снижением удельного потребления природного урана в основном за счет увеличения глубины урана в основном за счет увеличения глубины выгорания ядерного топлива Для этого необходимо выгорания ядерного топлива Для этого необходимо создание крупнокристаллических структур ядерных создание крупнокристаллических структур ядерных материалов с контролируемой пористостью материалов с контролируемой пористостью удерживающих продукты деления и препятствующих удерживающих продукты деления и препятствующих транспорту осколков деления к оболочке транспорту осколков деления к оболочке тепловыделяющего элемента и ее внутреннего тепловыделяющего элемента и ее внутреннего повреждения Активация процесса спекания за счет повреждения Активация процесса спекания за счет добавок нанометрического размера ndash одно из добавок нанометрического размера ndash одно из направлений создания новых видов уран-направлений создания новых видов уран-плутониевых оксидов и нитридов для ядерной плутониевых оксидов и нитридов для ядерной энергетикиэнергетики

Спасибо за вниманиеСпасибо за внимание

CCинтез и исследование новых материалов на интез и исследование новых материалов на основе сверхтонких слоев оксидов основе сверхтонких слоев оксидов редкоземельных металлов для редкоземельных металлов для подзатворного диэлектрика МОП -подзатворного диэлектрика МОП -транзисторов нового поколениятранзисторов нового поколения

Синтез и исследование проводящих Синтез и исследование проводящих материалов для металлических затворов в материалов для металлических затворов в МОП-приборах нового поколенияМОП-приборах нового поколения Разработка физических основ технологии Разработка физических основ технологии изготовления элементов памяти на основе изготовления элементов памяти на основе магнитных туннельных переходов магнитных туннельных переходов (спинтроника)(спинтроника)

НаноэлектроникаНаноэлектроника

Si(100)Si(100)

HfOHfO2 2 (27 nm)(27 nm)

a-Si (35 a-Si (35 nm)nm)

a-NiSia-NiSixx

МОП-транзистор

готовыйготовыйобразецобразец

Процесс эпитаксиального ростаПроцесс эпитаксиального роста

Рост слоёв полупроводниковРост слоёв полупроводниковAlAlххGaGa1-х1-хAsAs In InууGaGa1-у1-уAsAs GaAs GaAs формированиеформирование квантовых ям квантовых ям квантовых точекквантовых точек

Молекулярно-лучевая эпитаксияМолекулярно-лучевая эпитаксиядля формирования наногетероструктур для формирования наногетероструктур А3В5 Установка МЛЭ А3В5 Установка МЛЭ Riber (Riber (Франция)Франция)

КАФЕДРА ФИЗИКИ НАНОРАЗМЕРНЫХ ГЕТЕРОСТРУКТУР КАФЕДРА ФИЗИКИ НАНОРАЗМЕРНЫХ ГЕТЕРОСТРУКТУР И СВЧ НАНОЭЛЕКТРОНИКИИ СВЧ НАНОЭЛЕКТРОНИКИ

Квантовые точкиКвантовые точки InAsGaAsInAsGaAs ndash скан ndash сканатомно-силового атомно-силового микроскопамикроскопа

Достижения в разработке Достижения в разработке моделировании моделировании изготовленииизготовленииШирокополосных Широкополосных малошумящих усилителей малошумящих усилителей Рекордно низкий коэф шумаРекордно низкий коэф шума Кш=037дБКш=037дБ Кус=10дБ Кус=10дБ f=f=9-9-112ГГц2ГГц- мощных транзисторов на - мощных транзисторов на AlGaNGaNAlGaNGaN W=11 W=11 ВтВтмммм граничная частотаграничная частота 100 ГГц100 ГГц-Транзисторов К-диапазона Транзисторов К-диапазона (граничная частота (граничная частота fmax=190fmax=190ГГцГГц))- Длина затвора Длина затвора ((топологическая норма) 100-топологическая норма) 100-190 нанометров190 нанометров

Современные СВЧ микросхемы на основе наногетероструктурСовременные СВЧ микросхемы на основе наногетероструктур

- разработана и изготовлена в ИСВЧПЭ РАН- разработана и изготовлена в ИСВЧПЭ РАН совместно с НПФ laquoМикранraquo Томсксовместно с НПФ laquoМикранraquo Томск

Изготовленная СВЧ микросхема Изготовленная СВЧ микросхема вставлена в вставлена в модуль бортового локатора МИГ на АФАРмодуль бортового локатора МИГ на АФАР

демонстрировавшегося на демонстрировавшегося на авиасалоне МАКС ndash 2007авиасалоне МАКС ndash 2007

Рабочие частоты Рабочие частоты ~ ~ 10-10-15 15 ГГцГГц

Первая отечественная наногетероструктурная СВЧ МИСПервая отечественная наногетероструктурная СВЧ МИС 2-х- каскадного малошумящего усилителя2-х- каскадного малошумящего усилителя

АФАРАФАР

ПОЛУЧЕНИЕ УГЛЕРОДНЫХ НАНОТРУБОКПОЛУЧЕНИЕ УГЛЕРОДНЫХ НАНОТРУБОК

Синтез Y- образной нанотрубки как основы нанотранзистора

ПОЛУЧЕНИЕ НАНОСТРУКТУРИРОВАННЫХ ПОЛУЧЕНИЕ НАНОСТРУКТУРИРОВАННЫХ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПЛЕНОК МЕТОДОМ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПЛЕНОК МЕТОДОМ

ПЛАЗМЕННОЙ ТЕХНОЛОГИИПЛАЗМЕННОЙ ТЕХНОЛОГИИ

50 нм

Подложка ndash полимерная пленка применение для конденсаторов высокой емкости

Оборудование дляОборудование для исследования физических исследования физических свойств наносистемсвойств наносистем

Исследовательский комплекс ИЛО-РФЭС-СРМИ-ВИМС (на базе XSAM-800 Kratos)

МИШЕНИ

Hf La Al Au Pt Si Ge Ni

Ti Sb B helliphellip

НАПУСК РЕАКТИВНЫХ

ГАЗОВ O2 N2 helliphellip

РЕНТГЕНОВСКИЙ ИСТОЧНИК

ИОННЫЙ ИСТОЧНИК (Ar+ He+

H+ hellip)

ПОЛУСФЕРИЧЕСКИЙ ЭНЕРГОАНАЛИЗАТОР

ЛАЗЕР

ПК

ИМПУЛЬСНОЕ ИМПУЛЬСНОЕ ЛАЗЕРНОЕ ЛАЗЕРНОЕ

ОСАЖДЕНИЕОСАЖДЕНИЕ

ДЕРЖАТЕЛЬ ОБРАЗЦОВ С

НАГРЕВАТЕЛЕМ

ДО Т=10000С

КАМЕРА КАМЕРА РОСТАРОСТА

АНАЛИТИЧЕСКАЯАНАЛИТИЧЕСКАЯ

КАМЕРАКАМЕРА

КВАД МАСС-СПЕКТРОМЕТР

Измерение методом STM и TEM атомной структуры нанокластеров металлов на углеродных подложках и в твердотельных матрицах

Нанокластеры AuC ПЭМ 50х50 нм

Нанокластер Нанокластер AuAuС СТМ С СТМ 7х7 нм7х7 нм

СканирующиСканирующиее нанотвердоме нанотвердомерыры laquoНаноСканraquolaquoНаноСканraquo и и laquoСуперlaquoСупер--НаноСканraquoНаноСканraquo

Режимы измерений

Контактный динамический режим (рельеф поверхности карта распределения модуля упругости)

Разрешение по XY 015 нм Разрешение по Z 007 нм

Индентирование склерометрия (с макс нагрузкой до 10 гр)

Динамическое наноиндентирование

Оборудование закупаемое в 2008 г под НОЦ Оборудование закупаемое в 2008 г под НОЦ Высоковакуумный сканирующий зондовый микроскоп с методиками

СТМ АСМ и МСМ Multiprobe MXPS RM VR AFM 25 ldquoOmicronrdquo (Германия) оборудованный системой рентгеновской

фотоэлектронной спектроскопии и камерой препарирования

Источник осаждения нанокластеров с квадрупольным масс-фильтромNanoGen50 (Mantis Deposition Ltd Великобритания)

Функциональные Функциональные наноматериалы для наноматериалы для

энергетикиэнергетики((обзор)обзор)

Московский инженерно-физический институтМосковский инженерно-физический институт(государственный университет)(государственный университет)

Основные области примененияОсновные области применения Транспортировка и хранение топливаТранспортировка и хранение топлива Альтернативные источники энергииАльтернативные источники энергии Получение экологически чистого топливаПолучение экологически чистого топлива Энергосбережение за счет уменьшения сил трения и Энергосбережение за счет уменьшения сил трения и

вязкостивязкости Улучшение проводимости контактовУлучшение проводимости контактов Уменьшение сопротивления проводниковУменьшение сопротивления проводников Уменьшение потерь энергии при передачеУменьшение потерь энергии при передаче Создание новых топливных элементов с большим КПДСоздание новых топливных элементов с большим КПД

Твердотельная Твердотельная энергосберегающая и энергосберегающая и

экологически чистая энергетикаэкологически чистая энергетика

Транспортировка и хранение Транспортировка и хранение водородного топливаводородного топлива

33DD-модель заполнения -модель заполнения водородом массива водородом массива углеродных углеродных нанотрубокнанотрубок

Модель заполнения массива Модель заполнения массива нанотрубок нанотрубок а) кремния и b) углерода при а) кремния и b) углерода при температуре 298 K и температуре 298 K и давлении давлении 10 МПа10 МПа

Наноматериалы в солнечных Наноматериалы в солнечных батареях ndash новые перспективы батареях ndash новые перспективы

альтернативной энергетикиальтернативной энергетики

Новые энергосистемы на основе Новые энергосистемы на основе углеродных нанотрубокуглеродных нанотрубок могут могут проводить электричество в 1000 раз проводить электричество в 1000 раз лучше медных проводовлучше медных проводов

КПД 36КПД 36Работает даже ночью Работает даже ночью утилизируя ИК-лучи утилизируя ИК-лучи которые испускает которые испускает ЗемляЗемляГораздо дешевле Гораздо дешевле традиционных традиционных солнечных батарейсолнечных батарей

Экологически чистое топливоЭкологически чистое топливо

Через молекулярные laquoворотаraquo проникают Через молекулярные laquoворотаraquo проникают молекулы двуокиси углерода а более молекулы двуокиси углерода а более крупные молекулы (метановые) остаются крупные молекулы (метановые) остаются в веществе Практическое применение это в веществе Практическое применение это находит при фильтрации двуокиси находит при фильтрации двуокиси углерода из природного газа и при углерода из природного газа и при создании автомобильных катализаторовсоздании автомобильных катализаторов

Уменьшение сил трения и вязкости Уменьшение сил трения и вязкости в микромеханических системахв микромеханических системах

Наноразмерные неровности Наноразмерные неровности поверхностей сокращают площадь поверхностей сокращают площадь контакта между поверхностями Таким контакта между поверхностями Таким образом металлические материалы с образом металлические материалы с наноструктурой обладают повышенной наноструктурой обладают повышенной по сравнению с обычным структурным по сравнению с обычным структурным состоянием твердостью и состоянием твердостью и износостойкостью Эффект износостойкостью Эффект износостойкости и малого износостойкости и малого коэффициента трения проявляется при коэффициента трения проявляется при использовании использовании полинанокристаллических алмазов и полинанокристаллических алмазов и алмазоподобных покрытий а также алмазоподобных покрытий а также сверхтвердых веществ на базе сверхтвердых веществ на базе фуллеренов (например со фуллеренов (например со сфероподобными молекулами С60) и сфероподобными молекулами С60) и фуллеридов (легированных фуллеридов (легированных фуллеренов например FexC60) фуллеренов например FexC60) наноструктурных многослойных пленок наноструктурных многослойных пленок сложного состава на основе сложного состава на основе кубического BN Cкубического BN C33NN44 TiC TiN Ti(AlN) TiC TiN Ti(AlN) обладающих очень высокой (до 70 ГПа) обладающих очень высокой (до 70 ГПа) твердостьютвердостью

Энергосбережение за счет Энергосбережение за счет увеличения ресурса работы увеличения ресурса работы техникитехники

При техническом сервисе благодаря применению наноматериалов можно При техническом сервисе благодаря применению наноматериалов можно значительно (до 15-4 раз) увеличить ресурс работы машин уменьшить значительно (до 15-4 раз) увеличить ресурс работы машин уменьшить вредные выбросы и эксплутационные затраты (в том числе расход вредные выбросы и эксплутационные затраты (в том числе расход топлива) Наноматериалы в основном фуллерены вводят в смазочные топлива) Наноматериалы в основном фуллерены вводят в смазочные материалы которые уменьшают трение и обеспечивают процесс ldquoизнос-материалы которые уменьшают трение и обеспечивают процесс ldquoизнос-восстановлениеrdquoвосстановлениеrdquo

000

020

040

060

080

100

120

140

160

Мощность двигателя Потребление топлива Срок службысмазочных материалов

Расход смазочныхматериалов

0

2

4

6

8

10

12

Продолжительность обкаткиагрегатов

Износостойкость трущихсясоединений

раз

С использованием фуллереновыхпрепаратов

Без использования

Улучшение проводимости Улучшение проводимости контактовконтактов

Внедренные в полимерную матрицу углеродные нанотрубки обеспечивают ее Внедренные в полимерную матрицу углеродные нанотрубки обеспечивают ее электро- и теплопроводность их можно рассматривать как нанопроводники электро- и теплопроводность их можно рассматривать как нанопроводники Нанотрубки увеличивают проводимость в сотни раз сильнее обычных добавок Нанотрубки увеличивают проводимость в сотни раз сильнее обычных добавок используемых для повышения проводимости материалов Благодаря этому используемых для повышения проводимости материалов Благодаря этому нанотрубки формируют объемную электропроводную структуру при введении в нанотрубки формируют объемную электропроводную структуру при введении в очень малых количествах что позволяет добиться проводимости полимеров очень малых количествах что позволяет добиться проводимости полимеров при значительно меньшей доле нанотрубок по сравнению с традиционными при значительно меньшей доле нанотрубок по сравнению с традиционными сажевыми добавкамисажевыми добавками

Данные компании Nanocyl SA Данные компании Nanocyl SA

Уменьшение сопротивления Уменьшение сопротивления проводниковпроводников

Нанопроволочные приборы показали на Нанопроволочные приборы показали на два два порядкапорядка меньшее контактное сопротивление и меньшее контактное сопротивление и на на три порядкатри порядка меньший уровень меньший уровень электрических шумов по сравнению со электрических шумов по сравнению со стандартной кремниевой технологиейстандартной кремниевой технологией

Уменьшение потерь энергии при Уменьшение потерь энергии при передачпередачее

В наноматериалах оптический сигнал передается во много раз быстрее и без В наноматериалах оптический сигнал передается во много раз быстрее и без потери энергии так как перенос информации происходит с помощью фотонов потери энергии так как перенос информации происходит с помощью фотонов Благодаря этому диссипация энергии в электронных устройствах практически Благодаря этому диссипация энергии в электронных устройствах практически сводится к нулю Один из вариантов использования данной технологии ndash создание сводится к нулю Один из вариантов использования данной технологии ndash создание источников света Поскольку около 15 - 20 вырабатываемой электроэнергии источников света Поскольку около 15 - 20 вырабатываемой электроэнергии расходуется для освещения то использование источников света с новым расходуется для освещения то использование источников света с новым принципом работы сулит огромный экономический эффектпринципом работы сулит огромный экономический эффект

4 96

28 72

70 30

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Электрическая лампочка

Оптические микросхемы наоснове периодических

структур

Разрабатываемые диодысветовой эмиссии

Выделяемая энергия в виде света Потери энергии

Энергосбережение на тепловых Энергосбережение на тепловых электростанцияхэлектростанциях

Применение новой технологии создания топливных элементов на Применение новой технологии создания топливных элементов на основе laquoЖидкой керамикиraquo приводит к значительной экономии энергии основе laquoЖидкой керамикиraquo приводит к значительной экономии энергии на тепловых электростанцияхна тепловых электростанциях

40

95

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Сжигание мазута Новые топливные элементы наоснове жидкой керамики

КПД

Наноматериалы для атомной энергетикиНаноматериалы для атомной энергетики

Перспективы развития атомной энергетики связаны Перспективы развития атомной энергетики связаны со снижением удельного потребления природного со снижением удельного потребления природного урана в основном за счет увеличения глубины урана в основном за счет увеличения глубины выгорания ядерного топлива Для этого необходимо выгорания ядерного топлива Для этого необходимо создание крупнокристаллических структур ядерных создание крупнокристаллических структур ядерных материалов с контролируемой пористостью материалов с контролируемой пористостью удерживающих продукты деления и препятствующих удерживающих продукты деления и препятствующих транспорту осколков деления к оболочке транспорту осколков деления к оболочке тепловыделяющего элемента и ее внутреннего тепловыделяющего элемента и ее внутреннего повреждения Активация процесса спекания за счет повреждения Активация процесса спекания за счет добавок нанометрического размера ndash одно из добавок нанометрического размера ndash одно из направлений создания новых видов уран-направлений создания новых видов уран-плутониевых оксидов и нитридов для ядерной плутониевых оксидов и нитридов для ядерной энергетикиэнергетики

Спасибо за вниманиеСпасибо за внимание

готовыйготовыйобразецобразец

Процесс эпитаксиального ростаПроцесс эпитаксиального роста

Рост слоёв полупроводниковРост слоёв полупроводниковAlAlххGaGa1-х1-хAsAs In InууGaGa1-у1-уAsAs GaAs GaAs формированиеформирование квантовых ям квантовых ям квантовых точекквантовых точек

Молекулярно-лучевая эпитаксияМолекулярно-лучевая эпитаксиядля формирования наногетероструктур для формирования наногетероструктур А3В5 Установка МЛЭ А3В5 Установка МЛЭ Riber (Riber (Франция)Франция)

КАФЕДРА ФИЗИКИ НАНОРАЗМЕРНЫХ ГЕТЕРОСТРУКТУР КАФЕДРА ФИЗИКИ НАНОРАЗМЕРНЫХ ГЕТЕРОСТРУКТУР И СВЧ НАНОЭЛЕКТРОНИКИИ СВЧ НАНОЭЛЕКТРОНИКИ

Квантовые точкиКвантовые точки InAsGaAsInAsGaAs ndash скан ndash сканатомно-силового атомно-силового микроскопамикроскопа

Достижения в разработке Достижения в разработке моделировании моделировании изготовленииизготовленииШирокополосных Широкополосных малошумящих усилителей малошумящих усилителей Рекордно низкий коэф шумаРекордно низкий коэф шума Кш=037дБКш=037дБ Кус=10дБ Кус=10дБ f=f=9-9-112ГГц2ГГц- мощных транзисторов на - мощных транзисторов на AlGaNGaNAlGaNGaN W=11 W=11 ВтВтмммм граничная частотаграничная частота 100 ГГц100 ГГц-Транзисторов К-диапазона Транзисторов К-диапазона (граничная частота (граничная частота fmax=190fmax=190ГГцГГц))- Длина затвора Длина затвора ((топологическая норма) 100-топологическая норма) 100-190 нанометров190 нанометров

Современные СВЧ микросхемы на основе наногетероструктурСовременные СВЧ микросхемы на основе наногетероструктур

- разработана и изготовлена в ИСВЧПЭ РАН- разработана и изготовлена в ИСВЧПЭ РАН совместно с НПФ laquoМикранraquo Томсксовместно с НПФ laquoМикранraquo Томск

Изготовленная СВЧ микросхема Изготовленная СВЧ микросхема вставлена в вставлена в модуль бортового локатора МИГ на АФАРмодуль бортового локатора МИГ на АФАР

демонстрировавшегося на демонстрировавшегося на авиасалоне МАКС ndash 2007авиасалоне МАКС ndash 2007

Рабочие частоты Рабочие частоты ~ ~ 10-10-15 15 ГГцГГц

Первая отечественная наногетероструктурная СВЧ МИСПервая отечественная наногетероструктурная СВЧ МИС 2-х- каскадного малошумящего усилителя2-х- каскадного малошумящего усилителя

АФАРАФАР

ПОЛУЧЕНИЕ УГЛЕРОДНЫХ НАНОТРУБОКПОЛУЧЕНИЕ УГЛЕРОДНЫХ НАНОТРУБОК

Синтез Y- образной нанотрубки как основы нанотранзистора

ПОЛУЧЕНИЕ НАНОСТРУКТУРИРОВАННЫХ ПОЛУЧЕНИЕ НАНОСТРУКТУРИРОВАННЫХ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПЛЕНОК МЕТОДОМ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПЛЕНОК МЕТОДОМ

ПЛАЗМЕННОЙ ТЕХНОЛОГИИПЛАЗМЕННОЙ ТЕХНОЛОГИИ

50 нм

Подложка ndash полимерная пленка применение для конденсаторов высокой емкости

Оборудование дляОборудование для исследования физических исследования физических свойств наносистемсвойств наносистем

Исследовательский комплекс ИЛО-РФЭС-СРМИ-ВИМС (на базе XSAM-800 Kratos)

МИШЕНИ

Hf La Al Au Pt Si Ge Ni

Ti Sb B helliphellip

НАПУСК РЕАКТИВНЫХ

ГАЗОВ O2 N2 helliphellip

РЕНТГЕНОВСКИЙ ИСТОЧНИК

ИОННЫЙ ИСТОЧНИК (Ar+ He+

H+ hellip)

ПОЛУСФЕРИЧЕСКИЙ ЭНЕРГОАНАЛИЗАТОР

ЛАЗЕР

ПК

ИМПУЛЬСНОЕ ИМПУЛЬСНОЕ ЛАЗЕРНОЕ ЛАЗЕРНОЕ

ОСАЖДЕНИЕОСАЖДЕНИЕ

ДЕРЖАТЕЛЬ ОБРАЗЦОВ С

НАГРЕВАТЕЛЕМ

ДО Т=10000С

КАМЕРА КАМЕРА РОСТАРОСТА

АНАЛИТИЧЕСКАЯАНАЛИТИЧЕСКАЯ

КАМЕРАКАМЕРА

КВАД МАСС-СПЕКТРОМЕТР

Измерение методом STM и TEM атомной структуры нанокластеров металлов на углеродных подложках и в твердотельных матрицах

Нанокластеры AuC ПЭМ 50х50 нм

Нанокластер Нанокластер AuAuС СТМ С СТМ 7х7 нм7х7 нм

СканирующиСканирующиее нанотвердоме нанотвердомерыры laquoНаноСканraquolaquoНаноСканraquo и и laquoСуперlaquoСупер--НаноСканraquoНаноСканraquo

Режимы измерений

Контактный динамический режим (рельеф поверхности карта распределения модуля упругости)

Разрешение по XY 015 нм Разрешение по Z 007 нм

Индентирование склерометрия (с макс нагрузкой до 10 гр)

Динамическое наноиндентирование

Оборудование закупаемое в 2008 г под НОЦ Оборудование закупаемое в 2008 г под НОЦ Высоковакуумный сканирующий зондовый микроскоп с методиками

СТМ АСМ и МСМ Multiprobe MXPS RM VR AFM 25 ldquoOmicronrdquo (Германия) оборудованный системой рентгеновской

фотоэлектронной спектроскопии и камерой препарирования

Источник осаждения нанокластеров с квадрупольным масс-фильтромNanoGen50 (Mantis Deposition Ltd Великобритания)

Функциональные Функциональные наноматериалы для наноматериалы для

энергетикиэнергетики((обзор)обзор)

Московский инженерно-физический институтМосковский инженерно-физический институт(государственный университет)(государственный университет)

Основные области примененияОсновные области применения Транспортировка и хранение топливаТранспортировка и хранение топлива Альтернативные источники энергииАльтернативные источники энергии Получение экологически чистого топливаПолучение экологически чистого топлива Энергосбережение за счет уменьшения сил трения и Энергосбережение за счет уменьшения сил трения и

вязкостивязкости Улучшение проводимости контактовУлучшение проводимости контактов Уменьшение сопротивления проводниковУменьшение сопротивления проводников Уменьшение потерь энергии при передачеУменьшение потерь энергии при передаче Создание новых топливных элементов с большим КПДСоздание новых топливных элементов с большим КПД

Твердотельная Твердотельная энергосберегающая и энергосберегающая и

экологически чистая энергетикаэкологически чистая энергетика

Транспортировка и хранение Транспортировка и хранение водородного топливаводородного топлива

33DD-модель заполнения -модель заполнения водородом массива водородом массива углеродных углеродных нанотрубокнанотрубок

Модель заполнения массива Модель заполнения массива нанотрубок нанотрубок а) кремния и b) углерода при а) кремния и b) углерода при температуре 298 K и температуре 298 K и давлении давлении 10 МПа10 МПа

Наноматериалы в солнечных Наноматериалы в солнечных батареях ndash новые перспективы батареях ndash новые перспективы

альтернативной энергетикиальтернативной энергетики

Новые энергосистемы на основе Новые энергосистемы на основе углеродных нанотрубокуглеродных нанотрубок могут могут проводить электричество в 1000 раз проводить электричество в 1000 раз лучше медных проводовлучше медных проводов

КПД 36КПД 36Работает даже ночью Работает даже ночью утилизируя ИК-лучи утилизируя ИК-лучи которые испускает которые испускает ЗемляЗемляГораздо дешевле Гораздо дешевле традиционных традиционных солнечных батарейсолнечных батарей

Экологически чистое топливоЭкологически чистое топливо

Через молекулярные laquoворотаraquo проникают Через молекулярные laquoворотаraquo проникают молекулы двуокиси углерода а более молекулы двуокиси углерода а более крупные молекулы (метановые) остаются крупные молекулы (метановые) остаются в веществе Практическое применение это в веществе Практическое применение это находит при фильтрации двуокиси находит при фильтрации двуокиси углерода из природного газа и при углерода из природного газа и при создании автомобильных катализаторовсоздании автомобильных катализаторов

Уменьшение сил трения и вязкости Уменьшение сил трения и вязкости в микромеханических системахв микромеханических системах

Наноразмерные неровности Наноразмерные неровности поверхностей сокращают площадь поверхностей сокращают площадь контакта между поверхностями Таким контакта между поверхностями Таким образом металлические материалы с образом металлические материалы с наноструктурой обладают повышенной наноструктурой обладают повышенной по сравнению с обычным структурным по сравнению с обычным структурным состоянием твердостью и состоянием твердостью и износостойкостью Эффект износостойкостью Эффект износостойкости и малого износостойкости и малого коэффициента трения проявляется при коэффициента трения проявляется при использовании использовании полинанокристаллических алмазов и полинанокристаллических алмазов и алмазоподобных покрытий а также алмазоподобных покрытий а также сверхтвердых веществ на базе сверхтвердых веществ на базе фуллеренов (например со фуллеренов (например со сфероподобными молекулами С60) и сфероподобными молекулами С60) и фуллеридов (легированных фуллеридов (легированных фуллеренов например FexC60) фуллеренов например FexC60) наноструктурных многослойных пленок наноструктурных многослойных пленок сложного состава на основе сложного состава на основе кубического BN Cкубического BN C33NN44 TiC TiN Ti(AlN) TiC TiN Ti(AlN) обладающих очень высокой (до 70 ГПа) обладающих очень высокой (до 70 ГПа) твердостьютвердостью

Энергосбережение за счет Энергосбережение за счет увеличения ресурса работы увеличения ресурса работы техникитехники

При техническом сервисе благодаря применению наноматериалов можно При техническом сервисе благодаря применению наноматериалов можно значительно (до 15-4 раз) увеличить ресурс работы машин уменьшить значительно (до 15-4 раз) увеличить ресурс работы машин уменьшить вредные выбросы и эксплутационные затраты (в том числе расход вредные выбросы и эксплутационные затраты (в том числе расход топлива) Наноматериалы в основном фуллерены вводят в смазочные топлива) Наноматериалы в основном фуллерены вводят в смазочные материалы которые уменьшают трение и обеспечивают процесс ldquoизнос-материалы которые уменьшают трение и обеспечивают процесс ldquoизнос-восстановлениеrdquoвосстановлениеrdquo

000

020

040

060

080

100

120

140

160

Мощность двигателя Потребление топлива Срок службысмазочных материалов

Расход смазочныхматериалов

0

2

4

6

8

10

12

Продолжительность обкаткиагрегатов

Износостойкость трущихсясоединений

раз

С использованием фуллереновыхпрепаратов

Без использования

Улучшение проводимости Улучшение проводимости контактовконтактов

Внедренные в полимерную матрицу углеродные нанотрубки обеспечивают ее Внедренные в полимерную матрицу углеродные нанотрубки обеспечивают ее электро- и теплопроводность их можно рассматривать как нанопроводники электро- и теплопроводность их можно рассматривать как нанопроводники Нанотрубки увеличивают проводимость в сотни раз сильнее обычных добавок Нанотрубки увеличивают проводимость в сотни раз сильнее обычных добавок используемых для повышения проводимости материалов Благодаря этому используемых для повышения проводимости материалов Благодаря этому нанотрубки формируют объемную электропроводную структуру при введении в нанотрубки формируют объемную электропроводную структуру при введении в очень малых количествах что позволяет добиться проводимости полимеров очень малых количествах что позволяет добиться проводимости полимеров при значительно меньшей доле нанотрубок по сравнению с традиционными при значительно меньшей доле нанотрубок по сравнению с традиционными сажевыми добавкамисажевыми добавками

Данные компании Nanocyl SA Данные компании Nanocyl SA

Уменьшение сопротивления Уменьшение сопротивления проводниковпроводников

Нанопроволочные приборы показали на Нанопроволочные приборы показали на два два порядкапорядка меньшее контактное сопротивление и меньшее контактное сопротивление и на на три порядкатри порядка меньший уровень меньший уровень электрических шумов по сравнению со электрических шумов по сравнению со стандартной кремниевой технологиейстандартной кремниевой технологией

Уменьшение потерь энергии при Уменьшение потерь энергии при передачпередачее

В наноматериалах оптический сигнал передается во много раз быстрее и без В наноматериалах оптический сигнал передается во много раз быстрее и без потери энергии так как перенос информации происходит с помощью фотонов потери энергии так как перенос информации происходит с помощью фотонов Благодаря этому диссипация энергии в электронных устройствах практически Благодаря этому диссипация энергии в электронных устройствах практически сводится к нулю Один из вариантов использования данной технологии ndash создание сводится к нулю Один из вариантов использования данной технологии ndash создание источников света Поскольку около 15 - 20 вырабатываемой электроэнергии источников света Поскольку около 15 - 20 вырабатываемой электроэнергии расходуется для освещения то использование источников света с новым расходуется для освещения то использование источников света с новым принципом работы сулит огромный экономический эффектпринципом работы сулит огромный экономический эффект

4 96

28 72

70 30

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Электрическая лампочка

Оптические микросхемы наоснове периодических

структур

Разрабатываемые диодысветовой эмиссии

Выделяемая энергия в виде света Потери энергии

Энергосбережение на тепловых Энергосбережение на тепловых электростанцияхэлектростанциях

Применение новой технологии создания топливных элементов на Применение новой технологии создания топливных элементов на основе laquoЖидкой керамикиraquo приводит к значительной экономии энергии основе laquoЖидкой керамикиraquo приводит к значительной экономии энергии на тепловых электростанцияхна тепловых электростанциях

40

95

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Сжигание мазута Новые топливные элементы наоснове жидкой керамики

КПД

Наноматериалы для атомной энергетикиНаноматериалы для атомной энергетики

Перспективы развития атомной энергетики связаны Перспективы развития атомной энергетики связаны со снижением удельного потребления природного со снижением удельного потребления природного урана в основном за счет увеличения глубины урана в основном за счет увеличения глубины выгорания ядерного топлива Для этого необходимо выгорания ядерного топлива Для этого необходимо создание крупнокристаллических структур ядерных создание крупнокристаллических структур ядерных материалов с контролируемой пористостью материалов с контролируемой пористостью удерживающих продукты деления и препятствующих удерживающих продукты деления и препятствующих транспорту осколков деления к оболочке транспорту осколков деления к оболочке тепловыделяющего элемента и ее внутреннего тепловыделяющего элемента и ее внутреннего повреждения Активация процесса спекания за счет повреждения Активация процесса спекания за счет добавок нанометрического размера ndash одно из добавок нанометрического размера ndash одно из направлений создания новых видов уран-направлений создания новых видов уран-плутониевых оксидов и нитридов для ядерной плутониевых оксидов и нитридов для ядерной энергетикиэнергетики

Спасибо за вниманиеСпасибо за внимание

Достижения в разработке Достижения в разработке моделировании моделировании изготовленииизготовленииШирокополосных Широкополосных малошумящих усилителей малошумящих усилителей Рекордно низкий коэф шумаРекордно низкий коэф шума Кш=037дБКш=037дБ Кус=10дБ Кус=10дБ f=f=9-9-112ГГц2ГГц- мощных транзисторов на - мощных транзисторов на AlGaNGaNAlGaNGaN W=11 W=11 ВтВтмммм граничная частотаграничная частота 100 ГГц100 ГГц-Транзисторов К-диапазона Транзисторов К-диапазона (граничная частота (граничная частота fmax=190fmax=190ГГцГГц))- Длина затвора Длина затвора ((топологическая норма) 100-топологическая норма) 100-190 нанометров190 нанометров

Современные СВЧ микросхемы на основе наногетероструктурСовременные СВЧ микросхемы на основе наногетероструктур

- разработана и изготовлена в ИСВЧПЭ РАН- разработана и изготовлена в ИСВЧПЭ РАН совместно с НПФ laquoМикранraquo Томсксовместно с НПФ laquoМикранraquo Томск

Изготовленная СВЧ микросхема Изготовленная СВЧ микросхема вставлена в вставлена в модуль бортового локатора МИГ на АФАРмодуль бортового локатора МИГ на АФАР

демонстрировавшегося на демонстрировавшегося на авиасалоне МАКС ndash 2007авиасалоне МАКС ndash 2007

Рабочие частоты Рабочие частоты ~ ~ 10-10-15 15 ГГцГГц

Первая отечественная наногетероструктурная СВЧ МИСПервая отечественная наногетероструктурная СВЧ МИС 2-х- каскадного малошумящего усилителя2-х- каскадного малошумящего усилителя

АФАРАФАР

ПОЛУЧЕНИЕ УГЛЕРОДНЫХ НАНОТРУБОКПОЛУЧЕНИЕ УГЛЕРОДНЫХ НАНОТРУБОК

Синтез Y- образной нанотрубки как основы нанотранзистора

ПОЛУЧЕНИЕ НАНОСТРУКТУРИРОВАННЫХ ПОЛУЧЕНИЕ НАНОСТРУКТУРИРОВАННЫХ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПЛЕНОК МЕТОДОМ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПЛЕНОК МЕТОДОМ

ПЛАЗМЕННОЙ ТЕХНОЛОГИИПЛАЗМЕННОЙ ТЕХНОЛОГИИ

50 нм

Подложка ndash полимерная пленка применение для конденсаторов высокой емкости

Оборудование дляОборудование для исследования физических исследования физических свойств наносистемсвойств наносистем

Исследовательский комплекс ИЛО-РФЭС-СРМИ-ВИМС (на базе XSAM-800 Kratos)

МИШЕНИ

Hf La Al Au Pt Si Ge Ni

Ti Sb B helliphellip

НАПУСК РЕАКТИВНЫХ

ГАЗОВ O2 N2 helliphellip

РЕНТГЕНОВСКИЙ ИСТОЧНИК

ИОННЫЙ ИСТОЧНИК (Ar+ He+

H+ hellip)

ПОЛУСФЕРИЧЕСКИЙ ЭНЕРГОАНАЛИЗАТОР

ЛАЗЕР

ПК

ИМПУЛЬСНОЕ ИМПУЛЬСНОЕ ЛАЗЕРНОЕ ЛАЗЕРНОЕ

ОСАЖДЕНИЕОСАЖДЕНИЕ

ДЕРЖАТЕЛЬ ОБРАЗЦОВ С

НАГРЕВАТЕЛЕМ

ДО Т=10000С

КАМЕРА КАМЕРА РОСТАРОСТА

АНАЛИТИЧЕСКАЯАНАЛИТИЧЕСКАЯ

КАМЕРАКАМЕРА

КВАД МАСС-СПЕКТРОМЕТР

Измерение методом STM и TEM атомной структуры нанокластеров металлов на углеродных подложках и в твердотельных матрицах

Нанокластеры AuC ПЭМ 50х50 нм

Нанокластер Нанокластер AuAuС СТМ С СТМ 7х7 нм7х7 нм

СканирующиСканирующиее нанотвердоме нанотвердомерыры laquoНаноСканraquolaquoНаноСканraquo и и laquoСуперlaquoСупер--НаноСканraquoНаноСканraquo

Режимы измерений

Контактный динамический режим (рельеф поверхности карта распределения модуля упругости)

Разрешение по XY 015 нм Разрешение по Z 007 нм

Индентирование склерометрия (с макс нагрузкой до 10 гр)

Динамическое наноиндентирование

Оборудование закупаемое в 2008 г под НОЦ Оборудование закупаемое в 2008 г под НОЦ Высоковакуумный сканирующий зондовый микроскоп с методиками

СТМ АСМ и МСМ Multiprobe MXPS RM VR AFM 25 ldquoOmicronrdquo (Германия) оборудованный системой рентгеновской

фотоэлектронной спектроскопии и камерой препарирования

Источник осаждения нанокластеров с квадрупольным масс-фильтромNanoGen50 (Mantis Deposition Ltd Великобритания)

Функциональные Функциональные наноматериалы для наноматериалы для

энергетикиэнергетики((обзор)обзор)

Московский инженерно-физический институтМосковский инженерно-физический институт(государственный университет)(государственный университет)

Основные области примененияОсновные области применения Транспортировка и хранение топливаТранспортировка и хранение топлива Альтернативные источники энергииАльтернативные источники энергии Получение экологически чистого топливаПолучение экологически чистого топлива Энергосбережение за счет уменьшения сил трения и Энергосбережение за счет уменьшения сил трения и

вязкостивязкости Улучшение проводимости контактовУлучшение проводимости контактов Уменьшение сопротивления проводниковУменьшение сопротивления проводников Уменьшение потерь энергии при передачеУменьшение потерь энергии при передаче Создание новых топливных элементов с большим КПДСоздание новых топливных элементов с большим КПД

Твердотельная Твердотельная энергосберегающая и энергосберегающая и

экологически чистая энергетикаэкологически чистая энергетика

Транспортировка и хранение Транспортировка и хранение водородного топливаводородного топлива

33DD-модель заполнения -модель заполнения водородом массива водородом массива углеродных углеродных нанотрубокнанотрубок

Модель заполнения массива Модель заполнения массива нанотрубок нанотрубок а) кремния и b) углерода при а) кремния и b) углерода при температуре 298 K и температуре 298 K и давлении давлении 10 МПа10 МПа

Наноматериалы в солнечных Наноматериалы в солнечных батареях ndash новые перспективы батареях ndash новые перспективы

альтернативной энергетикиальтернативной энергетики

Новые энергосистемы на основе Новые энергосистемы на основе углеродных нанотрубокуглеродных нанотрубок могут могут проводить электричество в 1000 раз проводить электричество в 1000 раз лучше медных проводовлучше медных проводов

КПД 36КПД 36Работает даже ночью Работает даже ночью утилизируя ИК-лучи утилизируя ИК-лучи которые испускает которые испускает ЗемляЗемляГораздо дешевле Гораздо дешевле традиционных традиционных солнечных батарейсолнечных батарей

Экологически чистое топливоЭкологически чистое топливо

Через молекулярные laquoворотаraquo проникают Через молекулярные laquoворотаraquo проникают молекулы двуокиси углерода а более молекулы двуокиси углерода а более крупные молекулы (метановые) остаются крупные молекулы (метановые) остаются в веществе Практическое применение это в веществе Практическое применение это находит при фильтрации двуокиси находит при фильтрации двуокиси углерода из природного газа и при углерода из природного газа и при создании автомобильных катализаторовсоздании автомобильных катализаторов

Уменьшение сил трения и вязкости Уменьшение сил трения и вязкости в микромеханических системахв микромеханических системах

Наноразмерные неровности Наноразмерные неровности поверхностей сокращают площадь поверхностей сокращают площадь контакта между поверхностями Таким контакта между поверхностями Таким образом металлические материалы с образом металлические материалы с наноструктурой обладают повышенной наноструктурой обладают повышенной по сравнению с обычным структурным по сравнению с обычным структурным состоянием твердостью и состоянием твердостью и износостойкостью Эффект износостойкостью Эффект износостойкости и малого износостойкости и малого коэффициента трения проявляется при коэффициента трения проявляется при использовании использовании полинанокристаллических алмазов и полинанокристаллических алмазов и алмазоподобных покрытий а также алмазоподобных покрытий а также сверхтвердых веществ на базе сверхтвердых веществ на базе фуллеренов (например со фуллеренов (например со сфероподобными молекулами С60) и сфероподобными молекулами С60) и фуллеридов (легированных фуллеридов (легированных фуллеренов например FexC60) фуллеренов например FexC60) наноструктурных многослойных пленок наноструктурных многослойных пленок сложного состава на основе сложного состава на основе кубического BN Cкубического BN C33NN44 TiC TiN Ti(AlN) TiC TiN Ti(AlN) обладающих очень высокой (до 70 ГПа) обладающих очень высокой (до 70 ГПа) твердостьютвердостью

Энергосбережение за счет Энергосбережение за счет увеличения ресурса работы увеличения ресурса работы техникитехники

При техническом сервисе благодаря применению наноматериалов можно При техническом сервисе благодаря применению наноматериалов можно значительно (до 15-4 раз) увеличить ресурс работы машин уменьшить значительно (до 15-4 раз) увеличить ресурс работы машин уменьшить вредные выбросы и эксплутационные затраты (в том числе расход вредные выбросы и эксплутационные затраты (в том числе расход топлива) Наноматериалы в основном фуллерены вводят в смазочные топлива) Наноматериалы в основном фуллерены вводят в смазочные материалы которые уменьшают трение и обеспечивают процесс ldquoизнос-материалы которые уменьшают трение и обеспечивают процесс ldquoизнос-восстановлениеrdquoвосстановлениеrdquo

000

020

040

060

080

100

120

140

160

Мощность двигателя Потребление топлива Срок службысмазочных материалов

Расход смазочныхматериалов

0

2

4

6

8

10

12

Продолжительность обкаткиагрегатов

Износостойкость трущихсясоединений

раз

С использованием фуллереновыхпрепаратов

Без использования

Улучшение проводимости Улучшение проводимости контактовконтактов

Внедренные в полимерную матрицу углеродные нанотрубки обеспечивают ее Внедренные в полимерную матрицу углеродные нанотрубки обеспечивают ее электро- и теплопроводность их можно рассматривать как нанопроводники электро- и теплопроводность их можно рассматривать как нанопроводники Нанотрубки увеличивают проводимость в сотни раз сильнее обычных добавок Нанотрубки увеличивают проводимость в сотни раз сильнее обычных добавок используемых для повышения проводимости материалов Благодаря этому используемых для повышения проводимости материалов Благодаря этому нанотрубки формируют объемную электропроводную структуру при введении в нанотрубки формируют объемную электропроводную структуру при введении в очень малых количествах что позволяет добиться проводимости полимеров очень малых количествах что позволяет добиться проводимости полимеров при значительно меньшей доле нанотрубок по сравнению с традиционными при значительно меньшей доле нанотрубок по сравнению с традиционными сажевыми добавкамисажевыми добавками

Данные компании Nanocyl SA Данные компании Nanocyl SA

Уменьшение сопротивления Уменьшение сопротивления проводниковпроводников

Нанопроволочные приборы показали на Нанопроволочные приборы показали на два два порядкапорядка меньшее контактное сопротивление и меньшее контактное сопротивление и на на три порядкатри порядка меньший уровень меньший уровень электрических шумов по сравнению со электрических шумов по сравнению со стандартной кремниевой технологиейстандартной кремниевой технологией

Уменьшение потерь энергии при Уменьшение потерь энергии при передачпередачее

В наноматериалах оптический сигнал передается во много раз быстрее и без В наноматериалах оптический сигнал передается во много раз быстрее и без потери энергии так как перенос информации происходит с помощью фотонов потери энергии так как перенос информации происходит с помощью фотонов Благодаря этому диссипация энергии в электронных устройствах практически Благодаря этому диссипация энергии в электронных устройствах практически сводится к нулю Один из вариантов использования данной технологии ndash создание сводится к нулю Один из вариантов использования данной технологии ndash создание источников света Поскольку около 15 - 20 вырабатываемой электроэнергии источников света Поскольку около 15 - 20 вырабатываемой электроэнергии расходуется для освещения то использование источников света с новым расходуется для освещения то использование источников света с новым принципом работы сулит огромный экономический эффектпринципом работы сулит огромный экономический эффект

4 96

28 72

70 30

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Электрическая лампочка

Оптические микросхемы наоснове периодических

структур

Разрабатываемые диодысветовой эмиссии

Выделяемая энергия в виде света Потери энергии

Энергосбережение на тепловых Энергосбережение на тепловых электростанцияхэлектростанциях

Применение новой технологии создания топливных элементов на Применение новой технологии создания топливных элементов на основе laquoЖидкой керамикиraquo приводит к значительной экономии энергии основе laquoЖидкой керамикиraquo приводит к значительной экономии энергии на тепловых электростанцияхна тепловых электростанциях

40

95

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Сжигание мазута Новые топливные элементы наоснове жидкой керамики

КПД

Наноматериалы для атомной энергетикиНаноматериалы для атомной энергетики

Перспективы развития атомной энергетики связаны Перспективы развития атомной энергетики связаны со снижением удельного потребления природного со снижением удельного потребления природного урана в основном за счет увеличения глубины урана в основном за счет увеличения глубины выгорания ядерного топлива Для этого необходимо выгорания ядерного топлива Для этого необходимо создание крупнокристаллических структур ядерных создание крупнокристаллических структур ядерных материалов с контролируемой пористостью материалов с контролируемой пористостью удерживающих продукты деления и препятствующих удерживающих продукты деления и препятствующих транспорту осколков деления к оболочке транспорту осколков деления к оболочке тепловыделяющего элемента и ее внутреннего тепловыделяющего элемента и ее внутреннего повреждения Активация процесса спекания за счет повреждения Активация процесса спекания за счет добавок нанометрического размера ndash одно из добавок нанометрического размера ndash одно из направлений создания новых видов уран-направлений создания новых видов уран-плутониевых оксидов и нитридов для ядерной плутониевых оксидов и нитридов для ядерной энергетикиэнергетики

Спасибо за вниманиеСпасибо за внимание

ПОЛУЧЕНИЕ УГЛЕРОДНЫХ НАНОТРУБОКПОЛУЧЕНИЕ УГЛЕРОДНЫХ НАНОТРУБОК

Синтез Y- образной нанотрубки как основы нанотранзистора

ПОЛУЧЕНИЕ НАНОСТРУКТУРИРОВАННЫХ ПОЛУЧЕНИЕ НАНОСТРУКТУРИРОВАННЫХ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПЛЕНОК МЕТОДОМ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПЛЕНОК МЕТОДОМ

ПЛАЗМЕННОЙ ТЕХНОЛОГИИПЛАЗМЕННОЙ ТЕХНОЛОГИИ

50 нм

Подложка ndash полимерная пленка применение для конденсаторов высокой емкости

Оборудование дляОборудование для исследования физических исследования физических свойств наносистемсвойств наносистем

Исследовательский комплекс ИЛО-РФЭС-СРМИ-ВИМС (на базе XSAM-800 Kratos)

МИШЕНИ

Hf La Al Au Pt Si Ge Ni

Ti Sb B helliphellip

НАПУСК РЕАКТИВНЫХ

ГАЗОВ O2 N2 helliphellip

РЕНТГЕНОВСКИЙ ИСТОЧНИК

ИОННЫЙ ИСТОЧНИК (Ar+ He+

H+ hellip)

ПОЛУСФЕРИЧЕСКИЙ ЭНЕРГОАНАЛИЗАТОР

ЛАЗЕР

ПК

ИМПУЛЬСНОЕ ИМПУЛЬСНОЕ ЛАЗЕРНОЕ ЛАЗЕРНОЕ

ОСАЖДЕНИЕОСАЖДЕНИЕ

ДЕРЖАТЕЛЬ ОБРАЗЦОВ С

НАГРЕВАТЕЛЕМ

ДО Т=10000С

КАМЕРА КАМЕРА РОСТАРОСТА

АНАЛИТИЧЕСКАЯАНАЛИТИЧЕСКАЯ

КАМЕРАКАМЕРА

КВАД МАСС-СПЕКТРОМЕТР

Измерение методом STM и TEM атомной структуры нанокластеров металлов на углеродных подложках и в твердотельных матрицах

Нанокластеры AuC ПЭМ 50х50 нм

Нанокластер Нанокластер AuAuС СТМ С СТМ 7х7 нм7х7 нм

СканирующиСканирующиее нанотвердоме нанотвердомерыры laquoНаноСканraquolaquoНаноСканraquo и и laquoСуперlaquoСупер--НаноСканraquoНаноСканraquo

Режимы измерений

Контактный динамический режим (рельеф поверхности карта распределения модуля упругости)

Разрешение по XY 015 нм Разрешение по Z 007 нм

Индентирование склерометрия (с макс нагрузкой до 10 гр)

Динамическое наноиндентирование

Оборудование закупаемое в 2008 г под НОЦ Оборудование закупаемое в 2008 г под НОЦ Высоковакуумный сканирующий зондовый микроскоп с методиками

СТМ АСМ и МСМ Multiprobe MXPS RM VR AFM 25 ldquoOmicronrdquo (Германия) оборудованный системой рентгеновской

фотоэлектронной спектроскопии и камерой препарирования

Источник осаждения нанокластеров с квадрупольным масс-фильтромNanoGen50 (Mantis Deposition Ltd Великобритания)

Функциональные Функциональные наноматериалы для наноматериалы для

энергетикиэнергетики((обзор)обзор)

Московский инженерно-физический институтМосковский инженерно-физический институт(государственный университет)(государственный университет)

Основные области примененияОсновные области применения Транспортировка и хранение топливаТранспортировка и хранение топлива Альтернативные источники энергииАльтернативные источники энергии Получение экологически чистого топливаПолучение экологически чистого топлива Энергосбережение за счет уменьшения сил трения и Энергосбережение за счет уменьшения сил трения и

вязкостивязкости Улучшение проводимости контактовУлучшение проводимости контактов Уменьшение сопротивления проводниковУменьшение сопротивления проводников Уменьшение потерь энергии при передачеУменьшение потерь энергии при передаче Создание новых топливных элементов с большим КПДСоздание новых топливных элементов с большим КПД

Твердотельная Твердотельная энергосберегающая и энергосберегающая и

экологически чистая энергетикаэкологически чистая энергетика

Транспортировка и хранение Транспортировка и хранение водородного топливаводородного топлива

33DD-модель заполнения -модель заполнения водородом массива водородом массива углеродных углеродных нанотрубокнанотрубок

Модель заполнения массива Модель заполнения массива нанотрубок нанотрубок а) кремния и b) углерода при а) кремния и b) углерода при температуре 298 K и температуре 298 K и давлении давлении 10 МПа10 МПа

Наноматериалы в солнечных Наноматериалы в солнечных батареях ndash новые перспективы батареях ndash новые перспективы

альтернативной энергетикиальтернативной энергетики

Новые энергосистемы на основе Новые энергосистемы на основе углеродных нанотрубокуглеродных нанотрубок могут могут проводить электричество в 1000 раз проводить электричество в 1000 раз лучше медных проводовлучше медных проводов

КПД 36КПД 36Работает даже ночью Работает даже ночью утилизируя ИК-лучи утилизируя ИК-лучи которые испускает которые испускает ЗемляЗемляГораздо дешевле Гораздо дешевле традиционных традиционных солнечных батарейсолнечных батарей

Экологически чистое топливоЭкологически чистое топливо

Через молекулярные laquoворотаraquo проникают Через молекулярные laquoворотаraquo проникают молекулы двуокиси углерода а более молекулы двуокиси углерода а более крупные молекулы (метановые) остаются крупные молекулы (метановые) остаются в веществе Практическое применение это в веществе Практическое применение это находит при фильтрации двуокиси находит при фильтрации двуокиси углерода из природного газа и при углерода из природного газа и при создании автомобильных катализаторовсоздании автомобильных катализаторов

Уменьшение сил трения и вязкости Уменьшение сил трения и вязкости в микромеханических системахв микромеханических системах

Наноразмерные неровности Наноразмерные неровности поверхностей сокращают площадь поверхностей сокращают площадь контакта между поверхностями Таким контакта между поверхностями Таким образом металлические материалы с образом металлические материалы с наноструктурой обладают повышенной наноструктурой обладают повышенной по сравнению с обычным структурным по сравнению с обычным структурным состоянием твердостью и состоянием твердостью и износостойкостью Эффект износостойкостью Эффект износостойкости и малого износостойкости и малого коэффициента трения проявляется при коэффициента трения проявляется при использовании использовании полинанокристаллических алмазов и полинанокристаллических алмазов и алмазоподобных покрытий а также алмазоподобных покрытий а также сверхтвердых веществ на базе сверхтвердых веществ на базе фуллеренов (например со фуллеренов (например со сфероподобными молекулами С60) и сфероподобными молекулами С60) и фуллеридов (легированных фуллеридов (легированных фуллеренов например FexC60) фуллеренов например FexC60) наноструктурных многослойных пленок наноструктурных многослойных пленок сложного состава на основе сложного состава на основе кубического BN Cкубического BN C33NN44 TiC TiN Ti(AlN) TiC TiN Ti(AlN) обладающих очень высокой (до 70 ГПа) обладающих очень высокой (до 70 ГПа) твердостьютвердостью

Энергосбережение за счет Энергосбережение за счет увеличения ресурса работы увеличения ресурса работы техникитехники

При техническом сервисе благодаря применению наноматериалов можно При техническом сервисе благодаря применению наноматериалов можно значительно (до 15-4 раз) увеличить ресурс работы машин уменьшить значительно (до 15-4 раз) увеличить ресурс работы машин уменьшить вредные выбросы и эксплутационные затраты (в том числе расход вредные выбросы и эксплутационные затраты (в том числе расход топлива) Наноматериалы в основном фуллерены вводят в смазочные топлива) Наноматериалы в основном фуллерены вводят в смазочные материалы которые уменьшают трение и обеспечивают процесс ldquoизнос-материалы которые уменьшают трение и обеспечивают процесс ldquoизнос-восстановлениеrdquoвосстановлениеrdquo

000

020

040

060

080

100

120

140

160

Мощность двигателя Потребление топлива Срок службысмазочных материалов

Расход смазочныхматериалов

0

2

4

6

8

10

12

Продолжительность обкаткиагрегатов

Износостойкость трущихсясоединений

раз

С использованием фуллереновыхпрепаратов

Без использования

Улучшение проводимости Улучшение проводимости контактовконтактов

Внедренные в полимерную матрицу углеродные нанотрубки обеспечивают ее Внедренные в полимерную матрицу углеродные нанотрубки обеспечивают ее электро- и теплопроводность их можно рассматривать как нанопроводники электро- и теплопроводность их можно рассматривать как нанопроводники Нанотрубки увеличивают проводимость в сотни раз сильнее обычных добавок Нанотрубки увеличивают проводимость в сотни раз сильнее обычных добавок используемых для повышения проводимости материалов Благодаря этому используемых для повышения проводимости материалов Благодаря этому нанотрубки формируют объемную электропроводную структуру при введении в нанотрубки формируют объемную электропроводную структуру при введении в очень малых количествах что позволяет добиться проводимости полимеров очень малых количествах что позволяет добиться проводимости полимеров при значительно меньшей доле нанотрубок по сравнению с традиционными при значительно меньшей доле нанотрубок по сравнению с традиционными сажевыми добавкамисажевыми добавками

Данные компании Nanocyl SA Данные компании Nanocyl SA

Уменьшение сопротивления Уменьшение сопротивления проводниковпроводников

Нанопроволочные приборы показали на Нанопроволочные приборы показали на два два порядкапорядка меньшее контактное сопротивление и меньшее контактное сопротивление и на на три порядкатри порядка меньший уровень меньший уровень электрических шумов по сравнению со электрических шумов по сравнению со стандартной кремниевой технологиейстандартной кремниевой технологией

Уменьшение потерь энергии при Уменьшение потерь энергии при передачпередачее

В наноматериалах оптический сигнал передается во много раз быстрее и без В наноматериалах оптический сигнал передается во много раз быстрее и без потери энергии так как перенос информации происходит с помощью фотонов потери энергии так как перенос информации происходит с помощью фотонов Благодаря этому диссипация энергии в электронных устройствах практически Благодаря этому диссипация энергии в электронных устройствах практически сводится к нулю Один из вариантов использования данной технологии ndash создание сводится к нулю Один из вариантов использования данной технологии ndash создание источников света Поскольку около 15 - 20 вырабатываемой электроэнергии источников света Поскольку около 15 - 20 вырабатываемой электроэнергии расходуется для освещения то использование источников света с новым расходуется для освещения то использование источников света с новым принципом работы сулит огромный экономический эффектпринципом работы сулит огромный экономический эффект

4 96

28 72

70 30

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Электрическая лампочка

Оптические микросхемы наоснове периодических

структур

Разрабатываемые диодысветовой эмиссии

Выделяемая энергия в виде света Потери энергии

Энергосбережение на тепловых Энергосбережение на тепловых электростанцияхэлектростанциях

Применение новой технологии создания топливных элементов на Применение новой технологии создания топливных элементов на основе laquoЖидкой керамикиraquo приводит к значительной экономии энергии основе laquoЖидкой керамикиraquo приводит к значительной экономии энергии на тепловых электростанцияхна тепловых электростанциях

40

95

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Сжигание мазута Новые топливные элементы наоснове жидкой керамики

КПД

Наноматериалы для атомной энергетикиНаноматериалы для атомной энергетики

Перспективы развития атомной энергетики связаны Перспективы развития атомной энергетики связаны со снижением удельного потребления природного со снижением удельного потребления природного урана в основном за счет увеличения глубины урана в основном за счет увеличения глубины выгорания ядерного топлива Для этого необходимо выгорания ядерного топлива Для этого необходимо создание крупнокристаллических структур ядерных создание крупнокристаллических структур ядерных материалов с контролируемой пористостью материалов с контролируемой пористостью удерживающих продукты деления и препятствующих удерживающих продукты деления и препятствующих транспорту осколков деления к оболочке транспорту осколков деления к оболочке тепловыделяющего элемента и ее внутреннего тепловыделяющего элемента и ее внутреннего повреждения Активация процесса спекания за счет повреждения Активация процесса спекания за счет добавок нанометрического размера ndash одно из добавок нанометрического размера ndash одно из направлений создания новых видов уран-направлений создания новых видов уран-плутониевых оксидов и нитридов для ядерной плутониевых оксидов и нитридов для ядерной энергетикиэнергетики

Спасибо за вниманиеСпасибо за внимание

ПОЛУЧЕНИЕ НАНОСТРУКТУРИРОВАННЫХ ПОЛУЧЕНИЕ НАНОСТРУКТУРИРОВАННЫХ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПЛЕНОК МЕТОДОМ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПЛЕНОК МЕТОДОМ

ПЛАЗМЕННОЙ ТЕХНОЛОГИИПЛАЗМЕННОЙ ТЕХНОЛОГИИ

50 нм

Подложка ndash полимерная пленка применение для конденсаторов высокой емкости

Оборудование дляОборудование для исследования физических исследования физических свойств наносистемсвойств наносистем

Исследовательский комплекс ИЛО-РФЭС-СРМИ-ВИМС (на базе XSAM-800 Kratos)

МИШЕНИ

Hf La Al Au Pt Si Ge Ni

Ti Sb B helliphellip

НАПУСК РЕАКТИВНЫХ

ГАЗОВ O2 N2 helliphellip

РЕНТГЕНОВСКИЙ ИСТОЧНИК

ИОННЫЙ ИСТОЧНИК (Ar+ He+

H+ hellip)

ПОЛУСФЕРИЧЕСКИЙ ЭНЕРГОАНАЛИЗАТОР

ЛАЗЕР

ПК

ИМПУЛЬСНОЕ ИМПУЛЬСНОЕ ЛАЗЕРНОЕ ЛАЗЕРНОЕ

ОСАЖДЕНИЕОСАЖДЕНИЕ

ДЕРЖАТЕЛЬ ОБРАЗЦОВ С

НАГРЕВАТЕЛЕМ

ДО Т=10000С

КАМЕРА КАМЕРА РОСТАРОСТА

АНАЛИТИЧЕСКАЯАНАЛИТИЧЕСКАЯ

КАМЕРАКАМЕРА

КВАД МАСС-СПЕКТРОМЕТР

Измерение методом STM и TEM атомной структуры нанокластеров металлов на углеродных подложках и в твердотельных матрицах

Нанокластеры AuC ПЭМ 50х50 нм

Нанокластер Нанокластер AuAuС СТМ С СТМ 7х7 нм7х7 нм

СканирующиСканирующиее нанотвердоме нанотвердомерыры laquoНаноСканraquolaquoНаноСканraquo и и laquoСуперlaquoСупер--НаноСканraquoНаноСканraquo

Режимы измерений

Контактный динамический режим (рельеф поверхности карта распределения модуля упругости)

Разрешение по XY 015 нм Разрешение по Z 007 нм

Индентирование склерометрия (с макс нагрузкой до 10 гр)

Динамическое наноиндентирование

Оборудование закупаемое в 2008 г под НОЦ Оборудование закупаемое в 2008 г под НОЦ Высоковакуумный сканирующий зондовый микроскоп с методиками

СТМ АСМ и МСМ Multiprobe MXPS RM VR AFM 25 ldquoOmicronrdquo (Германия) оборудованный системой рентгеновской

фотоэлектронной спектроскопии и камерой препарирования

Источник осаждения нанокластеров с квадрупольным масс-фильтромNanoGen50 (Mantis Deposition Ltd Великобритания)

Функциональные Функциональные наноматериалы для наноматериалы для

энергетикиэнергетики((обзор)обзор)

Московский инженерно-физический институтМосковский инженерно-физический институт(государственный университет)(государственный университет)

Основные области примененияОсновные области применения Транспортировка и хранение топливаТранспортировка и хранение топлива Альтернативные источники энергииАльтернативные источники энергии Получение экологически чистого топливаПолучение экологически чистого топлива Энергосбережение за счет уменьшения сил трения и Энергосбережение за счет уменьшения сил трения и

вязкостивязкости Улучшение проводимости контактовУлучшение проводимости контактов Уменьшение сопротивления проводниковУменьшение сопротивления проводников Уменьшение потерь энергии при передачеУменьшение потерь энергии при передаче Создание новых топливных элементов с большим КПДСоздание новых топливных элементов с большим КПД

Твердотельная Твердотельная энергосберегающая и энергосберегающая и

экологически чистая энергетикаэкологически чистая энергетика

Транспортировка и хранение Транспортировка и хранение водородного топливаводородного топлива

33DD-модель заполнения -модель заполнения водородом массива водородом массива углеродных углеродных нанотрубокнанотрубок

Модель заполнения массива Модель заполнения массива нанотрубок нанотрубок а) кремния и b) углерода при а) кремния и b) углерода при температуре 298 K и температуре 298 K и давлении давлении 10 МПа10 МПа

Наноматериалы в солнечных Наноматериалы в солнечных батареях ndash новые перспективы батареях ndash новые перспективы

альтернативной энергетикиальтернативной энергетики

Новые энергосистемы на основе Новые энергосистемы на основе углеродных нанотрубокуглеродных нанотрубок могут могут проводить электричество в 1000 раз проводить электричество в 1000 раз лучше медных проводовлучше медных проводов

КПД 36КПД 36Работает даже ночью Работает даже ночью утилизируя ИК-лучи утилизируя ИК-лучи которые испускает которые испускает ЗемляЗемляГораздо дешевле Гораздо дешевле традиционных традиционных солнечных батарейсолнечных батарей

Экологически чистое топливоЭкологически чистое топливо

Через молекулярные laquoворотаraquo проникают Через молекулярные laquoворотаraquo проникают молекулы двуокиси углерода а более молекулы двуокиси углерода а более крупные молекулы (метановые) остаются крупные молекулы (метановые) остаются в веществе Практическое применение это в веществе Практическое применение это находит при фильтрации двуокиси находит при фильтрации двуокиси углерода из природного газа и при углерода из природного газа и при создании автомобильных катализаторовсоздании автомобильных катализаторов

Уменьшение сил трения и вязкости Уменьшение сил трения и вязкости в микромеханических системахв микромеханических системах

Наноразмерные неровности Наноразмерные неровности поверхностей сокращают площадь поверхностей сокращают площадь контакта между поверхностями Таким контакта между поверхностями Таким образом металлические материалы с образом металлические материалы с наноструктурой обладают повышенной наноструктурой обладают повышенной по сравнению с обычным структурным по сравнению с обычным структурным состоянием твердостью и состоянием твердостью и износостойкостью Эффект износостойкостью Эффект износостойкости и малого износостойкости и малого коэффициента трения проявляется при коэффициента трения проявляется при использовании использовании полинанокристаллических алмазов и полинанокристаллических алмазов и алмазоподобных покрытий а также алмазоподобных покрытий а также сверхтвердых веществ на базе сверхтвердых веществ на базе фуллеренов (например со фуллеренов (например со сфероподобными молекулами С60) и сфероподобными молекулами С60) и фуллеридов (легированных фуллеридов (легированных фуллеренов например FexC60) фуллеренов например FexC60) наноструктурных многослойных пленок наноструктурных многослойных пленок сложного состава на основе сложного состава на основе кубического BN Cкубического BN C33NN44 TiC TiN Ti(AlN) TiC TiN Ti(AlN) обладающих очень высокой (до 70 ГПа) обладающих очень высокой (до 70 ГПа) твердостьютвердостью

Энергосбережение за счет Энергосбережение за счет увеличения ресурса работы увеличения ресурса работы техникитехники

При техническом сервисе благодаря применению наноматериалов можно При техническом сервисе благодаря применению наноматериалов можно значительно (до 15-4 раз) увеличить ресурс работы машин уменьшить значительно (до 15-4 раз) увеличить ресурс работы машин уменьшить вредные выбросы и эксплутационные затраты (в том числе расход вредные выбросы и эксплутационные затраты (в том числе расход топлива) Наноматериалы в основном фуллерены вводят в смазочные топлива) Наноматериалы в основном фуллерены вводят в смазочные материалы которые уменьшают трение и обеспечивают процесс ldquoизнос-материалы которые уменьшают трение и обеспечивают процесс ldquoизнос-восстановлениеrdquoвосстановлениеrdquo

000

020

040

060

080

100

120

140

160

Мощность двигателя Потребление топлива Срок службысмазочных материалов

Расход смазочныхматериалов

0

2

4

6

8

10

12

Продолжительность обкаткиагрегатов

Износостойкость трущихсясоединений

раз

С использованием фуллереновыхпрепаратов

Без использования

Улучшение проводимости Улучшение проводимости контактовконтактов

Внедренные в полимерную матрицу углеродные нанотрубки обеспечивают ее Внедренные в полимерную матрицу углеродные нанотрубки обеспечивают ее электро- и теплопроводность их можно рассматривать как нанопроводники электро- и теплопроводность их можно рассматривать как нанопроводники Нанотрубки увеличивают проводимость в сотни раз сильнее обычных добавок Нанотрубки увеличивают проводимость в сотни раз сильнее обычных добавок используемых для повышения проводимости материалов Благодаря этому используемых для повышения проводимости материалов Благодаря этому нанотрубки формируют объемную электропроводную структуру при введении в нанотрубки формируют объемную электропроводную структуру при введении в очень малых количествах что позволяет добиться проводимости полимеров очень малых количествах что позволяет добиться проводимости полимеров при значительно меньшей доле нанотрубок по сравнению с традиционными при значительно меньшей доле нанотрубок по сравнению с традиционными сажевыми добавкамисажевыми добавками

Данные компании Nanocyl SA Данные компании Nanocyl SA

Уменьшение сопротивления Уменьшение сопротивления проводниковпроводников

Нанопроволочные приборы показали на Нанопроволочные приборы показали на два два порядкапорядка меньшее контактное сопротивление и меньшее контактное сопротивление и на на три порядкатри порядка меньший уровень меньший уровень электрических шумов по сравнению со электрических шумов по сравнению со стандартной кремниевой технологиейстандартной кремниевой технологией

Уменьшение потерь энергии при Уменьшение потерь энергии при передачпередачее

В наноматериалах оптический сигнал передается во много раз быстрее и без В наноматериалах оптический сигнал передается во много раз быстрее и без потери энергии так как перенос информации происходит с помощью фотонов потери энергии так как перенос информации происходит с помощью фотонов Благодаря этому диссипация энергии в электронных устройствах практически Благодаря этому диссипация энергии в электронных устройствах практически сводится к нулю Один из вариантов использования данной технологии ndash создание сводится к нулю Один из вариантов использования данной технологии ndash создание источников света Поскольку около 15 - 20 вырабатываемой электроэнергии источников света Поскольку около 15 - 20 вырабатываемой электроэнергии расходуется для освещения то использование источников света с новым расходуется для освещения то использование источников света с новым принципом работы сулит огромный экономический эффектпринципом работы сулит огромный экономический эффект

4 96

28 72

70 30

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Электрическая лампочка

Оптические микросхемы наоснове периодических

структур

Разрабатываемые диодысветовой эмиссии

Выделяемая энергия в виде света Потери энергии

Энергосбережение на тепловых Энергосбережение на тепловых электростанцияхэлектростанциях

Применение новой технологии создания топливных элементов на Применение новой технологии создания топливных элементов на основе laquoЖидкой керамикиraquo приводит к значительной экономии энергии основе laquoЖидкой керамикиraquo приводит к значительной экономии энергии на тепловых электростанцияхна тепловых электростанциях

40

95

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Сжигание мазута Новые топливные элементы наоснове жидкой керамики

КПД

Наноматериалы для атомной энергетикиНаноматериалы для атомной энергетики

Перспективы развития атомной энергетики связаны Перспективы развития атомной энергетики связаны со снижением удельного потребления природного со снижением удельного потребления природного урана в основном за счет увеличения глубины урана в основном за счет увеличения глубины выгорания ядерного топлива Для этого необходимо выгорания ядерного топлива Для этого необходимо создание крупнокристаллических структур ядерных создание крупнокристаллических структур ядерных материалов с контролируемой пористостью материалов с контролируемой пористостью удерживающих продукты деления и препятствующих удерживающих продукты деления и препятствующих транспорту осколков деления к оболочке транспорту осколков деления к оболочке тепловыделяющего элемента и ее внутреннего тепловыделяющего элемента и ее внутреннего повреждения Активация процесса спекания за счет повреждения Активация процесса спекания за счет добавок нанометрического размера ndash одно из добавок нанометрического размера ndash одно из направлений создания новых видов уран-направлений создания новых видов уран-плутониевых оксидов и нитридов для ядерной плутониевых оксидов и нитридов для ядерной энергетикиэнергетики

Спасибо за вниманиеСпасибо за внимание

Оборудование дляОборудование для исследования физических исследования физических свойств наносистемсвойств наносистем

Исследовательский комплекс ИЛО-РФЭС-СРМИ-ВИМС (на базе XSAM-800 Kratos)

МИШЕНИ

Hf La Al Au Pt Si Ge Ni

Ti Sb B helliphellip

НАПУСК РЕАКТИВНЫХ

ГАЗОВ O2 N2 helliphellip

РЕНТГЕНОВСКИЙ ИСТОЧНИК

ИОННЫЙ ИСТОЧНИК (Ar+ He+

H+ hellip)

ПОЛУСФЕРИЧЕСКИЙ ЭНЕРГОАНАЛИЗАТОР

ЛАЗЕР

ПК

ИМПУЛЬСНОЕ ИМПУЛЬСНОЕ ЛАЗЕРНОЕ ЛАЗЕРНОЕ

ОСАЖДЕНИЕОСАЖДЕНИЕ

ДЕРЖАТЕЛЬ ОБРАЗЦОВ С

НАГРЕВАТЕЛЕМ

ДО Т=10000С

КАМЕРА КАМЕРА РОСТАРОСТА

АНАЛИТИЧЕСКАЯАНАЛИТИЧЕСКАЯ

КАМЕРАКАМЕРА

КВАД МАСС-СПЕКТРОМЕТР

Измерение методом STM и TEM атомной структуры нанокластеров металлов на углеродных подложках и в твердотельных матрицах

Нанокластеры AuC ПЭМ 50х50 нм

Нанокластер Нанокластер AuAuС СТМ С СТМ 7х7 нм7х7 нм

СканирующиСканирующиее нанотвердоме нанотвердомерыры laquoНаноСканraquolaquoНаноСканraquo и и laquoСуперlaquoСупер--НаноСканraquoНаноСканraquo

Режимы измерений

Контактный динамический режим (рельеф поверхности карта распределения модуля упругости)

Разрешение по XY 015 нм Разрешение по Z 007 нм

Индентирование склерометрия (с макс нагрузкой до 10 гр)

Динамическое наноиндентирование

Оборудование закупаемое в 2008 г под НОЦ Оборудование закупаемое в 2008 г под НОЦ Высоковакуумный сканирующий зондовый микроскоп с методиками

СТМ АСМ и МСМ Multiprobe MXPS RM VR AFM 25 ldquoOmicronrdquo (Германия) оборудованный системой рентгеновской

фотоэлектронной спектроскопии и камерой препарирования

Источник осаждения нанокластеров с квадрупольным масс-фильтромNanoGen50 (Mantis Deposition Ltd Великобритания)

Функциональные Функциональные наноматериалы для наноматериалы для

энергетикиэнергетики((обзор)обзор)

Московский инженерно-физический институтМосковский инженерно-физический институт(государственный университет)(государственный университет)

Основные области примененияОсновные области применения Транспортировка и хранение топливаТранспортировка и хранение топлива Альтернативные источники энергииАльтернативные источники энергии Получение экологически чистого топливаПолучение экологически чистого топлива Энергосбережение за счет уменьшения сил трения и Энергосбережение за счет уменьшения сил трения и

вязкостивязкости Улучшение проводимости контактовУлучшение проводимости контактов Уменьшение сопротивления проводниковУменьшение сопротивления проводников Уменьшение потерь энергии при передачеУменьшение потерь энергии при передаче Создание новых топливных элементов с большим КПДСоздание новых топливных элементов с большим КПД

Твердотельная Твердотельная энергосберегающая и энергосберегающая и

экологически чистая энергетикаэкологически чистая энергетика

Транспортировка и хранение Транспортировка и хранение водородного топливаводородного топлива

33DD-модель заполнения -модель заполнения водородом массива водородом массива углеродных углеродных нанотрубокнанотрубок

Модель заполнения массива Модель заполнения массива нанотрубок нанотрубок а) кремния и b) углерода при а) кремния и b) углерода при температуре 298 K и температуре 298 K и давлении давлении 10 МПа10 МПа

Наноматериалы в солнечных Наноматериалы в солнечных батареях ndash новые перспективы батареях ndash новые перспективы

альтернативной энергетикиальтернативной энергетики

Новые энергосистемы на основе Новые энергосистемы на основе углеродных нанотрубокуглеродных нанотрубок могут могут проводить электричество в 1000 раз проводить электричество в 1000 раз лучше медных проводовлучше медных проводов

КПД 36КПД 36Работает даже ночью Работает даже ночью утилизируя ИК-лучи утилизируя ИК-лучи которые испускает которые испускает ЗемляЗемляГораздо дешевле Гораздо дешевле традиционных традиционных солнечных батарейсолнечных батарей

Экологически чистое топливоЭкологически чистое топливо

Через молекулярные laquoворотаraquo проникают Через молекулярные laquoворотаraquo проникают молекулы двуокиси углерода а более молекулы двуокиси углерода а более крупные молекулы (метановые) остаются крупные молекулы (метановые) остаются в веществе Практическое применение это в веществе Практическое применение это находит при фильтрации двуокиси находит при фильтрации двуокиси углерода из природного газа и при углерода из природного газа и при создании автомобильных катализаторовсоздании автомобильных катализаторов

Уменьшение сил трения и вязкости Уменьшение сил трения и вязкости в микромеханических системахв микромеханических системах

Наноразмерные неровности Наноразмерные неровности поверхностей сокращают площадь поверхностей сокращают площадь контакта между поверхностями Таким контакта между поверхностями Таким образом металлические материалы с образом металлические материалы с наноструктурой обладают повышенной наноструктурой обладают повышенной по сравнению с обычным структурным по сравнению с обычным структурным состоянием твердостью и состоянием твердостью и износостойкостью Эффект износостойкостью Эффект износостойкости и малого износостойкости и малого коэффициента трения проявляется при коэффициента трения проявляется при использовании использовании полинанокристаллических алмазов и полинанокристаллических алмазов и алмазоподобных покрытий а также алмазоподобных покрытий а также сверхтвердых веществ на базе сверхтвердых веществ на базе фуллеренов (например со фуллеренов (например со сфероподобными молекулами С60) и сфероподобными молекулами С60) и фуллеридов (легированных фуллеридов (легированных фуллеренов например FexC60) фуллеренов например FexC60) наноструктурных многослойных пленок наноструктурных многослойных пленок сложного состава на основе сложного состава на основе кубического BN Cкубического BN C33NN44 TiC TiN Ti(AlN) TiC TiN Ti(AlN) обладающих очень высокой (до 70 ГПа) обладающих очень высокой (до 70 ГПа) твердостьютвердостью

Энергосбережение за счет Энергосбережение за счет увеличения ресурса работы увеличения ресурса работы техникитехники

При техническом сервисе благодаря применению наноматериалов можно При техническом сервисе благодаря применению наноматериалов можно значительно (до 15-4 раз) увеличить ресурс работы машин уменьшить значительно (до 15-4 раз) увеличить ресурс работы машин уменьшить вредные выбросы и эксплутационные затраты (в том числе расход вредные выбросы и эксплутационные затраты (в том числе расход топлива) Наноматериалы в основном фуллерены вводят в смазочные топлива) Наноматериалы в основном фуллерены вводят в смазочные материалы которые уменьшают трение и обеспечивают процесс ldquoизнос-материалы которые уменьшают трение и обеспечивают процесс ldquoизнос-восстановлениеrdquoвосстановлениеrdquo

000

020

040

060

080

100

120

140

160

Мощность двигателя Потребление топлива Срок службысмазочных материалов

Расход смазочныхматериалов

0

2

4

6

8

10

12

Продолжительность обкаткиагрегатов

Износостойкость трущихсясоединений

раз

С использованием фуллереновыхпрепаратов

Без использования

Улучшение проводимости Улучшение проводимости контактовконтактов

Внедренные в полимерную матрицу углеродные нанотрубки обеспечивают ее Внедренные в полимерную матрицу углеродные нанотрубки обеспечивают ее электро- и теплопроводность их можно рассматривать как нанопроводники электро- и теплопроводность их можно рассматривать как нанопроводники Нанотрубки увеличивают проводимость в сотни раз сильнее обычных добавок Нанотрубки увеличивают проводимость в сотни раз сильнее обычных добавок используемых для повышения проводимости материалов Благодаря этому используемых для повышения проводимости материалов Благодаря этому нанотрубки формируют объемную электропроводную структуру при введении в нанотрубки формируют объемную электропроводную структуру при введении в очень малых количествах что позволяет добиться проводимости полимеров очень малых количествах что позволяет добиться проводимости полимеров при значительно меньшей доле нанотрубок по сравнению с традиционными при значительно меньшей доле нанотрубок по сравнению с традиционными сажевыми добавкамисажевыми добавками

Данные компании Nanocyl SA Данные компании Nanocyl SA

Уменьшение сопротивления Уменьшение сопротивления проводниковпроводников

Нанопроволочные приборы показали на Нанопроволочные приборы показали на два два порядкапорядка меньшее контактное сопротивление и меньшее контактное сопротивление и на на три порядкатри порядка меньший уровень меньший уровень электрических шумов по сравнению со электрических шумов по сравнению со стандартной кремниевой технологиейстандартной кремниевой технологией

Уменьшение потерь энергии при Уменьшение потерь энергии при передачпередачее

В наноматериалах оптический сигнал передается во много раз быстрее и без В наноматериалах оптический сигнал передается во много раз быстрее и без потери энергии так как перенос информации происходит с помощью фотонов потери энергии так как перенос информации происходит с помощью фотонов Благодаря этому диссипация энергии в электронных устройствах практически Благодаря этому диссипация энергии в электронных устройствах практически сводится к нулю Один из вариантов использования данной технологии ndash создание сводится к нулю Один из вариантов использования данной технологии ndash создание источников света Поскольку около 15 - 20 вырабатываемой электроэнергии источников света Поскольку около 15 - 20 вырабатываемой электроэнергии расходуется для освещения то использование источников света с новым расходуется для освещения то использование источников света с новым принципом работы сулит огромный экономический эффектпринципом работы сулит огромный экономический эффект

4 96

28 72

70 30

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Электрическая лампочка

Оптические микросхемы наоснове периодических

структур

Разрабатываемые диодысветовой эмиссии

Выделяемая энергия в виде света Потери энергии

Энергосбережение на тепловых Энергосбережение на тепловых электростанцияхэлектростанциях

Применение новой технологии создания топливных элементов на Применение новой технологии создания топливных элементов на основе laquoЖидкой керамикиraquo приводит к значительной экономии энергии основе laquoЖидкой керамикиraquo приводит к значительной экономии энергии на тепловых электростанцияхна тепловых электростанциях

40

95

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Сжигание мазута Новые топливные элементы наоснове жидкой керамики

КПД

Наноматериалы для атомной энергетикиНаноматериалы для атомной энергетики

Перспективы развития атомной энергетики связаны Перспективы развития атомной энергетики связаны со снижением удельного потребления природного со снижением удельного потребления природного урана в основном за счет увеличения глубины урана в основном за счет увеличения глубины выгорания ядерного топлива Для этого необходимо выгорания ядерного топлива Для этого необходимо создание крупнокристаллических структур ядерных создание крупнокристаллических структур ядерных материалов с контролируемой пористостью материалов с контролируемой пористостью удерживающих продукты деления и препятствующих удерживающих продукты деления и препятствующих транспорту осколков деления к оболочке транспорту осколков деления к оболочке тепловыделяющего элемента и ее внутреннего тепловыделяющего элемента и ее внутреннего повреждения Активация процесса спекания за счет повреждения Активация процесса спекания за счет добавок нанометрического размера ndash одно из добавок нанометрического размера ndash одно из направлений создания новых видов уран-направлений создания новых видов уран-плутониевых оксидов и нитридов для ядерной плутониевых оксидов и нитридов для ядерной энергетикиэнергетики

Спасибо за вниманиеСпасибо за внимание

СканирующиСканирующиее нанотвердоме нанотвердомерыры laquoНаноСканraquolaquoНаноСканraquo и и laquoСуперlaquoСупер--НаноСканraquoНаноСканraquo

Режимы измерений

Контактный динамический режим (рельеф поверхности карта распределения модуля упругости)

Разрешение по XY 015 нм Разрешение по Z 007 нм

Индентирование склерометрия (с макс нагрузкой до 10 гр)

Динамическое наноиндентирование

Оборудование закупаемое в 2008 г под НОЦ Оборудование закупаемое в 2008 г под НОЦ Высоковакуумный сканирующий зондовый микроскоп с методиками

СТМ АСМ и МСМ Multiprobe MXPS RM VR AFM 25 ldquoOmicronrdquo (Германия) оборудованный системой рентгеновской

фотоэлектронной спектроскопии и камерой препарирования

Источник осаждения нанокластеров с квадрупольным масс-фильтромNanoGen50 (Mantis Deposition Ltd Великобритания)

Функциональные Функциональные наноматериалы для наноматериалы для

энергетикиэнергетики((обзор)обзор)

Московский инженерно-физический институтМосковский инженерно-физический институт(государственный университет)(государственный университет)

Основные области примененияОсновные области применения Транспортировка и хранение топливаТранспортировка и хранение топлива Альтернативные источники энергииАльтернативные источники энергии Получение экологически чистого топливаПолучение экологически чистого топлива Энергосбережение за счет уменьшения сил трения и Энергосбережение за счет уменьшения сил трения и

вязкостивязкости Улучшение проводимости контактовУлучшение проводимости контактов Уменьшение сопротивления проводниковУменьшение сопротивления проводников Уменьшение потерь энергии при передачеУменьшение потерь энергии при передаче Создание новых топливных элементов с большим КПДСоздание новых топливных элементов с большим КПД

Твердотельная Твердотельная энергосберегающая и энергосберегающая и

экологически чистая энергетикаэкологически чистая энергетика

Транспортировка и хранение Транспортировка и хранение водородного топливаводородного топлива

33DD-модель заполнения -модель заполнения водородом массива водородом массива углеродных углеродных нанотрубокнанотрубок

Модель заполнения массива Модель заполнения массива нанотрубок нанотрубок а) кремния и b) углерода при а) кремния и b) углерода при температуре 298 K и температуре 298 K и давлении давлении 10 МПа10 МПа

Наноматериалы в солнечных Наноматериалы в солнечных батареях ndash новые перспективы батареях ndash новые перспективы

альтернативной энергетикиальтернативной энергетики

Новые энергосистемы на основе Новые энергосистемы на основе углеродных нанотрубокуглеродных нанотрубок могут могут проводить электричество в 1000 раз проводить электричество в 1000 раз лучше медных проводовлучше медных проводов

КПД 36КПД 36Работает даже ночью Работает даже ночью утилизируя ИК-лучи утилизируя ИК-лучи которые испускает которые испускает ЗемляЗемляГораздо дешевле Гораздо дешевле традиционных традиционных солнечных батарейсолнечных батарей

Экологически чистое топливоЭкологически чистое топливо

Через молекулярные laquoворотаraquo проникают Через молекулярные laquoворотаraquo проникают молекулы двуокиси углерода а более молекулы двуокиси углерода а более крупные молекулы (метановые) остаются крупные молекулы (метановые) остаются в веществе Практическое применение это в веществе Практическое применение это находит при фильтрации двуокиси находит при фильтрации двуокиси углерода из природного газа и при углерода из природного газа и при создании автомобильных катализаторовсоздании автомобильных катализаторов

Уменьшение сил трения и вязкости Уменьшение сил трения и вязкости в микромеханических системахв микромеханических системах

Наноразмерные неровности Наноразмерные неровности поверхностей сокращают площадь поверхностей сокращают площадь контакта между поверхностями Таким контакта между поверхностями Таким образом металлические материалы с образом металлические материалы с наноструктурой обладают повышенной наноструктурой обладают повышенной по сравнению с обычным структурным по сравнению с обычным структурным состоянием твердостью и состоянием твердостью и износостойкостью Эффект износостойкостью Эффект износостойкости и малого износостойкости и малого коэффициента трения проявляется при коэффициента трения проявляется при использовании использовании полинанокристаллических алмазов и полинанокристаллических алмазов и алмазоподобных покрытий а также алмазоподобных покрытий а также сверхтвердых веществ на базе сверхтвердых веществ на базе фуллеренов (например со фуллеренов (например со сфероподобными молекулами С60) и сфероподобными молекулами С60) и фуллеридов (легированных фуллеридов (легированных фуллеренов например FexC60) фуллеренов например FexC60) наноструктурных многослойных пленок наноструктурных многослойных пленок сложного состава на основе сложного состава на основе кубического BN Cкубического BN C33NN44 TiC TiN Ti(AlN) TiC TiN Ti(AlN) обладающих очень высокой (до 70 ГПа) обладающих очень высокой (до 70 ГПа) твердостьютвердостью

Энергосбережение за счет Энергосбережение за счет увеличения ресурса работы увеличения ресурса работы техникитехники

При техническом сервисе благодаря применению наноматериалов можно При техническом сервисе благодаря применению наноматериалов можно значительно (до 15-4 раз) увеличить ресурс работы машин уменьшить значительно (до 15-4 раз) увеличить ресурс работы машин уменьшить вредные выбросы и эксплутационные затраты (в том числе расход вредные выбросы и эксплутационные затраты (в том числе расход топлива) Наноматериалы в основном фуллерены вводят в смазочные топлива) Наноматериалы в основном фуллерены вводят в смазочные материалы которые уменьшают трение и обеспечивают процесс ldquoизнос-материалы которые уменьшают трение и обеспечивают процесс ldquoизнос-восстановлениеrdquoвосстановлениеrdquo

000

020

040

060

080

100

120

140

160

Мощность двигателя Потребление топлива Срок службысмазочных материалов

Расход смазочныхматериалов

0

2

4

6

8

10

12

Продолжительность обкаткиагрегатов

Износостойкость трущихсясоединений

раз

С использованием фуллереновыхпрепаратов

Без использования

Улучшение проводимости Улучшение проводимости контактовконтактов

Внедренные в полимерную матрицу углеродные нанотрубки обеспечивают ее Внедренные в полимерную матрицу углеродные нанотрубки обеспечивают ее электро- и теплопроводность их можно рассматривать как нанопроводники электро- и теплопроводность их можно рассматривать как нанопроводники Нанотрубки увеличивают проводимость в сотни раз сильнее обычных добавок Нанотрубки увеличивают проводимость в сотни раз сильнее обычных добавок используемых для повышения проводимости материалов Благодаря этому используемых для повышения проводимости материалов Благодаря этому нанотрубки формируют объемную электропроводную структуру при введении в нанотрубки формируют объемную электропроводную структуру при введении в очень малых количествах что позволяет добиться проводимости полимеров очень малых количествах что позволяет добиться проводимости полимеров при значительно меньшей доле нанотрубок по сравнению с традиционными при значительно меньшей доле нанотрубок по сравнению с традиционными сажевыми добавкамисажевыми добавками

Данные компании Nanocyl SA Данные компании Nanocyl SA

Уменьшение сопротивления Уменьшение сопротивления проводниковпроводников

Нанопроволочные приборы показали на Нанопроволочные приборы показали на два два порядкапорядка меньшее контактное сопротивление и меньшее контактное сопротивление и на на три порядкатри порядка меньший уровень меньший уровень электрических шумов по сравнению со электрических шумов по сравнению со стандартной кремниевой технологиейстандартной кремниевой технологией

Уменьшение потерь энергии при Уменьшение потерь энергии при передачпередачее

В наноматериалах оптический сигнал передается во много раз быстрее и без В наноматериалах оптический сигнал передается во много раз быстрее и без потери энергии так как перенос информации происходит с помощью фотонов потери энергии так как перенос информации происходит с помощью фотонов Благодаря этому диссипация энергии в электронных устройствах практически Благодаря этому диссипация энергии в электронных устройствах практически сводится к нулю Один из вариантов использования данной технологии ndash создание сводится к нулю Один из вариантов использования данной технологии ndash создание источников света Поскольку около 15 - 20 вырабатываемой электроэнергии источников света Поскольку около 15 - 20 вырабатываемой электроэнергии расходуется для освещения то использование источников света с новым расходуется для освещения то использование источников света с новым принципом работы сулит огромный экономический эффектпринципом работы сулит огромный экономический эффект

4 96

28 72

70 30

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Электрическая лампочка

Оптические микросхемы наоснове периодических

структур

Разрабатываемые диодысветовой эмиссии

Выделяемая энергия в виде света Потери энергии

Энергосбережение на тепловых Энергосбережение на тепловых электростанцияхэлектростанциях

Применение новой технологии создания топливных элементов на Применение новой технологии создания топливных элементов на основе laquoЖидкой керамикиraquo приводит к значительной экономии энергии основе laquoЖидкой керамикиraquo приводит к значительной экономии энергии на тепловых электростанцияхна тепловых электростанциях

40

95

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Сжигание мазута Новые топливные элементы наоснове жидкой керамики

КПД

Наноматериалы для атомной энергетикиНаноматериалы для атомной энергетики

Перспективы развития атомной энергетики связаны Перспективы развития атомной энергетики связаны со снижением удельного потребления природного со снижением удельного потребления природного урана в основном за счет увеличения глубины урана в основном за счет увеличения глубины выгорания ядерного топлива Для этого необходимо выгорания ядерного топлива Для этого необходимо создание крупнокристаллических структур ядерных создание крупнокристаллических структур ядерных материалов с контролируемой пористостью материалов с контролируемой пористостью удерживающих продукты деления и препятствующих удерживающих продукты деления и препятствующих транспорту осколков деления к оболочке транспорту осколков деления к оболочке тепловыделяющего элемента и ее внутреннего тепловыделяющего элемента и ее внутреннего повреждения Активация процесса спекания за счет повреждения Активация процесса спекания за счет добавок нанометрического размера ndash одно из добавок нанометрического размера ndash одно из направлений создания новых видов уран-направлений создания новых видов уран-плутониевых оксидов и нитридов для ядерной плутониевых оксидов и нитридов для ядерной энергетикиэнергетики

Спасибо за вниманиеСпасибо за внимание

Оборудование закупаемое в 2008 г под НОЦ Оборудование закупаемое в 2008 г под НОЦ Высоковакуумный сканирующий зондовый микроскоп с методиками

СТМ АСМ и МСМ Multiprobe MXPS RM VR AFM 25 ldquoOmicronrdquo (Германия) оборудованный системой рентгеновской

фотоэлектронной спектроскопии и камерой препарирования

Источник осаждения нанокластеров с квадрупольным масс-фильтромNanoGen50 (Mantis Deposition Ltd Великобритания)

Функциональные Функциональные наноматериалы для наноматериалы для

энергетикиэнергетики((обзор)обзор)

Московский инженерно-физический институтМосковский инженерно-физический институт(государственный университет)(государственный университет)

Основные области примененияОсновные области применения Транспортировка и хранение топливаТранспортировка и хранение топлива Альтернативные источники энергииАльтернативные источники энергии Получение экологически чистого топливаПолучение экологически чистого топлива Энергосбережение за счет уменьшения сил трения и Энергосбережение за счет уменьшения сил трения и

вязкостивязкости Улучшение проводимости контактовУлучшение проводимости контактов Уменьшение сопротивления проводниковУменьшение сопротивления проводников Уменьшение потерь энергии при передачеУменьшение потерь энергии при передаче Создание новых топливных элементов с большим КПДСоздание новых топливных элементов с большим КПД

Твердотельная Твердотельная энергосберегающая и энергосберегающая и

экологически чистая энергетикаэкологически чистая энергетика

Транспортировка и хранение Транспортировка и хранение водородного топливаводородного топлива

33DD-модель заполнения -модель заполнения водородом массива водородом массива углеродных углеродных нанотрубокнанотрубок

Модель заполнения массива Модель заполнения массива нанотрубок нанотрубок а) кремния и b) углерода при а) кремния и b) углерода при температуре 298 K и температуре 298 K и давлении давлении 10 МПа10 МПа

Наноматериалы в солнечных Наноматериалы в солнечных батареях ndash новые перспективы батареях ndash новые перспективы

альтернативной энергетикиальтернативной энергетики

Новые энергосистемы на основе Новые энергосистемы на основе углеродных нанотрубокуглеродных нанотрубок могут могут проводить электричество в 1000 раз проводить электричество в 1000 раз лучше медных проводовлучше медных проводов

КПД 36КПД 36Работает даже ночью Работает даже ночью утилизируя ИК-лучи утилизируя ИК-лучи которые испускает которые испускает ЗемляЗемляГораздо дешевле Гораздо дешевле традиционных традиционных солнечных батарейсолнечных батарей

Экологически чистое топливоЭкологически чистое топливо

Через молекулярные laquoворотаraquo проникают Через молекулярные laquoворотаraquo проникают молекулы двуокиси углерода а более молекулы двуокиси углерода а более крупные молекулы (метановые) остаются крупные молекулы (метановые) остаются в веществе Практическое применение это в веществе Практическое применение это находит при фильтрации двуокиси находит при фильтрации двуокиси углерода из природного газа и при углерода из природного газа и при создании автомобильных катализаторовсоздании автомобильных катализаторов

Уменьшение сил трения и вязкости Уменьшение сил трения и вязкости в микромеханических системахв микромеханических системах

Наноразмерные неровности Наноразмерные неровности поверхностей сокращают площадь поверхностей сокращают площадь контакта между поверхностями Таким контакта между поверхностями Таким образом металлические материалы с образом металлические материалы с наноструктурой обладают повышенной наноструктурой обладают повышенной по сравнению с обычным структурным по сравнению с обычным структурным состоянием твердостью и состоянием твердостью и износостойкостью Эффект износостойкостью Эффект износостойкости и малого износостойкости и малого коэффициента трения проявляется при коэффициента трения проявляется при использовании использовании полинанокристаллических алмазов и полинанокристаллических алмазов и алмазоподобных покрытий а также алмазоподобных покрытий а также сверхтвердых веществ на базе сверхтвердых веществ на базе фуллеренов (например со фуллеренов (например со сфероподобными молекулами С60) и сфероподобными молекулами С60) и фуллеридов (легированных фуллеридов (легированных фуллеренов например FexC60) фуллеренов например FexC60) наноструктурных многослойных пленок наноструктурных многослойных пленок сложного состава на основе сложного состава на основе кубического BN Cкубического BN C33NN44 TiC TiN Ti(AlN) TiC TiN Ti(AlN) обладающих очень высокой (до 70 ГПа) обладающих очень высокой (до 70 ГПа) твердостьютвердостью

Энергосбережение за счет Энергосбережение за счет увеличения ресурса работы увеличения ресурса работы техникитехники

При техническом сервисе благодаря применению наноматериалов можно При техническом сервисе благодаря применению наноматериалов можно значительно (до 15-4 раз) увеличить ресурс работы машин уменьшить значительно (до 15-4 раз) увеличить ресурс работы машин уменьшить вредные выбросы и эксплутационные затраты (в том числе расход вредные выбросы и эксплутационные затраты (в том числе расход топлива) Наноматериалы в основном фуллерены вводят в смазочные топлива) Наноматериалы в основном фуллерены вводят в смазочные материалы которые уменьшают трение и обеспечивают процесс ldquoизнос-материалы которые уменьшают трение и обеспечивают процесс ldquoизнос-восстановлениеrdquoвосстановлениеrdquo

000

020

040

060

080

100

120

140

160

Мощность двигателя Потребление топлива Срок службысмазочных материалов

Расход смазочныхматериалов

0

2

4

6

8

10

12

Продолжительность обкаткиагрегатов

Износостойкость трущихсясоединений

раз

С использованием фуллереновыхпрепаратов

Без использования

Улучшение проводимости Улучшение проводимости контактовконтактов

Внедренные в полимерную матрицу углеродные нанотрубки обеспечивают ее Внедренные в полимерную матрицу углеродные нанотрубки обеспечивают ее электро- и теплопроводность их можно рассматривать как нанопроводники электро- и теплопроводность их можно рассматривать как нанопроводники Нанотрубки увеличивают проводимость в сотни раз сильнее обычных добавок Нанотрубки увеличивают проводимость в сотни раз сильнее обычных добавок используемых для повышения проводимости материалов Благодаря этому используемых для повышения проводимости материалов Благодаря этому нанотрубки формируют объемную электропроводную структуру при введении в нанотрубки формируют объемную электропроводную структуру при введении в очень малых количествах что позволяет добиться проводимости полимеров очень малых количествах что позволяет добиться проводимости полимеров при значительно меньшей доле нанотрубок по сравнению с традиционными при значительно меньшей доле нанотрубок по сравнению с традиционными сажевыми добавкамисажевыми добавками

Данные компании Nanocyl SA Данные компании Nanocyl SA

Уменьшение сопротивления Уменьшение сопротивления проводниковпроводников

Нанопроволочные приборы показали на Нанопроволочные приборы показали на два два порядкапорядка меньшее контактное сопротивление и меньшее контактное сопротивление и на на три порядкатри порядка меньший уровень меньший уровень электрических шумов по сравнению со электрических шумов по сравнению со стандартной кремниевой технологиейстандартной кремниевой технологией

Уменьшение потерь энергии при Уменьшение потерь энергии при передачпередачее

В наноматериалах оптический сигнал передается во много раз быстрее и без В наноматериалах оптический сигнал передается во много раз быстрее и без потери энергии так как перенос информации происходит с помощью фотонов потери энергии так как перенос информации происходит с помощью фотонов Благодаря этому диссипация энергии в электронных устройствах практически Благодаря этому диссипация энергии в электронных устройствах практически сводится к нулю Один из вариантов использования данной технологии ndash создание сводится к нулю Один из вариантов использования данной технологии ndash создание источников света Поскольку около 15 - 20 вырабатываемой электроэнергии источников света Поскольку около 15 - 20 вырабатываемой электроэнергии расходуется для освещения то использование источников света с новым расходуется для освещения то использование источников света с новым принципом работы сулит огромный экономический эффектпринципом работы сулит огромный экономический эффект

4 96

28 72

70 30

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Электрическая лампочка

Оптические микросхемы наоснове периодических

структур

Разрабатываемые диодысветовой эмиссии

Выделяемая энергия в виде света Потери энергии

Энергосбережение на тепловых Энергосбережение на тепловых электростанцияхэлектростанциях

Применение новой технологии создания топливных элементов на Применение новой технологии создания топливных элементов на основе laquoЖидкой керамикиraquo приводит к значительной экономии энергии основе laquoЖидкой керамикиraquo приводит к значительной экономии энергии на тепловых электростанцияхна тепловых электростанциях

40

95

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Сжигание мазута Новые топливные элементы наоснове жидкой керамики

КПД

Наноматериалы для атомной энергетикиНаноматериалы для атомной энергетики

Перспективы развития атомной энергетики связаны Перспективы развития атомной энергетики связаны со снижением удельного потребления природного со снижением удельного потребления природного урана в основном за счет увеличения глубины урана в основном за счет увеличения глубины выгорания ядерного топлива Для этого необходимо выгорания ядерного топлива Для этого необходимо создание крупнокристаллических структур ядерных создание крупнокристаллических структур ядерных материалов с контролируемой пористостью материалов с контролируемой пористостью удерживающих продукты деления и препятствующих удерживающих продукты деления и препятствующих транспорту осколков деления к оболочке транспорту осколков деления к оболочке тепловыделяющего элемента и ее внутреннего тепловыделяющего элемента и ее внутреннего повреждения Активация процесса спекания за счет повреждения Активация процесса спекания за счет добавок нанометрического размера ndash одно из добавок нанометрического размера ndash одно из направлений создания новых видов уран-направлений создания новых видов уран-плутониевых оксидов и нитридов для ядерной плутониевых оксидов и нитридов для ядерной энергетикиэнергетики

Спасибо за вниманиеСпасибо за внимание

Источник осаждения нанокластеров с квадрупольным масс-фильтромNanoGen50 (Mantis Deposition Ltd Великобритания)

Функциональные Функциональные наноматериалы для наноматериалы для

энергетикиэнергетики((обзор)обзор)

Московский инженерно-физический институтМосковский инженерно-физический институт(государственный университет)(государственный университет)

Основные области примененияОсновные области применения Транспортировка и хранение топливаТранспортировка и хранение топлива Альтернативные источники энергииАльтернативные источники энергии Получение экологически чистого топливаПолучение экологически чистого топлива Энергосбережение за счет уменьшения сил трения и Энергосбережение за счет уменьшения сил трения и

вязкостивязкости Улучшение проводимости контактовУлучшение проводимости контактов Уменьшение сопротивления проводниковУменьшение сопротивления проводников Уменьшение потерь энергии при передачеУменьшение потерь энергии при передаче Создание новых топливных элементов с большим КПДСоздание новых топливных элементов с большим КПД

Твердотельная Твердотельная энергосберегающая и энергосберегающая и

экологически чистая энергетикаэкологически чистая энергетика

Транспортировка и хранение Транспортировка и хранение водородного топливаводородного топлива

33DD-модель заполнения -модель заполнения водородом массива водородом массива углеродных углеродных нанотрубокнанотрубок

Модель заполнения массива Модель заполнения массива нанотрубок нанотрубок а) кремния и b) углерода при а) кремния и b) углерода при температуре 298 K и температуре 298 K и давлении давлении 10 МПа10 МПа

Наноматериалы в солнечных Наноматериалы в солнечных батареях ndash новые перспективы батареях ndash новые перспективы

альтернативной энергетикиальтернативной энергетики

Новые энергосистемы на основе Новые энергосистемы на основе углеродных нанотрубокуглеродных нанотрубок могут могут проводить электричество в 1000 раз проводить электричество в 1000 раз лучше медных проводовлучше медных проводов

КПД 36КПД 36Работает даже ночью Работает даже ночью утилизируя ИК-лучи утилизируя ИК-лучи которые испускает которые испускает ЗемляЗемляГораздо дешевле Гораздо дешевле традиционных традиционных солнечных батарейсолнечных батарей

Экологически чистое топливоЭкологически чистое топливо

Через молекулярные laquoворотаraquo проникают Через молекулярные laquoворотаraquo проникают молекулы двуокиси углерода а более молекулы двуокиси углерода а более крупные молекулы (метановые) остаются крупные молекулы (метановые) остаются в веществе Практическое применение это в веществе Практическое применение это находит при фильтрации двуокиси находит при фильтрации двуокиси углерода из природного газа и при углерода из природного газа и при создании автомобильных катализаторовсоздании автомобильных катализаторов

Уменьшение сил трения и вязкости Уменьшение сил трения и вязкости в микромеханических системахв микромеханических системах

Наноразмерные неровности Наноразмерные неровности поверхностей сокращают площадь поверхностей сокращают площадь контакта между поверхностями Таким контакта между поверхностями Таким образом металлические материалы с образом металлические материалы с наноструктурой обладают повышенной наноструктурой обладают повышенной по сравнению с обычным структурным по сравнению с обычным структурным состоянием твердостью и состоянием твердостью и износостойкостью Эффект износостойкостью Эффект износостойкости и малого износостойкости и малого коэффициента трения проявляется при коэффициента трения проявляется при использовании использовании полинанокристаллических алмазов и полинанокристаллических алмазов и алмазоподобных покрытий а также алмазоподобных покрытий а также сверхтвердых веществ на базе сверхтвердых веществ на базе фуллеренов (например со фуллеренов (например со сфероподобными молекулами С60) и сфероподобными молекулами С60) и фуллеридов (легированных фуллеридов (легированных фуллеренов например FexC60) фуллеренов например FexC60) наноструктурных многослойных пленок наноструктурных многослойных пленок сложного состава на основе сложного состава на основе кубического BN Cкубического BN C33NN44 TiC TiN Ti(AlN) TiC TiN Ti(AlN) обладающих очень высокой (до 70 ГПа) обладающих очень высокой (до 70 ГПа) твердостьютвердостью

Энергосбережение за счет Энергосбережение за счет увеличения ресурса работы увеличения ресурса работы техникитехники

При техническом сервисе благодаря применению наноматериалов можно При техническом сервисе благодаря применению наноматериалов можно значительно (до 15-4 раз) увеличить ресурс работы машин уменьшить значительно (до 15-4 раз) увеличить ресурс работы машин уменьшить вредные выбросы и эксплутационные затраты (в том числе расход вредные выбросы и эксплутационные затраты (в том числе расход топлива) Наноматериалы в основном фуллерены вводят в смазочные топлива) Наноматериалы в основном фуллерены вводят в смазочные материалы которые уменьшают трение и обеспечивают процесс ldquoизнос-материалы которые уменьшают трение и обеспечивают процесс ldquoизнос-восстановлениеrdquoвосстановлениеrdquo

000

020

040

060

080

100

120

140

160

Мощность двигателя Потребление топлива Срок службысмазочных материалов

Расход смазочныхматериалов

0

2

4

6

8

10

12

Продолжительность обкаткиагрегатов

Износостойкость трущихсясоединений

раз

С использованием фуллереновыхпрепаратов

Без использования

Улучшение проводимости Улучшение проводимости контактовконтактов

Внедренные в полимерную матрицу углеродные нанотрубки обеспечивают ее Внедренные в полимерную матрицу углеродные нанотрубки обеспечивают ее электро- и теплопроводность их можно рассматривать как нанопроводники электро- и теплопроводность их можно рассматривать как нанопроводники Нанотрубки увеличивают проводимость в сотни раз сильнее обычных добавок Нанотрубки увеличивают проводимость в сотни раз сильнее обычных добавок используемых для повышения проводимости материалов Благодаря этому используемых для повышения проводимости материалов Благодаря этому нанотрубки формируют объемную электропроводную структуру при введении в нанотрубки формируют объемную электропроводную структуру при введении в очень малых количествах что позволяет добиться проводимости полимеров очень малых количествах что позволяет добиться проводимости полимеров при значительно меньшей доле нанотрубок по сравнению с традиционными при значительно меньшей доле нанотрубок по сравнению с традиционными сажевыми добавкамисажевыми добавками

Данные компании Nanocyl SA Данные компании Nanocyl SA

Уменьшение сопротивления Уменьшение сопротивления проводниковпроводников

Нанопроволочные приборы показали на Нанопроволочные приборы показали на два два порядкапорядка меньшее контактное сопротивление и меньшее контактное сопротивление и на на три порядкатри порядка меньший уровень меньший уровень электрических шумов по сравнению со электрических шумов по сравнению со стандартной кремниевой технологиейстандартной кремниевой технологией

Уменьшение потерь энергии при Уменьшение потерь энергии при передачпередачее

В наноматериалах оптический сигнал передается во много раз быстрее и без В наноматериалах оптический сигнал передается во много раз быстрее и без потери энергии так как перенос информации происходит с помощью фотонов потери энергии так как перенос информации происходит с помощью фотонов Благодаря этому диссипация энергии в электронных устройствах практически Благодаря этому диссипация энергии в электронных устройствах практически сводится к нулю Один из вариантов использования данной технологии ndash создание сводится к нулю Один из вариантов использования данной технологии ndash создание источников света Поскольку около 15 - 20 вырабатываемой электроэнергии источников света Поскольку около 15 - 20 вырабатываемой электроэнергии расходуется для освещения то использование источников света с новым расходуется для освещения то использование источников света с новым принципом работы сулит огромный экономический эффектпринципом работы сулит огромный экономический эффект

4 96

28 72

70 30

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Электрическая лампочка

Оптические микросхемы наоснове периодических

структур

Разрабатываемые диодысветовой эмиссии

Выделяемая энергия в виде света Потери энергии

Энергосбережение на тепловых Энергосбережение на тепловых электростанцияхэлектростанциях

Применение новой технологии создания топливных элементов на Применение новой технологии создания топливных элементов на основе laquoЖидкой керамикиraquo приводит к значительной экономии энергии основе laquoЖидкой керамикиraquo приводит к значительной экономии энергии на тепловых электростанцияхна тепловых электростанциях

40

95

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Сжигание мазута Новые топливные элементы наоснове жидкой керамики

КПД

Наноматериалы для атомной энергетикиНаноматериалы для атомной энергетики

Перспективы развития атомной энергетики связаны Перспективы развития атомной энергетики связаны со снижением удельного потребления природного со снижением удельного потребления природного урана в основном за счет увеличения глубины урана в основном за счет увеличения глубины выгорания ядерного топлива Для этого необходимо выгорания ядерного топлива Для этого необходимо создание крупнокристаллических структур ядерных создание крупнокристаллических структур ядерных материалов с контролируемой пористостью материалов с контролируемой пористостью удерживающих продукты деления и препятствующих удерживающих продукты деления и препятствующих транспорту осколков деления к оболочке транспорту осколков деления к оболочке тепловыделяющего элемента и ее внутреннего тепловыделяющего элемента и ее внутреннего повреждения Активация процесса спекания за счет повреждения Активация процесса спекания за счет добавок нанометрического размера ndash одно из добавок нанометрического размера ndash одно из направлений создания новых видов уран-направлений создания новых видов уран-плутониевых оксидов и нитридов для ядерной плутониевых оксидов и нитридов для ядерной энергетикиэнергетики

Спасибо за вниманиеСпасибо за внимание

Функциональные Функциональные наноматериалы для наноматериалы для

энергетикиэнергетики((обзор)обзор)

Московский инженерно-физический институтМосковский инженерно-физический институт(государственный университет)(государственный университет)

Основные области примененияОсновные области применения Транспортировка и хранение топливаТранспортировка и хранение топлива Альтернативные источники энергииАльтернативные источники энергии Получение экологически чистого топливаПолучение экологически чистого топлива Энергосбережение за счет уменьшения сил трения и Энергосбережение за счет уменьшения сил трения и

вязкостивязкости Улучшение проводимости контактовУлучшение проводимости контактов Уменьшение сопротивления проводниковУменьшение сопротивления проводников Уменьшение потерь энергии при передачеУменьшение потерь энергии при передаче Создание новых топливных элементов с большим КПДСоздание новых топливных элементов с большим КПД

Твердотельная Твердотельная энергосберегающая и энергосберегающая и

экологически чистая энергетикаэкологически чистая энергетика

Транспортировка и хранение Транспортировка и хранение водородного топливаводородного топлива

33DD-модель заполнения -модель заполнения водородом массива водородом массива углеродных углеродных нанотрубокнанотрубок

Модель заполнения массива Модель заполнения массива нанотрубок нанотрубок а) кремния и b) углерода при а) кремния и b) углерода при температуре 298 K и температуре 298 K и давлении давлении 10 МПа10 МПа

Наноматериалы в солнечных Наноматериалы в солнечных батареях ndash новые перспективы батареях ndash новые перспективы

альтернативной энергетикиальтернативной энергетики

Новые энергосистемы на основе Новые энергосистемы на основе углеродных нанотрубокуглеродных нанотрубок могут могут проводить электричество в 1000 раз проводить электричество в 1000 раз лучше медных проводовлучше медных проводов

КПД 36КПД 36Работает даже ночью Работает даже ночью утилизируя ИК-лучи утилизируя ИК-лучи которые испускает которые испускает ЗемляЗемляГораздо дешевле Гораздо дешевле традиционных традиционных солнечных батарейсолнечных батарей

Экологически чистое топливоЭкологически чистое топливо

Через молекулярные laquoворотаraquo проникают Через молекулярные laquoворотаraquo проникают молекулы двуокиси углерода а более молекулы двуокиси углерода а более крупные молекулы (метановые) остаются крупные молекулы (метановые) остаются в веществе Практическое применение это в веществе Практическое применение это находит при фильтрации двуокиси находит при фильтрации двуокиси углерода из природного газа и при углерода из природного газа и при создании автомобильных катализаторовсоздании автомобильных катализаторов

Уменьшение сил трения и вязкости Уменьшение сил трения и вязкости в микромеханических системахв микромеханических системах

Наноразмерные неровности Наноразмерные неровности поверхностей сокращают площадь поверхностей сокращают площадь контакта между поверхностями Таким контакта между поверхностями Таким образом металлические материалы с образом металлические материалы с наноструктурой обладают повышенной наноструктурой обладают повышенной по сравнению с обычным структурным по сравнению с обычным структурным состоянием твердостью и состоянием твердостью и износостойкостью Эффект износостойкостью Эффект износостойкости и малого износостойкости и малого коэффициента трения проявляется при коэффициента трения проявляется при использовании использовании полинанокристаллических алмазов и полинанокристаллических алмазов и алмазоподобных покрытий а также алмазоподобных покрытий а также сверхтвердых веществ на базе сверхтвердых веществ на базе фуллеренов (например со фуллеренов (например со сфероподобными молекулами С60) и сфероподобными молекулами С60) и фуллеридов (легированных фуллеридов (легированных фуллеренов например FexC60) фуллеренов например FexC60) наноструктурных многослойных пленок наноструктурных многослойных пленок сложного состава на основе сложного состава на основе кубического BN Cкубического BN C33NN44 TiC TiN Ti(AlN) TiC TiN Ti(AlN) обладающих очень высокой (до 70 ГПа) обладающих очень высокой (до 70 ГПа) твердостьютвердостью

Энергосбережение за счет Энергосбережение за счет увеличения ресурса работы увеличения ресурса работы техникитехники

При техническом сервисе благодаря применению наноматериалов можно При техническом сервисе благодаря применению наноматериалов можно значительно (до 15-4 раз) увеличить ресурс работы машин уменьшить значительно (до 15-4 раз) увеличить ресурс работы машин уменьшить вредные выбросы и эксплутационные затраты (в том числе расход вредные выбросы и эксплутационные затраты (в том числе расход топлива) Наноматериалы в основном фуллерены вводят в смазочные топлива) Наноматериалы в основном фуллерены вводят в смазочные материалы которые уменьшают трение и обеспечивают процесс ldquoизнос-материалы которые уменьшают трение и обеспечивают процесс ldquoизнос-восстановлениеrdquoвосстановлениеrdquo

000

020

040

060

080

100

120

140

160

Мощность двигателя Потребление топлива Срок службысмазочных материалов

Расход смазочныхматериалов

0

2

4

6

8

10

12

Продолжительность обкаткиагрегатов

Износостойкость трущихсясоединений

раз

С использованием фуллереновыхпрепаратов

Без использования

Улучшение проводимости Улучшение проводимости контактовконтактов

Внедренные в полимерную матрицу углеродные нанотрубки обеспечивают ее Внедренные в полимерную матрицу углеродные нанотрубки обеспечивают ее электро- и теплопроводность их можно рассматривать как нанопроводники электро- и теплопроводность их можно рассматривать как нанопроводники Нанотрубки увеличивают проводимость в сотни раз сильнее обычных добавок Нанотрубки увеличивают проводимость в сотни раз сильнее обычных добавок используемых для повышения проводимости материалов Благодаря этому используемых для повышения проводимости материалов Благодаря этому нанотрубки формируют объемную электропроводную структуру при введении в нанотрубки формируют объемную электропроводную структуру при введении в очень малых количествах что позволяет добиться проводимости полимеров очень малых количествах что позволяет добиться проводимости полимеров при значительно меньшей доле нанотрубок по сравнению с традиционными при значительно меньшей доле нанотрубок по сравнению с традиционными сажевыми добавкамисажевыми добавками

Данные компании Nanocyl SA Данные компании Nanocyl SA

Уменьшение сопротивления Уменьшение сопротивления проводниковпроводников

Нанопроволочные приборы показали на Нанопроволочные приборы показали на два два порядкапорядка меньшее контактное сопротивление и меньшее контактное сопротивление и на на три порядкатри порядка меньший уровень меньший уровень электрических шумов по сравнению со электрических шумов по сравнению со стандартной кремниевой технологиейстандартной кремниевой технологией

Уменьшение потерь энергии при Уменьшение потерь энергии при передачпередачее

В наноматериалах оптический сигнал передается во много раз быстрее и без В наноматериалах оптический сигнал передается во много раз быстрее и без потери энергии так как перенос информации происходит с помощью фотонов потери энергии так как перенос информации происходит с помощью фотонов Благодаря этому диссипация энергии в электронных устройствах практически Благодаря этому диссипация энергии в электронных устройствах практически сводится к нулю Один из вариантов использования данной технологии ndash создание сводится к нулю Один из вариантов использования данной технологии ndash создание источников света Поскольку около 15 - 20 вырабатываемой электроэнергии источников света Поскольку около 15 - 20 вырабатываемой электроэнергии расходуется для освещения то использование источников света с новым расходуется для освещения то использование источников света с новым принципом работы сулит огромный экономический эффектпринципом работы сулит огромный экономический эффект

4 96

28 72

70 30

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Электрическая лампочка

Оптические микросхемы наоснове периодических

структур

Разрабатываемые диодысветовой эмиссии

Выделяемая энергия в виде света Потери энергии

Энергосбережение на тепловых Энергосбережение на тепловых электростанцияхэлектростанциях

Применение новой технологии создания топливных элементов на Применение новой технологии создания топливных элементов на основе laquoЖидкой керамикиraquo приводит к значительной экономии энергии основе laquoЖидкой керамикиraquo приводит к значительной экономии энергии на тепловых электростанцияхна тепловых электростанциях

40

95

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Сжигание мазута Новые топливные элементы наоснове жидкой керамики

КПД

Наноматериалы для атомной энергетикиНаноматериалы для атомной энергетики

Перспективы развития атомной энергетики связаны Перспективы развития атомной энергетики связаны со снижением удельного потребления природного со снижением удельного потребления природного урана в основном за счет увеличения глубины урана в основном за счет увеличения глубины выгорания ядерного топлива Для этого необходимо выгорания ядерного топлива Для этого необходимо создание крупнокристаллических структур ядерных создание крупнокристаллических структур ядерных материалов с контролируемой пористостью материалов с контролируемой пористостью удерживающих продукты деления и препятствующих удерживающих продукты деления и препятствующих транспорту осколков деления к оболочке транспорту осколков деления к оболочке тепловыделяющего элемента и ее внутреннего тепловыделяющего элемента и ее внутреннего повреждения Активация процесса спекания за счет повреждения Активация процесса спекания за счет добавок нанометрического размера ndash одно из добавок нанометрического размера ndash одно из направлений создания новых видов уран-направлений создания новых видов уран-плутониевых оксидов и нитридов для ядерной плутониевых оксидов и нитридов для ядерной энергетикиэнергетики

Спасибо за вниманиеСпасибо за внимание

Основные области примененияОсновные области применения Транспортировка и хранение топливаТранспортировка и хранение топлива Альтернативные источники энергииАльтернативные источники энергии Получение экологически чистого топливаПолучение экологически чистого топлива Энергосбережение за счет уменьшения сил трения и Энергосбережение за счет уменьшения сил трения и

вязкостивязкости Улучшение проводимости контактовУлучшение проводимости контактов Уменьшение сопротивления проводниковУменьшение сопротивления проводников Уменьшение потерь энергии при передачеУменьшение потерь энергии при передаче Создание новых топливных элементов с большим КПДСоздание новых топливных элементов с большим КПД

Твердотельная Твердотельная энергосберегающая и энергосберегающая и

экологически чистая энергетикаэкологически чистая энергетика

Транспортировка и хранение Транспортировка и хранение водородного топливаводородного топлива

33DD-модель заполнения -модель заполнения водородом массива водородом массива углеродных углеродных нанотрубокнанотрубок

Модель заполнения массива Модель заполнения массива нанотрубок нанотрубок а) кремния и b) углерода при а) кремния и b) углерода при температуре 298 K и температуре 298 K и давлении давлении 10 МПа10 МПа

Наноматериалы в солнечных Наноматериалы в солнечных батареях ndash новые перспективы батареях ndash новые перспективы

альтернативной энергетикиальтернативной энергетики

Новые энергосистемы на основе Новые энергосистемы на основе углеродных нанотрубокуглеродных нанотрубок могут могут проводить электричество в 1000 раз проводить электричество в 1000 раз лучше медных проводовлучше медных проводов

КПД 36КПД 36Работает даже ночью Работает даже ночью утилизируя ИК-лучи утилизируя ИК-лучи которые испускает которые испускает ЗемляЗемляГораздо дешевле Гораздо дешевле традиционных традиционных солнечных батарейсолнечных батарей

Экологически чистое топливоЭкологически чистое топливо

Через молекулярные laquoворотаraquo проникают Через молекулярные laquoворотаraquo проникают молекулы двуокиси углерода а более молекулы двуокиси углерода а более крупные молекулы (метановые) остаются крупные молекулы (метановые) остаются в веществе Практическое применение это в веществе Практическое применение это находит при фильтрации двуокиси находит при фильтрации двуокиси углерода из природного газа и при углерода из природного газа и при создании автомобильных катализаторовсоздании автомобильных катализаторов

Уменьшение сил трения и вязкости Уменьшение сил трения и вязкости в микромеханических системахв микромеханических системах

Наноразмерные неровности Наноразмерные неровности поверхностей сокращают площадь поверхностей сокращают площадь контакта между поверхностями Таким контакта между поверхностями Таким образом металлические материалы с образом металлические материалы с наноструктурой обладают повышенной наноструктурой обладают повышенной по сравнению с обычным структурным по сравнению с обычным структурным состоянием твердостью и состоянием твердостью и износостойкостью Эффект износостойкостью Эффект износостойкости и малого износостойкости и малого коэффициента трения проявляется при коэффициента трения проявляется при использовании использовании полинанокристаллических алмазов и полинанокристаллических алмазов и алмазоподобных покрытий а также алмазоподобных покрытий а также сверхтвердых веществ на базе сверхтвердых веществ на базе фуллеренов (например со фуллеренов (например со сфероподобными молекулами С60) и сфероподобными молекулами С60) и фуллеридов (легированных фуллеридов (легированных фуллеренов например FexC60) фуллеренов например FexC60) наноструктурных многослойных пленок наноструктурных многослойных пленок сложного состава на основе сложного состава на основе кубического BN Cкубического BN C33NN44 TiC TiN Ti(AlN) TiC TiN Ti(AlN) обладающих очень высокой (до 70 ГПа) обладающих очень высокой (до 70 ГПа) твердостьютвердостью

Энергосбережение за счет Энергосбережение за счет увеличения ресурса работы увеличения ресурса работы техникитехники

При техническом сервисе благодаря применению наноматериалов можно При техническом сервисе благодаря применению наноматериалов можно значительно (до 15-4 раз) увеличить ресурс работы машин уменьшить значительно (до 15-4 раз) увеличить ресурс работы машин уменьшить вредные выбросы и эксплутационные затраты (в том числе расход вредные выбросы и эксплутационные затраты (в том числе расход топлива) Наноматериалы в основном фуллерены вводят в смазочные топлива) Наноматериалы в основном фуллерены вводят в смазочные материалы которые уменьшают трение и обеспечивают процесс ldquoизнос-материалы которые уменьшают трение и обеспечивают процесс ldquoизнос-восстановлениеrdquoвосстановлениеrdquo

000

020

040

060

080

100

120

140

160

Мощность двигателя Потребление топлива Срок службысмазочных материалов

Расход смазочныхматериалов

0

2

4

6

8

10

12

Продолжительность обкаткиагрегатов

Износостойкость трущихсясоединений

раз

С использованием фуллереновыхпрепаратов

Без использования

Улучшение проводимости Улучшение проводимости контактовконтактов

Внедренные в полимерную матрицу углеродные нанотрубки обеспечивают ее Внедренные в полимерную матрицу углеродные нанотрубки обеспечивают ее электро- и теплопроводность их можно рассматривать как нанопроводники электро- и теплопроводность их можно рассматривать как нанопроводники Нанотрубки увеличивают проводимость в сотни раз сильнее обычных добавок Нанотрубки увеличивают проводимость в сотни раз сильнее обычных добавок используемых для повышения проводимости материалов Благодаря этому используемых для повышения проводимости материалов Благодаря этому нанотрубки формируют объемную электропроводную структуру при введении в нанотрубки формируют объемную электропроводную структуру при введении в очень малых количествах что позволяет добиться проводимости полимеров очень малых количествах что позволяет добиться проводимости полимеров при значительно меньшей доле нанотрубок по сравнению с традиционными при значительно меньшей доле нанотрубок по сравнению с традиционными сажевыми добавкамисажевыми добавками

Данные компании Nanocyl SA Данные компании Nanocyl SA

Уменьшение сопротивления Уменьшение сопротивления проводниковпроводников

Нанопроволочные приборы показали на Нанопроволочные приборы показали на два два порядкапорядка меньшее контактное сопротивление и меньшее контактное сопротивление и на на три порядкатри порядка меньший уровень меньший уровень электрических шумов по сравнению со электрических шумов по сравнению со стандартной кремниевой технологиейстандартной кремниевой технологией

Уменьшение потерь энергии при Уменьшение потерь энергии при передачпередачее

В наноматериалах оптический сигнал передается во много раз быстрее и без В наноматериалах оптический сигнал передается во много раз быстрее и без потери энергии так как перенос информации происходит с помощью фотонов потери энергии так как перенос информации происходит с помощью фотонов Благодаря этому диссипация энергии в электронных устройствах практически Благодаря этому диссипация энергии в электронных устройствах практически сводится к нулю Один из вариантов использования данной технологии ndash создание сводится к нулю Один из вариантов использования данной технологии ndash создание источников света Поскольку около 15 - 20 вырабатываемой электроэнергии источников света Поскольку около 15 - 20 вырабатываемой электроэнергии расходуется для освещения то использование источников света с новым расходуется для освещения то использование источников света с новым принципом работы сулит огромный экономический эффектпринципом работы сулит огромный экономический эффект

4 96

28 72

70 30

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Электрическая лампочка

Оптические микросхемы наоснове периодических

структур

Разрабатываемые диодысветовой эмиссии

Выделяемая энергия в виде света Потери энергии

Энергосбережение на тепловых Энергосбережение на тепловых электростанцияхэлектростанциях

Применение новой технологии создания топливных элементов на Применение новой технологии создания топливных элементов на основе laquoЖидкой керамикиraquo приводит к значительной экономии энергии основе laquoЖидкой керамикиraquo приводит к значительной экономии энергии на тепловых электростанцияхна тепловых электростанциях

40

95

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Сжигание мазута Новые топливные элементы наоснове жидкой керамики

КПД

Наноматериалы для атомной энергетикиНаноматериалы для атомной энергетики

Перспективы развития атомной энергетики связаны Перспективы развития атомной энергетики связаны со снижением удельного потребления природного со снижением удельного потребления природного урана в основном за счет увеличения глубины урана в основном за счет увеличения глубины выгорания ядерного топлива Для этого необходимо выгорания ядерного топлива Для этого необходимо создание крупнокристаллических структур ядерных создание крупнокристаллических структур ядерных материалов с контролируемой пористостью материалов с контролируемой пористостью удерживающих продукты деления и препятствующих удерживающих продукты деления и препятствующих транспорту осколков деления к оболочке транспорту осколков деления к оболочке тепловыделяющего элемента и ее внутреннего тепловыделяющего элемента и ее внутреннего повреждения Активация процесса спекания за счет повреждения Активация процесса спекания за счет добавок нанометрического размера ndash одно из добавок нанометрического размера ndash одно из направлений создания новых видов уран-направлений создания новых видов уран-плутониевых оксидов и нитридов для ядерной плутониевых оксидов и нитридов для ядерной энергетикиэнергетики

Спасибо за вниманиеСпасибо за внимание

Транспортировка и хранение Транспортировка и хранение водородного топливаводородного топлива

33DD-модель заполнения -модель заполнения водородом массива водородом массива углеродных углеродных нанотрубокнанотрубок

Модель заполнения массива Модель заполнения массива нанотрубок нанотрубок а) кремния и b) углерода при а) кремния и b) углерода при температуре 298 K и температуре 298 K и давлении давлении 10 МПа10 МПа

Наноматериалы в солнечных Наноматериалы в солнечных батареях ndash новые перспективы батареях ndash новые перспективы

альтернативной энергетикиальтернативной энергетики

Новые энергосистемы на основе Новые энергосистемы на основе углеродных нанотрубокуглеродных нанотрубок могут могут проводить электричество в 1000 раз проводить электричество в 1000 раз лучше медных проводовлучше медных проводов

КПД 36КПД 36Работает даже ночью Работает даже ночью утилизируя ИК-лучи утилизируя ИК-лучи которые испускает которые испускает ЗемляЗемляГораздо дешевле Гораздо дешевле традиционных традиционных солнечных батарейсолнечных батарей

Экологически чистое топливоЭкологически чистое топливо

Через молекулярные laquoворотаraquo проникают Через молекулярные laquoворотаraquo проникают молекулы двуокиси углерода а более молекулы двуокиси углерода а более крупные молекулы (метановые) остаются крупные молекулы (метановые) остаются в веществе Практическое применение это в веществе Практическое применение это находит при фильтрации двуокиси находит при фильтрации двуокиси углерода из природного газа и при углерода из природного газа и при создании автомобильных катализаторовсоздании автомобильных катализаторов

Уменьшение сил трения и вязкости Уменьшение сил трения и вязкости в микромеханических системахв микромеханических системах

Наноразмерные неровности Наноразмерные неровности поверхностей сокращают площадь поверхностей сокращают площадь контакта между поверхностями Таким контакта между поверхностями Таким образом металлические материалы с образом металлические материалы с наноструктурой обладают повышенной наноструктурой обладают повышенной по сравнению с обычным структурным по сравнению с обычным структурным состоянием твердостью и состоянием твердостью и износостойкостью Эффект износостойкостью Эффект износостойкости и малого износостойкости и малого коэффициента трения проявляется при коэффициента трения проявляется при использовании использовании полинанокристаллических алмазов и полинанокристаллических алмазов и алмазоподобных покрытий а также алмазоподобных покрытий а также сверхтвердых веществ на базе сверхтвердых веществ на базе фуллеренов (например со фуллеренов (например со сфероподобными молекулами С60) и сфероподобными молекулами С60) и фуллеридов (легированных фуллеридов (легированных фуллеренов например FexC60) фуллеренов например FexC60) наноструктурных многослойных пленок наноструктурных многослойных пленок сложного состава на основе сложного состава на основе кубического BN Cкубического BN C33NN44 TiC TiN Ti(AlN) TiC TiN Ti(AlN) обладающих очень высокой (до 70 ГПа) обладающих очень высокой (до 70 ГПа) твердостьютвердостью

Энергосбережение за счет Энергосбережение за счет увеличения ресурса работы увеличения ресурса работы техникитехники

При техническом сервисе благодаря применению наноматериалов можно При техническом сервисе благодаря применению наноматериалов можно значительно (до 15-4 раз) увеличить ресурс работы машин уменьшить значительно (до 15-4 раз) увеличить ресурс работы машин уменьшить вредные выбросы и эксплутационные затраты (в том числе расход вредные выбросы и эксплутационные затраты (в том числе расход топлива) Наноматериалы в основном фуллерены вводят в смазочные топлива) Наноматериалы в основном фуллерены вводят в смазочные материалы которые уменьшают трение и обеспечивают процесс ldquoизнос-материалы которые уменьшают трение и обеспечивают процесс ldquoизнос-восстановлениеrdquoвосстановлениеrdquo

000

020

040

060

080

100

120

140

160

Мощность двигателя Потребление топлива Срок службысмазочных материалов

Расход смазочныхматериалов

0

2

4

6

8

10

12

Продолжительность обкаткиагрегатов

Износостойкость трущихсясоединений

раз

С использованием фуллереновыхпрепаратов

Без использования

Улучшение проводимости Улучшение проводимости контактовконтактов

Внедренные в полимерную матрицу углеродные нанотрубки обеспечивают ее Внедренные в полимерную матрицу углеродные нанотрубки обеспечивают ее электро- и теплопроводность их можно рассматривать как нанопроводники электро- и теплопроводность их можно рассматривать как нанопроводники Нанотрубки увеличивают проводимость в сотни раз сильнее обычных добавок Нанотрубки увеличивают проводимость в сотни раз сильнее обычных добавок используемых для повышения проводимости материалов Благодаря этому используемых для повышения проводимости материалов Благодаря этому нанотрубки формируют объемную электропроводную структуру при введении в нанотрубки формируют объемную электропроводную структуру при введении в очень малых количествах что позволяет добиться проводимости полимеров очень малых количествах что позволяет добиться проводимости полимеров при значительно меньшей доле нанотрубок по сравнению с традиционными при значительно меньшей доле нанотрубок по сравнению с традиционными сажевыми добавкамисажевыми добавками

Данные компании Nanocyl SA Данные компании Nanocyl SA

Уменьшение сопротивления Уменьшение сопротивления проводниковпроводников

Нанопроволочные приборы показали на Нанопроволочные приборы показали на два два порядкапорядка меньшее контактное сопротивление и меньшее контактное сопротивление и на на три порядкатри порядка меньший уровень меньший уровень электрических шумов по сравнению со электрических шумов по сравнению со стандартной кремниевой технологиейстандартной кремниевой технологией

Уменьшение потерь энергии при Уменьшение потерь энергии при передачпередачее

В наноматериалах оптический сигнал передается во много раз быстрее и без В наноматериалах оптический сигнал передается во много раз быстрее и без потери энергии так как перенос информации происходит с помощью фотонов потери энергии так как перенос информации происходит с помощью фотонов Благодаря этому диссипация энергии в электронных устройствах практически Благодаря этому диссипация энергии в электронных устройствах практически сводится к нулю Один из вариантов использования данной технологии ndash создание сводится к нулю Один из вариантов использования данной технологии ndash создание источников света Поскольку около 15 - 20 вырабатываемой электроэнергии источников света Поскольку около 15 - 20 вырабатываемой электроэнергии расходуется для освещения то использование источников света с новым расходуется для освещения то использование источников света с новым принципом работы сулит огромный экономический эффектпринципом работы сулит огромный экономический эффект

4 96

28 72

70 30

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Электрическая лампочка

Оптические микросхемы наоснове периодических

структур

Разрабатываемые диодысветовой эмиссии

Выделяемая энергия в виде света Потери энергии

Энергосбережение на тепловых Энергосбережение на тепловых электростанцияхэлектростанциях

Применение новой технологии создания топливных элементов на Применение новой технологии создания топливных элементов на основе laquoЖидкой керамикиraquo приводит к значительной экономии энергии основе laquoЖидкой керамикиraquo приводит к значительной экономии энергии на тепловых электростанцияхна тепловых электростанциях

40

95

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Сжигание мазута Новые топливные элементы наоснове жидкой керамики

КПД

Наноматериалы для атомной энергетикиНаноматериалы для атомной энергетики

Перспективы развития атомной энергетики связаны Перспективы развития атомной энергетики связаны со снижением удельного потребления природного со снижением удельного потребления природного урана в основном за счет увеличения глубины урана в основном за счет увеличения глубины выгорания ядерного топлива Для этого необходимо выгорания ядерного топлива Для этого необходимо создание крупнокристаллических структур ядерных создание крупнокристаллических структур ядерных материалов с контролируемой пористостью материалов с контролируемой пористостью удерживающих продукты деления и препятствующих удерживающих продукты деления и препятствующих транспорту осколков деления к оболочке транспорту осколков деления к оболочке тепловыделяющего элемента и ее внутреннего тепловыделяющего элемента и ее внутреннего повреждения Активация процесса спекания за счет повреждения Активация процесса спекания за счет добавок нанометрического размера ndash одно из добавок нанометрического размера ndash одно из направлений создания новых видов уран-направлений создания новых видов уран-плутониевых оксидов и нитридов для ядерной плутониевых оксидов и нитридов для ядерной энергетикиэнергетики

Спасибо за вниманиеСпасибо за внимание

Модель заполнения массива Модель заполнения массива нанотрубок нанотрубок а) кремния и b) углерода при а) кремния и b) углерода при температуре 298 K и температуре 298 K и давлении давлении 10 МПа10 МПа

Наноматериалы в солнечных Наноматериалы в солнечных батареях ndash новые перспективы батареях ndash новые перспективы

альтернативной энергетикиальтернативной энергетики

Новые энергосистемы на основе Новые энергосистемы на основе углеродных нанотрубокуглеродных нанотрубок могут могут проводить электричество в 1000 раз проводить электричество в 1000 раз лучше медных проводовлучше медных проводов

КПД 36КПД 36Работает даже ночью Работает даже ночью утилизируя ИК-лучи утилизируя ИК-лучи которые испускает которые испускает ЗемляЗемляГораздо дешевле Гораздо дешевле традиционных традиционных солнечных батарейсолнечных батарей

Экологически чистое топливоЭкологически чистое топливо

Через молекулярные laquoворотаraquo проникают Через молекулярные laquoворотаraquo проникают молекулы двуокиси углерода а более молекулы двуокиси углерода а более крупные молекулы (метановые) остаются крупные молекулы (метановые) остаются в веществе Практическое применение это в веществе Практическое применение это находит при фильтрации двуокиси находит при фильтрации двуокиси углерода из природного газа и при углерода из природного газа и при создании автомобильных катализаторовсоздании автомобильных катализаторов

Уменьшение сил трения и вязкости Уменьшение сил трения и вязкости в микромеханических системахв микромеханических системах

Наноразмерные неровности Наноразмерные неровности поверхностей сокращают площадь поверхностей сокращают площадь контакта между поверхностями Таким контакта между поверхностями Таким образом металлические материалы с образом металлические материалы с наноструктурой обладают повышенной наноструктурой обладают повышенной по сравнению с обычным структурным по сравнению с обычным структурным состоянием твердостью и состоянием твердостью и износостойкостью Эффект износостойкостью Эффект износостойкости и малого износостойкости и малого коэффициента трения проявляется при коэффициента трения проявляется при использовании использовании полинанокристаллических алмазов и полинанокристаллических алмазов и алмазоподобных покрытий а также алмазоподобных покрытий а также сверхтвердых веществ на базе сверхтвердых веществ на базе фуллеренов (например со фуллеренов (например со сфероподобными молекулами С60) и сфероподобными молекулами С60) и фуллеридов (легированных фуллеридов (легированных фуллеренов например FexC60) фуллеренов например FexC60) наноструктурных многослойных пленок наноструктурных многослойных пленок сложного состава на основе сложного состава на основе кубического BN Cкубического BN C33NN44 TiC TiN Ti(AlN) TiC TiN Ti(AlN) обладающих очень высокой (до 70 ГПа) обладающих очень высокой (до 70 ГПа) твердостьютвердостью

Энергосбережение за счет Энергосбережение за счет увеличения ресурса работы увеличения ресурса работы техникитехники

При техническом сервисе благодаря применению наноматериалов можно При техническом сервисе благодаря применению наноматериалов можно значительно (до 15-4 раз) увеличить ресурс работы машин уменьшить значительно (до 15-4 раз) увеличить ресурс работы машин уменьшить вредные выбросы и эксплутационные затраты (в том числе расход вредные выбросы и эксплутационные затраты (в том числе расход топлива) Наноматериалы в основном фуллерены вводят в смазочные топлива) Наноматериалы в основном фуллерены вводят в смазочные материалы которые уменьшают трение и обеспечивают процесс ldquoизнос-материалы которые уменьшают трение и обеспечивают процесс ldquoизнос-восстановлениеrdquoвосстановлениеrdquo

000

020

040

060

080

100

120

140

160

Мощность двигателя Потребление топлива Срок службысмазочных материалов

Расход смазочныхматериалов

0

2

4

6

8

10

12

Продолжительность обкаткиагрегатов

Износостойкость трущихсясоединений

раз

С использованием фуллереновыхпрепаратов

Без использования

Улучшение проводимости Улучшение проводимости контактовконтактов

Внедренные в полимерную матрицу углеродные нанотрубки обеспечивают ее Внедренные в полимерную матрицу углеродные нанотрубки обеспечивают ее электро- и теплопроводность их можно рассматривать как нанопроводники электро- и теплопроводность их можно рассматривать как нанопроводники Нанотрубки увеличивают проводимость в сотни раз сильнее обычных добавок Нанотрубки увеличивают проводимость в сотни раз сильнее обычных добавок используемых для повышения проводимости материалов Благодаря этому используемых для повышения проводимости материалов Благодаря этому нанотрубки формируют объемную электропроводную структуру при введении в нанотрубки формируют объемную электропроводную структуру при введении в очень малых количествах что позволяет добиться проводимости полимеров очень малых количествах что позволяет добиться проводимости полимеров при значительно меньшей доле нанотрубок по сравнению с традиционными при значительно меньшей доле нанотрубок по сравнению с традиционными сажевыми добавкамисажевыми добавками

Данные компании Nanocyl SA Данные компании Nanocyl SA

Уменьшение сопротивления Уменьшение сопротивления проводниковпроводников

Нанопроволочные приборы показали на Нанопроволочные приборы показали на два два порядкапорядка меньшее контактное сопротивление и меньшее контактное сопротивление и на на три порядкатри порядка меньший уровень меньший уровень электрических шумов по сравнению со электрических шумов по сравнению со стандартной кремниевой технологиейстандартной кремниевой технологией

Уменьшение потерь энергии при Уменьшение потерь энергии при передачпередачее

В наноматериалах оптический сигнал передается во много раз быстрее и без В наноматериалах оптический сигнал передается во много раз быстрее и без потери энергии так как перенос информации происходит с помощью фотонов потери энергии так как перенос информации происходит с помощью фотонов Благодаря этому диссипация энергии в электронных устройствах практически Благодаря этому диссипация энергии в электронных устройствах практически сводится к нулю Один из вариантов использования данной технологии ndash создание сводится к нулю Один из вариантов использования данной технологии ndash создание источников света Поскольку около 15 - 20 вырабатываемой электроэнергии источников света Поскольку около 15 - 20 вырабатываемой электроэнергии расходуется для освещения то использование источников света с новым расходуется для освещения то использование источников света с новым принципом работы сулит огромный экономический эффектпринципом работы сулит огромный экономический эффект

4 96

28 72

70 30

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Электрическая лампочка

Оптические микросхемы наоснове периодических

структур

Разрабатываемые диодысветовой эмиссии

Выделяемая энергия в виде света Потери энергии

Энергосбережение на тепловых Энергосбережение на тепловых электростанцияхэлектростанциях

Применение новой технологии создания топливных элементов на Применение новой технологии создания топливных элементов на основе laquoЖидкой керамикиraquo приводит к значительной экономии энергии основе laquoЖидкой керамикиraquo приводит к значительной экономии энергии на тепловых электростанцияхна тепловых электростанциях

40

95

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Сжигание мазута Новые топливные элементы наоснове жидкой керамики

КПД

Наноматериалы для атомной энергетикиНаноматериалы для атомной энергетики

Перспективы развития атомной энергетики связаны Перспективы развития атомной энергетики связаны со снижением удельного потребления природного со снижением удельного потребления природного урана в основном за счет увеличения глубины урана в основном за счет увеличения глубины выгорания ядерного топлива Для этого необходимо выгорания ядерного топлива Для этого необходимо создание крупнокристаллических структур ядерных создание крупнокристаллических структур ядерных материалов с контролируемой пористостью материалов с контролируемой пористостью удерживающих продукты деления и препятствующих удерживающих продукты деления и препятствующих транспорту осколков деления к оболочке транспорту осколков деления к оболочке тепловыделяющего элемента и ее внутреннего тепловыделяющего элемента и ее внутреннего повреждения Активация процесса спекания за счет повреждения Активация процесса спекания за счет добавок нанометрического размера ndash одно из добавок нанометрического размера ndash одно из направлений создания новых видов уран-направлений создания новых видов уран-плутониевых оксидов и нитридов для ядерной плутониевых оксидов и нитридов для ядерной энергетикиэнергетики

Спасибо за вниманиеСпасибо за внимание

Наноматериалы в солнечных Наноматериалы в солнечных батареях ndash новые перспективы батареях ndash новые перспективы

альтернативной энергетикиальтернативной энергетики

Новые энергосистемы на основе Новые энергосистемы на основе углеродных нанотрубокуглеродных нанотрубок могут могут проводить электричество в 1000 раз проводить электричество в 1000 раз лучше медных проводовлучше медных проводов

КПД 36КПД 36Работает даже ночью Работает даже ночью утилизируя ИК-лучи утилизируя ИК-лучи которые испускает которые испускает ЗемляЗемляГораздо дешевле Гораздо дешевле традиционных традиционных солнечных батарейсолнечных батарей

Экологически чистое топливоЭкологически чистое топливо

Через молекулярные laquoворотаraquo проникают Через молекулярные laquoворотаraquo проникают молекулы двуокиси углерода а более молекулы двуокиси углерода а более крупные молекулы (метановые) остаются крупные молекулы (метановые) остаются в веществе Практическое применение это в веществе Практическое применение это находит при фильтрации двуокиси находит при фильтрации двуокиси углерода из природного газа и при углерода из природного газа и при создании автомобильных катализаторовсоздании автомобильных катализаторов

Уменьшение сил трения и вязкости Уменьшение сил трения и вязкости в микромеханических системахв микромеханических системах

Наноразмерные неровности Наноразмерные неровности поверхностей сокращают площадь поверхностей сокращают площадь контакта между поверхностями Таким контакта между поверхностями Таким образом металлические материалы с образом металлические материалы с наноструктурой обладают повышенной наноструктурой обладают повышенной по сравнению с обычным структурным по сравнению с обычным структурным состоянием твердостью и состоянием твердостью и износостойкостью Эффект износостойкостью Эффект износостойкости и малого износостойкости и малого коэффициента трения проявляется при коэффициента трения проявляется при использовании использовании полинанокристаллических алмазов и полинанокристаллических алмазов и алмазоподобных покрытий а также алмазоподобных покрытий а также сверхтвердых веществ на базе сверхтвердых веществ на базе фуллеренов (например со фуллеренов (например со сфероподобными молекулами С60) и сфероподобными молекулами С60) и фуллеридов (легированных фуллеридов (легированных фуллеренов например FexC60) фуллеренов например FexC60) наноструктурных многослойных пленок наноструктурных многослойных пленок сложного состава на основе сложного состава на основе кубического BN Cкубического BN C33NN44 TiC TiN Ti(AlN) TiC TiN Ti(AlN) обладающих очень высокой (до 70 ГПа) обладающих очень высокой (до 70 ГПа) твердостьютвердостью

Энергосбережение за счет Энергосбережение за счет увеличения ресурса работы увеличения ресурса работы техникитехники

При техническом сервисе благодаря применению наноматериалов можно При техническом сервисе благодаря применению наноматериалов можно значительно (до 15-4 раз) увеличить ресурс работы машин уменьшить значительно (до 15-4 раз) увеличить ресурс работы машин уменьшить вредные выбросы и эксплутационные затраты (в том числе расход вредные выбросы и эксплутационные затраты (в том числе расход топлива) Наноматериалы в основном фуллерены вводят в смазочные топлива) Наноматериалы в основном фуллерены вводят в смазочные материалы которые уменьшают трение и обеспечивают процесс ldquoизнос-материалы которые уменьшают трение и обеспечивают процесс ldquoизнос-восстановлениеrdquoвосстановлениеrdquo

000

020

040

060

080

100

120

140

160

Мощность двигателя Потребление топлива Срок службысмазочных материалов

Расход смазочныхматериалов

0

2

4

6

8

10

12

Продолжительность обкаткиагрегатов

Износостойкость трущихсясоединений

раз

С использованием фуллереновыхпрепаратов

Без использования

Улучшение проводимости Улучшение проводимости контактовконтактов

Внедренные в полимерную матрицу углеродные нанотрубки обеспечивают ее Внедренные в полимерную матрицу углеродные нанотрубки обеспечивают ее электро- и теплопроводность их можно рассматривать как нанопроводники электро- и теплопроводность их можно рассматривать как нанопроводники Нанотрубки увеличивают проводимость в сотни раз сильнее обычных добавок Нанотрубки увеличивают проводимость в сотни раз сильнее обычных добавок используемых для повышения проводимости материалов Благодаря этому используемых для повышения проводимости материалов Благодаря этому нанотрубки формируют объемную электропроводную структуру при введении в нанотрубки формируют объемную электропроводную структуру при введении в очень малых количествах что позволяет добиться проводимости полимеров очень малых количествах что позволяет добиться проводимости полимеров при значительно меньшей доле нанотрубок по сравнению с традиционными при значительно меньшей доле нанотрубок по сравнению с традиционными сажевыми добавкамисажевыми добавками

Данные компании Nanocyl SA Данные компании Nanocyl SA

Уменьшение сопротивления Уменьшение сопротивления проводниковпроводников

Нанопроволочные приборы показали на Нанопроволочные приборы показали на два два порядкапорядка меньшее контактное сопротивление и меньшее контактное сопротивление и на на три порядкатри порядка меньший уровень меньший уровень электрических шумов по сравнению со электрических шумов по сравнению со стандартной кремниевой технологиейстандартной кремниевой технологией

Уменьшение потерь энергии при Уменьшение потерь энергии при передачпередачее

В наноматериалах оптический сигнал передается во много раз быстрее и без В наноматериалах оптический сигнал передается во много раз быстрее и без потери энергии так как перенос информации происходит с помощью фотонов потери энергии так как перенос информации происходит с помощью фотонов Благодаря этому диссипация энергии в электронных устройствах практически Благодаря этому диссипация энергии в электронных устройствах практически сводится к нулю Один из вариантов использования данной технологии ndash создание сводится к нулю Один из вариантов использования данной технологии ndash создание источников света Поскольку около 15 - 20 вырабатываемой электроэнергии источников света Поскольку около 15 - 20 вырабатываемой электроэнергии расходуется для освещения то использование источников света с новым расходуется для освещения то использование источников света с новым принципом работы сулит огромный экономический эффектпринципом работы сулит огромный экономический эффект

4 96

28 72

70 30

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Электрическая лампочка

Оптические микросхемы наоснове периодических

структур

Разрабатываемые диодысветовой эмиссии

Выделяемая энергия в виде света Потери энергии

Энергосбережение на тепловых Энергосбережение на тепловых электростанцияхэлектростанциях

Применение новой технологии создания топливных элементов на Применение новой технологии создания топливных элементов на основе laquoЖидкой керамикиraquo приводит к значительной экономии энергии основе laquoЖидкой керамикиraquo приводит к значительной экономии энергии на тепловых электростанцияхна тепловых электростанциях

40

95

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Сжигание мазута Новые топливные элементы наоснове жидкой керамики

КПД

Наноматериалы для атомной энергетикиНаноматериалы для атомной энергетики

Перспективы развития атомной энергетики связаны Перспективы развития атомной энергетики связаны со снижением удельного потребления природного со снижением удельного потребления природного урана в основном за счет увеличения глубины урана в основном за счет увеличения глубины выгорания ядерного топлива Для этого необходимо выгорания ядерного топлива Для этого необходимо создание крупнокристаллических структур ядерных создание крупнокристаллических структур ядерных материалов с контролируемой пористостью материалов с контролируемой пористостью удерживающих продукты деления и препятствующих удерживающих продукты деления и препятствующих транспорту осколков деления к оболочке транспорту осколков деления к оболочке тепловыделяющего элемента и ее внутреннего тепловыделяющего элемента и ее внутреннего повреждения Активация процесса спекания за счет повреждения Активация процесса спекания за счет добавок нанометрического размера ndash одно из добавок нанометрического размера ndash одно из направлений создания новых видов уран-направлений создания новых видов уран-плутониевых оксидов и нитридов для ядерной плутониевых оксидов и нитридов для ядерной энергетикиэнергетики

Спасибо за вниманиеСпасибо за внимание

Экологически чистое топливоЭкологически чистое топливо

Через молекулярные laquoворотаraquo проникают Через молекулярные laquoворотаraquo проникают молекулы двуокиси углерода а более молекулы двуокиси углерода а более крупные молекулы (метановые) остаются крупные молекулы (метановые) остаются в веществе Практическое применение это в веществе Практическое применение это находит при фильтрации двуокиси находит при фильтрации двуокиси углерода из природного газа и при углерода из природного газа и при создании автомобильных катализаторовсоздании автомобильных катализаторов

Уменьшение сил трения и вязкости Уменьшение сил трения и вязкости в микромеханических системахв микромеханических системах

Наноразмерные неровности Наноразмерные неровности поверхностей сокращают площадь поверхностей сокращают площадь контакта между поверхностями Таким контакта между поверхностями Таким образом металлические материалы с образом металлические материалы с наноструктурой обладают повышенной наноструктурой обладают повышенной по сравнению с обычным структурным по сравнению с обычным структурным состоянием твердостью и состоянием твердостью и износостойкостью Эффект износостойкостью Эффект износостойкости и малого износостойкости и малого коэффициента трения проявляется при коэффициента трения проявляется при использовании использовании полинанокристаллических алмазов и полинанокристаллических алмазов и алмазоподобных покрытий а также алмазоподобных покрытий а также сверхтвердых веществ на базе сверхтвердых веществ на базе фуллеренов (например со фуллеренов (например со сфероподобными молекулами С60) и сфероподобными молекулами С60) и фуллеридов (легированных фуллеридов (легированных фуллеренов например FexC60) фуллеренов например FexC60) наноструктурных многослойных пленок наноструктурных многослойных пленок сложного состава на основе сложного состава на основе кубического BN Cкубического BN C33NN44 TiC TiN Ti(AlN) TiC TiN Ti(AlN) обладающих очень высокой (до 70 ГПа) обладающих очень высокой (до 70 ГПа) твердостьютвердостью

Энергосбережение за счет Энергосбережение за счет увеличения ресурса работы увеличения ресурса работы техникитехники

При техническом сервисе благодаря применению наноматериалов можно При техническом сервисе благодаря применению наноматериалов можно значительно (до 15-4 раз) увеличить ресурс работы машин уменьшить значительно (до 15-4 раз) увеличить ресурс работы машин уменьшить вредные выбросы и эксплутационные затраты (в том числе расход вредные выбросы и эксплутационные затраты (в том числе расход топлива) Наноматериалы в основном фуллерены вводят в смазочные топлива) Наноматериалы в основном фуллерены вводят в смазочные материалы которые уменьшают трение и обеспечивают процесс ldquoизнос-материалы которые уменьшают трение и обеспечивают процесс ldquoизнос-восстановлениеrdquoвосстановлениеrdquo

000

020

040

060

080

100

120

140

160

Мощность двигателя Потребление топлива Срок службысмазочных материалов

Расход смазочныхматериалов

0

2

4

6

8

10

12

Продолжительность обкаткиагрегатов

Износостойкость трущихсясоединений

раз

С использованием фуллереновыхпрепаратов

Без использования

Улучшение проводимости Улучшение проводимости контактовконтактов

Внедренные в полимерную матрицу углеродные нанотрубки обеспечивают ее Внедренные в полимерную матрицу углеродные нанотрубки обеспечивают ее электро- и теплопроводность их можно рассматривать как нанопроводники электро- и теплопроводность их можно рассматривать как нанопроводники Нанотрубки увеличивают проводимость в сотни раз сильнее обычных добавок Нанотрубки увеличивают проводимость в сотни раз сильнее обычных добавок используемых для повышения проводимости материалов Благодаря этому используемых для повышения проводимости материалов Благодаря этому нанотрубки формируют объемную электропроводную структуру при введении в нанотрубки формируют объемную электропроводную структуру при введении в очень малых количествах что позволяет добиться проводимости полимеров очень малых количествах что позволяет добиться проводимости полимеров при значительно меньшей доле нанотрубок по сравнению с традиционными при значительно меньшей доле нанотрубок по сравнению с традиционными сажевыми добавкамисажевыми добавками

Данные компании Nanocyl SA Данные компании Nanocyl SA

Уменьшение сопротивления Уменьшение сопротивления проводниковпроводников

Нанопроволочные приборы показали на Нанопроволочные приборы показали на два два порядкапорядка меньшее контактное сопротивление и меньшее контактное сопротивление и на на три порядкатри порядка меньший уровень меньший уровень электрических шумов по сравнению со электрических шумов по сравнению со стандартной кремниевой технологиейстандартной кремниевой технологией

Уменьшение потерь энергии при Уменьшение потерь энергии при передачпередачее

В наноматериалах оптический сигнал передается во много раз быстрее и без В наноматериалах оптический сигнал передается во много раз быстрее и без потери энергии так как перенос информации происходит с помощью фотонов потери энергии так как перенос информации происходит с помощью фотонов Благодаря этому диссипация энергии в электронных устройствах практически Благодаря этому диссипация энергии в электронных устройствах практически сводится к нулю Один из вариантов использования данной технологии ndash создание сводится к нулю Один из вариантов использования данной технологии ndash создание источников света Поскольку около 15 - 20 вырабатываемой электроэнергии источников света Поскольку около 15 - 20 вырабатываемой электроэнергии расходуется для освещения то использование источников света с новым расходуется для освещения то использование источников света с новым принципом работы сулит огромный экономический эффектпринципом работы сулит огромный экономический эффект

4 96

28 72

70 30

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Электрическая лампочка

Оптические микросхемы наоснове периодических

структур

Разрабатываемые диодысветовой эмиссии

Выделяемая энергия в виде света Потери энергии

Энергосбережение на тепловых Энергосбережение на тепловых электростанцияхэлектростанциях

Применение новой технологии создания топливных элементов на Применение новой технологии создания топливных элементов на основе laquoЖидкой керамикиraquo приводит к значительной экономии энергии основе laquoЖидкой керамикиraquo приводит к значительной экономии энергии на тепловых электростанцияхна тепловых электростанциях

40

95

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Сжигание мазута Новые топливные элементы наоснове жидкой керамики

КПД

Наноматериалы для атомной энергетикиНаноматериалы для атомной энергетики

Перспективы развития атомной энергетики связаны Перспективы развития атомной энергетики связаны со снижением удельного потребления природного со снижением удельного потребления природного урана в основном за счет увеличения глубины урана в основном за счет увеличения глубины выгорания ядерного топлива Для этого необходимо выгорания ядерного топлива Для этого необходимо создание крупнокристаллических структур ядерных создание крупнокристаллических структур ядерных материалов с контролируемой пористостью материалов с контролируемой пористостью удерживающих продукты деления и препятствующих удерживающих продукты деления и препятствующих транспорту осколков деления к оболочке транспорту осколков деления к оболочке тепловыделяющего элемента и ее внутреннего тепловыделяющего элемента и ее внутреннего повреждения Активация процесса спекания за счет повреждения Активация процесса спекания за счет добавок нанометрического размера ndash одно из добавок нанометрического размера ndash одно из направлений создания новых видов уран-направлений создания новых видов уран-плутониевых оксидов и нитридов для ядерной плутониевых оксидов и нитридов для ядерной энергетикиэнергетики

Спасибо за вниманиеСпасибо за внимание

Уменьшение сил трения и вязкости Уменьшение сил трения и вязкости в микромеханических системахв микромеханических системах

Наноразмерные неровности Наноразмерные неровности поверхностей сокращают площадь поверхностей сокращают площадь контакта между поверхностями Таким контакта между поверхностями Таким образом металлические материалы с образом металлические материалы с наноструктурой обладают повышенной наноструктурой обладают повышенной по сравнению с обычным структурным по сравнению с обычным структурным состоянием твердостью и состоянием твердостью и износостойкостью Эффект износостойкостью Эффект износостойкости и малого износостойкости и малого коэффициента трения проявляется при коэффициента трения проявляется при использовании использовании полинанокристаллических алмазов и полинанокристаллических алмазов и алмазоподобных покрытий а также алмазоподобных покрытий а также сверхтвердых веществ на базе сверхтвердых веществ на базе фуллеренов (например со фуллеренов (например со сфероподобными молекулами С60) и сфероподобными молекулами С60) и фуллеридов (легированных фуллеридов (легированных фуллеренов например FexC60) фуллеренов например FexC60) наноструктурных многослойных пленок наноструктурных многослойных пленок сложного состава на основе сложного состава на основе кубического BN Cкубического BN C33NN44 TiC TiN Ti(AlN) TiC TiN Ti(AlN) обладающих очень высокой (до 70 ГПа) обладающих очень высокой (до 70 ГПа) твердостьютвердостью

Энергосбережение за счет Энергосбережение за счет увеличения ресурса работы увеличения ресурса работы техникитехники

При техническом сервисе благодаря применению наноматериалов можно При техническом сервисе благодаря применению наноматериалов можно значительно (до 15-4 раз) увеличить ресурс работы машин уменьшить значительно (до 15-4 раз) увеличить ресурс работы машин уменьшить вредные выбросы и эксплутационные затраты (в том числе расход вредные выбросы и эксплутационные затраты (в том числе расход топлива) Наноматериалы в основном фуллерены вводят в смазочные топлива) Наноматериалы в основном фуллерены вводят в смазочные материалы которые уменьшают трение и обеспечивают процесс ldquoизнос-материалы которые уменьшают трение и обеспечивают процесс ldquoизнос-восстановлениеrdquoвосстановлениеrdquo

000

020

040

060

080

100

120

140

160

Мощность двигателя Потребление топлива Срок службысмазочных материалов

Расход смазочныхматериалов

0

2

4

6

8

10

12

Продолжительность обкаткиагрегатов

Износостойкость трущихсясоединений

раз

С использованием фуллереновыхпрепаратов

Без использования

Улучшение проводимости Улучшение проводимости контактовконтактов

Внедренные в полимерную матрицу углеродные нанотрубки обеспечивают ее Внедренные в полимерную матрицу углеродные нанотрубки обеспечивают ее электро- и теплопроводность их можно рассматривать как нанопроводники электро- и теплопроводность их можно рассматривать как нанопроводники Нанотрубки увеличивают проводимость в сотни раз сильнее обычных добавок Нанотрубки увеличивают проводимость в сотни раз сильнее обычных добавок используемых для повышения проводимости материалов Благодаря этому используемых для повышения проводимости материалов Благодаря этому нанотрубки формируют объемную электропроводную структуру при введении в нанотрубки формируют объемную электропроводную структуру при введении в очень малых количествах что позволяет добиться проводимости полимеров очень малых количествах что позволяет добиться проводимости полимеров при значительно меньшей доле нанотрубок по сравнению с традиционными при значительно меньшей доле нанотрубок по сравнению с традиционными сажевыми добавкамисажевыми добавками

Данные компании Nanocyl SA Данные компании Nanocyl SA

Уменьшение сопротивления Уменьшение сопротивления проводниковпроводников

Нанопроволочные приборы показали на Нанопроволочные приборы показали на два два порядкапорядка меньшее контактное сопротивление и меньшее контактное сопротивление и на на три порядкатри порядка меньший уровень меньший уровень электрических шумов по сравнению со электрических шумов по сравнению со стандартной кремниевой технологиейстандартной кремниевой технологией

Уменьшение потерь энергии при Уменьшение потерь энергии при передачпередачее

В наноматериалах оптический сигнал передается во много раз быстрее и без В наноматериалах оптический сигнал передается во много раз быстрее и без потери энергии так как перенос информации происходит с помощью фотонов потери энергии так как перенос информации происходит с помощью фотонов Благодаря этому диссипация энергии в электронных устройствах практически Благодаря этому диссипация энергии в электронных устройствах практически сводится к нулю Один из вариантов использования данной технологии ndash создание сводится к нулю Один из вариантов использования данной технологии ndash создание источников света Поскольку около 15 - 20 вырабатываемой электроэнергии источников света Поскольку около 15 - 20 вырабатываемой электроэнергии расходуется для освещения то использование источников света с новым расходуется для освещения то использование источников света с новым принципом работы сулит огромный экономический эффектпринципом работы сулит огромный экономический эффект

4 96

28 72

70 30

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Электрическая лампочка

Оптические микросхемы наоснове периодических

структур

Разрабатываемые диодысветовой эмиссии

Выделяемая энергия в виде света Потери энергии

Энергосбережение на тепловых Энергосбережение на тепловых электростанцияхэлектростанциях

Применение новой технологии создания топливных элементов на Применение новой технологии создания топливных элементов на основе laquoЖидкой керамикиraquo приводит к значительной экономии энергии основе laquoЖидкой керамикиraquo приводит к значительной экономии энергии на тепловых электростанцияхна тепловых электростанциях

40

95

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Сжигание мазута Новые топливные элементы наоснове жидкой керамики

КПД

Наноматериалы для атомной энергетикиНаноматериалы для атомной энергетики

Перспективы развития атомной энергетики связаны Перспективы развития атомной энергетики связаны со снижением удельного потребления природного со снижением удельного потребления природного урана в основном за счет увеличения глубины урана в основном за счет увеличения глубины выгорания ядерного топлива Для этого необходимо выгорания ядерного топлива Для этого необходимо создание крупнокристаллических структур ядерных создание крупнокристаллических структур ядерных материалов с контролируемой пористостью материалов с контролируемой пористостью удерживающих продукты деления и препятствующих удерживающих продукты деления и препятствующих транспорту осколков деления к оболочке транспорту осколков деления к оболочке тепловыделяющего элемента и ее внутреннего тепловыделяющего элемента и ее внутреннего повреждения Активация процесса спекания за счет повреждения Активация процесса спекания за счет добавок нанометрического размера ndash одно из добавок нанометрического размера ndash одно из направлений создания новых видов уран-направлений создания новых видов уран-плутониевых оксидов и нитридов для ядерной плутониевых оксидов и нитридов для ядерной энергетикиэнергетики

Спасибо за вниманиеСпасибо за внимание

Энергосбережение за счет Энергосбережение за счет увеличения ресурса работы увеличения ресурса работы техникитехники

При техническом сервисе благодаря применению наноматериалов можно При техническом сервисе благодаря применению наноматериалов можно значительно (до 15-4 раз) увеличить ресурс работы машин уменьшить значительно (до 15-4 раз) увеличить ресурс работы машин уменьшить вредные выбросы и эксплутационные затраты (в том числе расход вредные выбросы и эксплутационные затраты (в том числе расход топлива) Наноматериалы в основном фуллерены вводят в смазочные топлива) Наноматериалы в основном фуллерены вводят в смазочные материалы которые уменьшают трение и обеспечивают процесс ldquoизнос-материалы которые уменьшают трение и обеспечивают процесс ldquoизнос-восстановлениеrdquoвосстановлениеrdquo

000

020

040

060

080

100

120

140

160

Мощность двигателя Потребление топлива Срок службысмазочных материалов

Расход смазочныхматериалов

0

2

4

6

8

10

12

Продолжительность обкаткиагрегатов

Износостойкость трущихсясоединений

раз

С использованием фуллереновыхпрепаратов

Без использования

Улучшение проводимости Улучшение проводимости контактовконтактов

Внедренные в полимерную матрицу углеродные нанотрубки обеспечивают ее Внедренные в полимерную матрицу углеродные нанотрубки обеспечивают ее электро- и теплопроводность их можно рассматривать как нанопроводники электро- и теплопроводность их можно рассматривать как нанопроводники Нанотрубки увеличивают проводимость в сотни раз сильнее обычных добавок Нанотрубки увеличивают проводимость в сотни раз сильнее обычных добавок используемых для повышения проводимости материалов Благодаря этому используемых для повышения проводимости материалов Благодаря этому нанотрубки формируют объемную электропроводную структуру при введении в нанотрубки формируют объемную электропроводную структуру при введении в очень малых количествах что позволяет добиться проводимости полимеров очень малых количествах что позволяет добиться проводимости полимеров при значительно меньшей доле нанотрубок по сравнению с традиционными при значительно меньшей доле нанотрубок по сравнению с традиционными сажевыми добавкамисажевыми добавками

Данные компании Nanocyl SA Данные компании Nanocyl SA

Уменьшение сопротивления Уменьшение сопротивления проводниковпроводников

Нанопроволочные приборы показали на Нанопроволочные приборы показали на два два порядкапорядка меньшее контактное сопротивление и меньшее контактное сопротивление и на на три порядкатри порядка меньший уровень меньший уровень электрических шумов по сравнению со электрических шумов по сравнению со стандартной кремниевой технологиейстандартной кремниевой технологией

Уменьшение потерь энергии при Уменьшение потерь энергии при передачпередачее

В наноматериалах оптический сигнал передается во много раз быстрее и без В наноматериалах оптический сигнал передается во много раз быстрее и без потери энергии так как перенос информации происходит с помощью фотонов потери энергии так как перенос информации происходит с помощью фотонов Благодаря этому диссипация энергии в электронных устройствах практически Благодаря этому диссипация энергии в электронных устройствах практически сводится к нулю Один из вариантов использования данной технологии ndash создание сводится к нулю Один из вариантов использования данной технологии ndash создание источников света Поскольку около 15 - 20 вырабатываемой электроэнергии источников света Поскольку около 15 - 20 вырабатываемой электроэнергии расходуется для освещения то использование источников света с новым расходуется для освещения то использование источников света с новым принципом работы сулит огромный экономический эффектпринципом работы сулит огромный экономический эффект

4 96

28 72

70 30

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Электрическая лампочка

Оптические микросхемы наоснове периодических

структур

Разрабатываемые диодысветовой эмиссии

Выделяемая энергия в виде света Потери энергии

Энергосбережение на тепловых Энергосбережение на тепловых электростанцияхэлектростанциях

Применение новой технологии создания топливных элементов на Применение новой технологии создания топливных элементов на основе laquoЖидкой керамикиraquo приводит к значительной экономии энергии основе laquoЖидкой керамикиraquo приводит к значительной экономии энергии на тепловых электростанцияхна тепловых электростанциях

40

95

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Сжигание мазута Новые топливные элементы наоснове жидкой керамики

КПД

Наноматериалы для атомной энергетикиНаноматериалы для атомной энергетики

Перспективы развития атомной энергетики связаны Перспективы развития атомной энергетики связаны со снижением удельного потребления природного со снижением удельного потребления природного урана в основном за счет увеличения глубины урана в основном за счет увеличения глубины выгорания ядерного топлива Для этого необходимо выгорания ядерного топлива Для этого необходимо создание крупнокристаллических структур ядерных создание крупнокристаллических структур ядерных материалов с контролируемой пористостью материалов с контролируемой пористостью удерживающих продукты деления и препятствующих удерживающих продукты деления и препятствующих транспорту осколков деления к оболочке транспорту осколков деления к оболочке тепловыделяющего элемента и ее внутреннего тепловыделяющего элемента и ее внутреннего повреждения Активация процесса спекания за счет повреждения Активация процесса спекания за счет добавок нанометрического размера ndash одно из добавок нанометрического размера ndash одно из направлений создания новых видов уран-направлений создания новых видов уран-плутониевых оксидов и нитридов для ядерной плутониевых оксидов и нитридов для ядерной энергетикиэнергетики

Спасибо за вниманиеСпасибо за внимание

Улучшение проводимости Улучшение проводимости контактовконтактов

Внедренные в полимерную матрицу углеродные нанотрубки обеспечивают ее Внедренные в полимерную матрицу углеродные нанотрубки обеспечивают ее электро- и теплопроводность их можно рассматривать как нанопроводники электро- и теплопроводность их можно рассматривать как нанопроводники Нанотрубки увеличивают проводимость в сотни раз сильнее обычных добавок Нанотрубки увеличивают проводимость в сотни раз сильнее обычных добавок используемых для повышения проводимости материалов Благодаря этому используемых для повышения проводимости материалов Благодаря этому нанотрубки формируют объемную электропроводную структуру при введении в нанотрубки формируют объемную электропроводную структуру при введении в очень малых количествах что позволяет добиться проводимости полимеров очень малых количествах что позволяет добиться проводимости полимеров при значительно меньшей доле нанотрубок по сравнению с традиционными при значительно меньшей доле нанотрубок по сравнению с традиционными сажевыми добавкамисажевыми добавками

Данные компании Nanocyl SA Данные компании Nanocyl SA

Уменьшение сопротивления Уменьшение сопротивления проводниковпроводников

Нанопроволочные приборы показали на Нанопроволочные приборы показали на два два порядкапорядка меньшее контактное сопротивление и меньшее контактное сопротивление и на на три порядкатри порядка меньший уровень меньший уровень электрических шумов по сравнению со электрических шумов по сравнению со стандартной кремниевой технологиейстандартной кремниевой технологией

Уменьшение потерь энергии при Уменьшение потерь энергии при передачпередачее

В наноматериалах оптический сигнал передается во много раз быстрее и без В наноматериалах оптический сигнал передается во много раз быстрее и без потери энергии так как перенос информации происходит с помощью фотонов потери энергии так как перенос информации происходит с помощью фотонов Благодаря этому диссипация энергии в электронных устройствах практически Благодаря этому диссипация энергии в электронных устройствах практически сводится к нулю Один из вариантов использования данной технологии ndash создание сводится к нулю Один из вариантов использования данной технологии ndash создание источников света Поскольку около 15 - 20 вырабатываемой электроэнергии источников света Поскольку около 15 - 20 вырабатываемой электроэнергии расходуется для освещения то использование источников света с новым расходуется для освещения то использование источников света с новым принципом работы сулит огромный экономический эффектпринципом работы сулит огромный экономический эффект

4 96

28 72

70 30

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Электрическая лампочка

Оптические микросхемы наоснове периодических

структур

Разрабатываемые диодысветовой эмиссии

Выделяемая энергия в виде света Потери энергии

Энергосбережение на тепловых Энергосбережение на тепловых электростанцияхэлектростанциях

Применение новой технологии создания топливных элементов на Применение новой технологии создания топливных элементов на основе laquoЖидкой керамикиraquo приводит к значительной экономии энергии основе laquoЖидкой керамикиraquo приводит к значительной экономии энергии на тепловых электростанцияхна тепловых электростанциях

40

95

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Сжигание мазута Новые топливные элементы наоснове жидкой керамики

КПД

Наноматериалы для атомной энергетикиНаноматериалы для атомной энергетики

Перспективы развития атомной энергетики связаны Перспективы развития атомной энергетики связаны со снижением удельного потребления природного со снижением удельного потребления природного урана в основном за счет увеличения глубины урана в основном за счет увеличения глубины выгорания ядерного топлива Для этого необходимо выгорания ядерного топлива Для этого необходимо создание крупнокристаллических структур ядерных создание крупнокристаллических структур ядерных материалов с контролируемой пористостью материалов с контролируемой пористостью удерживающих продукты деления и препятствующих удерживающих продукты деления и препятствующих транспорту осколков деления к оболочке транспорту осколков деления к оболочке тепловыделяющего элемента и ее внутреннего тепловыделяющего элемента и ее внутреннего повреждения Активация процесса спекания за счет повреждения Активация процесса спекания за счет добавок нанометрического размера ndash одно из добавок нанометрического размера ndash одно из направлений создания новых видов уран-направлений создания новых видов уран-плутониевых оксидов и нитридов для ядерной плутониевых оксидов и нитридов для ядерной энергетикиэнергетики

Спасибо за вниманиеСпасибо за внимание

Уменьшение сопротивления Уменьшение сопротивления проводниковпроводников

Нанопроволочные приборы показали на Нанопроволочные приборы показали на два два порядкапорядка меньшее контактное сопротивление и меньшее контактное сопротивление и на на три порядкатри порядка меньший уровень меньший уровень электрических шумов по сравнению со электрических шумов по сравнению со стандартной кремниевой технологиейстандартной кремниевой технологией

Уменьшение потерь энергии при Уменьшение потерь энергии при передачпередачее

В наноматериалах оптический сигнал передается во много раз быстрее и без В наноматериалах оптический сигнал передается во много раз быстрее и без потери энергии так как перенос информации происходит с помощью фотонов потери энергии так как перенос информации происходит с помощью фотонов Благодаря этому диссипация энергии в электронных устройствах практически Благодаря этому диссипация энергии в электронных устройствах практически сводится к нулю Один из вариантов использования данной технологии ndash создание сводится к нулю Один из вариантов использования данной технологии ndash создание источников света Поскольку около 15 - 20 вырабатываемой электроэнергии источников света Поскольку около 15 - 20 вырабатываемой электроэнергии расходуется для освещения то использование источников света с новым расходуется для освещения то использование источников света с новым принципом работы сулит огромный экономический эффектпринципом работы сулит огромный экономический эффект

4 96

28 72

70 30

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Электрическая лампочка

Оптические микросхемы наоснове периодических

структур

Разрабатываемые диодысветовой эмиссии

Выделяемая энергия в виде света Потери энергии

Энергосбережение на тепловых Энергосбережение на тепловых электростанцияхэлектростанциях

Применение новой технологии создания топливных элементов на Применение новой технологии создания топливных элементов на основе laquoЖидкой керамикиraquo приводит к значительной экономии энергии основе laquoЖидкой керамикиraquo приводит к значительной экономии энергии на тепловых электростанцияхна тепловых электростанциях

40

95

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Сжигание мазута Новые топливные элементы наоснове жидкой керамики

КПД

Наноматериалы для атомной энергетикиНаноматериалы для атомной энергетики

Перспективы развития атомной энергетики связаны Перспективы развития атомной энергетики связаны со снижением удельного потребления природного со снижением удельного потребления природного урана в основном за счет увеличения глубины урана в основном за счет увеличения глубины выгорания ядерного топлива Для этого необходимо выгорания ядерного топлива Для этого необходимо создание крупнокристаллических структур ядерных создание крупнокристаллических структур ядерных материалов с контролируемой пористостью материалов с контролируемой пористостью удерживающих продукты деления и препятствующих удерживающих продукты деления и препятствующих транспорту осколков деления к оболочке транспорту осколков деления к оболочке тепловыделяющего элемента и ее внутреннего тепловыделяющего элемента и ее внутреннего повреждения Активация процесса спекания за счет повреждения Активация процесса спекания за счет добавок нанометрического размера ndash одно из добавок нанометрического размера ndash одно из направлений создания новых видов уран-направлений создания новых видов уран-плутониевых оксидов и нитридов для ядерной плутониевых оксидов и нитридов для ядерной энергетикиэнергетики

Спасибо за вниманиеСпасибо за внимание

Уменьшение потерь энергии при Уменьшение потерь энергии при передачпередачее

В наноматериалах оптический сигнал передается во много раз быстрее и без В наноматериалах оптический сигнал передается во много раз быстрее и без потери энергии так как перенос информации происходит с помощью фотонов потери энергии так как перенос информации происходит с помощью фотонов Благодаря этому диссипация энергии в электронных устройствах практически Благодаря этому диссипация энергии в электронных устройствах практически сводится к нулю Один из вариантов использования данной технологии ndash создание сводится к нулю Один из вариантов использования данной технологии ndash создание источников света Поскольку около 15 - 20 вырабатываемой электроэнергии источников света Поскольку около 15 - 20 вырабатываемой электроэнергии расходуется для освещения то использование источников света с новым расходуется для освещения то использование источников света с новым принципом работы сулит огромный экономический эффектпринципом работы сулит огромный экономический эффект

4 96

28 72

70 30

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Электрическая лампочка

Оптические микросхемы наоснове периодических

структур

Разрабатываемые диодысветовой эмиссии

Выделяемая энергия в виде света Потери энергии

Энергосбережение на тепловых Энергосбережение на тепловых электростанцияхэлектростанциях

Применение новой технологии создания топливных элементов на Применение новой технологии создания топливных элементов на основе laquoЖидкой керамикиraquo приводит к значительной экономии энергии основе laquoЖидкой керамикиraquo приводит к значительной экономии энергии на тепловых электростанцияхна тепловых электростанциях

40

95

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Сжигание мазута Новые топливные элементы наоснове жидкой керамики

КПД

Наноматериалы для атомной энергетикиНаноматериалы для атомной энергетики

Перспективы развития атомной энергетики связаны Перспективы развития атомной энергетики связаны со снижением удельного потребления природного со снижением удельного потребления природного урана в основном за счет увеличения глубины урана в основном за счет увеличения глубины выгорания ядерного топлива Для этого необходимо выгорания ядерного топлива Для этого необходимо создание крупнокристаллических структур ядерных создание крупнокристаллических структур ядерных материалов с контролируемой пористостью материалов с контролируемой пористостью удерживающих продукты деления и препятствующих удерживающих продукты деления и препятствующих транспорту осколков деления к оболочке транспорту осколков деления к оболочке тепловыделяющего элемента и ее внутреннего тепловыделяющего элемента и ее внутреннего повреждения Активация процесса спекания за счет повреждения Активация процесса спекания за счет добавок нанометрического размера ndash одно из добавок нанометрического размера ndash одно из направлений создания новых видов уран-направлений создания новых видов уран-плутониевых оксидов и нитридов для ядерной плутониевых оксидов и нитридов для ядерной энергетикиэнергетики

Спасибо за вниманиеСпасибо за внимание

Энергосбережение на тепловых Энергосбережение на тепловых электростанцияхэлектростанциях

Применение новой технологии создания топливных элементов на Применение новой технологии создания топливных элементов на основе laquoЖидкой керамикиraquo приводит к значительной экономии энергии основе laquoЖидкой керамикиraquo приводит к значительной экономии энергии на тепловых электростанцияхна тепловых электростанциях

40

95

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Сжигание мазута Новые топливные элементы наоснове жидкой керамики

КПД

Наноматериалы для атомной энергетикиНаноматериалы для атомной энергетики

Перспективы развития атомной энергетики связаны Перспективы развития атомной энергетики связаны со снижением удельного потребления природного со снижением удельного потребления природного урана в основном за счет увеличения глубины урана в основном за счет увеличения глубины выгорания ядерного топлива Для этого необходимо выгорания ядерного топлива Для этого необходимо создание крупнокристаллических структур ядерных создание крупнокристаллических структур ядерных материалов с контролируемой пористостью материалов с контролируемой пористостью удерживающих продукты деления и препятствующих удерживающих продукты деления и препятствующих транспорту осколков деления к оболочке транспорту осколков деления к оболочке тепловыделяющего элемента и ее внутреннего тепловыделяющего элемента и ее внутреннего повреждения Активация процесса спекания за счет повреждения Активация процесса спекания за счет добавок нанометрического размера ndash одно из добавок нанометрического размера ndash одно из направлений создания новых видов уран-направлений создания новых видов уран-плутониевых оксидов и нитридов для ядерной плутониевых оксидов и нитридов для ядерной энергетикиэнергетики

Спасибо за вниманиеСпасибо за внимание

Наноматериалы для атомной энергетикиНаноматериалы для атомной энергетики

Перспективы развития атомной энергетики связаны Перспективы развития атомной энергетики связаны со снижением удельного потребления природного со снижением удельного потребления природного урана в основном за счет увеличения глубины урана в основном за счет увеличения глубины выгорания ядерного топлива Для этого необходимо выгорания ядерного топлива Для этого необходимо создание крупнокристаллических структур ядерных создание крупнокристаллических структур ядерных материалов с контролируемой пористостью материалов с контролируемой пористостью удерживающих продукты деления и препятствующих удерживающих продукты деления и препятствующих транспорту осколков деления к оболочке транспорту осколков деления к оболочке тепловыделяющего элемента и ее внутреннего тепловыделяющего элемента и ее внутреннего повреждения Активация процесса спекания за счет повреждения Активация процесса спекания за счет добавок нанометрического размера ndash одно из добавок нанометрического размера ndash одно из направлений создания новых видов уран-направлений создания новых видов уран-плутониевых оксидов и нитридов для ядерной плутониевых оксидов и нитридов для ядерной энергетикиэнергетики

Спасибо за вниманиеСпасибо за внимание

Спасибо за вниманиеСпасибо за внимание