Содержание |
2024
Полноформатную отечественную солнечную панель представили в Университете МИСИС
В НИТУ МИСИС представили первую в России полноформатную батарею на основе гибридных перовскитов, выполненную только из отечественных материалов и готовую к внедрению в производство. Солнечная панель дешевле аналогов по себестоимости, а цикл изготовления составляет 8–10 часов. Её можно будет установить как в частный дом, так и на промышленные объекты предприятий, для которых приоритетно исполнение «зеленой» повестки. Соединение множества подъячеек в панели обеспечивает генерацию высокой мощности в условиях затенения и пасмурной погоды. Разработка открывает новые горизонты по эксплуатации солнечной энергии даже в условиях Арктики и Крайнего Севера. Об этом университет сообщил 4 октября 2024 года. Подробнее здесь.
В НИЯУ МИФИ получен новый полупроводник для оптоэлектроники
Исследователи НИЯУ МИФИ в составе международного научного коллектива синтезировали станнат стронция, легированный атомами лантана, рутения и индия и определили его электронные, магнитные и оптические характеристики. Данный материал может найти применение в оптоэлектронике, в устройствах памяти и спинтронике. Об этом университет сообщил 3 сентября 2024 года.
Материал относится к категории перовскитов- то есть кристаллических соединений, молекула которых состоит из 5 атомов- двух положительных ионов и трех отрицательных. Перовскиты, в состав которых входит один атом олова и три атома кислорода, называются станнаты и систематически привлекают внимание исследователей, поскольку обладают перспективами применения в области фотокатализа, энергетики и сенсорики.
Одно из ключевых соединений в этом семействе – станнат стронция, молекула которого состоит из одного атома стронция одного атома олова и трех атомов кислорода (SrSnO3). Стоннат стронция выделяется своей структурной гибкостью, уменьшенными параметрами решетки и достаточно широкой запрещенной зоной порядка 4 эВ. Кроме того, при легировании, другими словами, замещении стронция или олова атомами других элементов, орторомбическая структура перовскита SrSnO3 искажается, что приводит к поглощению в видимом диапазоне излучения.Метавселенная ВДНХ 
Несмотря на то, что станнаты интенсивно изучаются, на сентябрь 2024 года не существует подробных экспериментальных или теоретических исследований, показывающих как совместное легирование, например, атомами индия и рутения влияет на электронные и магнитные свойства SrSnO3, в формате тонкой пленки или объемного образца.
Исследователи НИЯУ МИФИ вместе с зарубежными коллегами синтезировали станнат стронция, легированный атомами лантана, рутения и индия. Наноразмерный полупроводниковый перовскит La0.25Sr0.75Sn0.4In0.25Ru0.35O3 (LSSIRuO, см. рис.) был получен в виде порошка с использованием экологически чистого механохимического синтеза, известного своей простотой и экономической эффективностью.
Контроль получившегося материала с помощью рентгеноструктурного анализа и инфракрасной спектроскопии подтвердил, что образец кристаллизовался в структуру типа перовскита GdFeO3.
Ученые определили электронные, магнитные и оптические характеристики материала. Например, данные проведенных экспериментов и теоретического анализа указывают на достаточно узкую полупроводниковую щель ~1.5 эВ по сравнению с нелигированным станнатом стронция.
 | Мы установили, что ширина запрещенной зоны может изменяться в зависимости от соотношения атомов олова и рутения в образце. Таким образом, можно сделать вывод, что дополнительное легирование атомами рутения стимулирует переход из диэлектрического состояния в полупроводниковое, а затем и в полуметаллическое/металлическое, – прокомментировал автор работы профессор Института нанотехнологий в электронике, спинтронике и фотонике НИЯУ МИФИ Михаил Маслов. |  |
По его словам, этот эффект позволяет настраивать электронные характеристики материала, регулируя число атомов модифицирующих добавок.
Кроме того, авторы установили, что LSSIRuO показал более высокую электропроводность по сравнению с незамещенным SrSnO3, а также проявил ферромагнитную природу при температурах ниже 155 К.
Таким образом, небольшая ширина полупроводниковой щели в сочетании с электрическими и магнитными характеристиками, по мнению ученых, делает LSSIRuO перспективным кандидатом для применения в оптоэлектронике, а также в устройствах памяти и спинтроники.
2023
Ученые предложили технологию изготовления рентгеновских детекторов на основе перовскитного материала
Ученые Университета науки и технологий МИСИС и Центра диагностики и телемедицины ДЗМ предложили технологию изготовления детекторов рентгеновского излучения, используемых для проверки багажа в аэропорту или для компьютерной томографии в больницах. Об этом Университет сообщил 25 августа 2023 года.
Детекторы на основе перовскитного материала позволят снизить стоимость аппаратов и увеличить чувствительность к рентгеновскому излучению. Открытие их производства в России позволит импортозаместить зарубежные аналоги. Подробнее здесь.
В ИТМО повысили эффективность солнечных батарей из перовскита
Физики ИТМО, Алферовского университета и римского университета Тор Вергата разработали перовскитные солнечные элементы с повышенной эффективностью. Оптимизировать характеристики солнечных батарей удалось с помощью полупроводников в виде нитевидных нанокристаллов. Предложенная технология открывает дополнительные возможности в создании солнечных электростанций и оптических устройств следующего поколения. Результаты исследования опубликованы в журнале ACS Applied Energy Materials. Об этом 5 апреля 2023 года сообщили представители ИТМО. Подробнее здесь.
Ученые НИТУ МИСИС разработали прототип перовскитного солнечного элемента
Молодые ученые НИТУ МИСИС разработали прототип перовскитного солнечного элемента с продолжительностью работы 3500 часов, а также масштабировали его до фотомодуля. Добиться таких результатов позволило использование хлорных легирующих добавок в составе поглощающей перовскитной тонкой пленки. Уже на февраль 2023 года прототипы можно использовать в виде компактных источников питания для маломощной электроники. Как отмечают исследователи, прототип готов к полевым испытаниям и пилотной апробации. Результаты исследования опубликованы в журнале Solar RRL. Об этом 6 февраля 2023 года сообщили представители НИТУ МИСИС. Подробнее здесь.
2021: Создание водостойких нанокристаллов перовскитов для изучения живых клеток
17 сентября 2021 года Университет ИТМО сообщил, что его ученые создали нанокристаллы перовскитов, которые долго сохраняют свои оптические свойства в воде и биологических жидкостях. Полученный материал может открыть возможности в области оптической визуализации биологических объектов. Это важно для изучения внутренних органов живых организмов и мониторинга течения заболеваний. Результаты исследования опубликованы в журнале Journal of Physical Chemistry Letters.
Наноматериалы на основе галогенидных перовскитов благодаря их свойствам, люминесценции и низкой стоимости активно используются для создания нанолазеров, светодиодов. Также они имеют перспективы в биоимиджинге: наночастицы перовскитов можно применять для разработки систем визуализации и изучения биологических процессов внутри клеток и живых организмов. Однако главное ограничение, которое пока не позволяет использовать их в качестве светящихся маркеров, заключается в том, что при попадании в водные среды они теряют свои физические свойства.
| | «При попадании влаги в перовскиты из них моментально вымывается цезиевая соль, без которой свечение становится невозможным. Один из способов сделать перовскиты водоустойчивыми — покрыть их специальной оболочкой. Задача кажется простой, но пока не удавалось эффективно защитить материал от воды, сохранив его полную функциональность», - рассказывает научный сотрудник Нового физтеха ИТМО Лев Зеленков. | |
Ученым ИТМО потребовалось чуть больше года, чтобы найти способ защиты наночастиц перовскита от проникновения молекул воды и различных химических веществ. В результате им удалось получить перовскитные нанокристаллы, покрытые специальной силикатной оболочкой. Она модифицирована органическими гидрофобными (отталкивающими воду) химическими группами. Благодаря этой оболочке перовскиты сохраняют свои свойства в водных средах до одной недели.
| | «Мы протестировали созданный нами наноматериал не только в воде, но и на клеточных культурах. В качестве модели были взяты опухолевые клетки. Мы добавили к ним покрытые водостойкой оболочкой перовскиты и визуализировали их с помощью оптической микроскопии. Важно, что даже при взаимодействии перовскита с клеткой, перовскиты не деградировали и продолжали излучать свет, что указывало на их стабильность», - рассказывает старший научный сотрудник Нового физтеха ИТМО Михаил Зюзин. | |
Следующим шагом будут исследования in vivo, то есть на лабораторных животных. Ученые посмотрят, будут ли перовскитные наночастицы стабильны внутри живого организма. Также исследователи планируют снизить потенциальную токсичность перовскитов, например, с помощью замены свинца на более экологичный материал. Это сделает наноматериал более безопасным в использовании.
| | «Подтвердив устойчивость наших наноматериалов в водных средах, мы показали лишь одну область применения. Но разработка может быть полезна не только в биологии. Водоустойчивые нанокристаллы перовскитов можно использовать в качестве декоративного люминесцирующего красителя, а также меток для защиты документов. Для нас в первую очередь было важно создать реальное работающее решение. Теперь будем тестировать его в разных условиях», - заключил профессор Нового физтеха ИТМО Сергей Макаров. | |
Исследование поддержано грантом РНФ и Министерством науки и высшего образования.
2020
Презентация технологии получения покрытий для экранов дополненной реальности с применением пленки из галогенидных перовскитов
9 ноября 2020 года ИТМО сообщил о разработке покрытия, с помощью которого обычное стекло можно превратить в «умную» поверхность. Предполагается, что технология будет востребована для создания экранов дополненной реальности, снабжающих пользователей дополнительной информацией о происходящем вокруг. Также покрытия позволят преобразовывать солнечную энергию в электричество. Подробнее здесь.
Разработка сверхточного метода лазерной обработки галогенидных перовскитов
Ученые Дальневосточного федерального университета (ДВФУ) и Университета ИТМО, вместе с коллегами из Германии, Японии и Австралии разработали метод сверхточной, быстрой и качественной лазерной обработки галогенидных перовскитов (CH3NH3PbI3) и показали, как делать солнечные батареи всех цветов радуги, миллионами штамповать нанолазеры для будущих оптических транзисторов, быстро записывать на поверхность информацию, которую сможет прочитать только тот, кому она предназначена. Об этом 24 апреля 2020 года сообщили в ДВФУ.
Перовскиты впервые обнаружили в первой половине XIX века на Урале в виде минерала, состоящего из атомов кальция, титана и кислорода. В современном мире они привлекают интерес научных групп со всего света, стремительно завоевывают позиции в солнечной энергетике и фотонике, их применяют в нелинейной оптике, из них создают сверхпроводники.
У органо-неорганических перовскитов при всех достоинствах есть серьезный недостаток — они легко разрушаются во время обработки под воздействием электронного пучка, многих жидкостей или высокой температуры, утрачивая свойства, которые так интересуют ученых. Это существенно усложняет процесс изготовления функциональных перовскитных наноструктур, размер которых исчисляется всего десятками нанометров, стандартными методами, например, электронной литографией и мешает внедрению этого материала в промышленность.
Ученые из Университета ИТМО (Санкт-Петербург) совместно с коллегами из Дальневосточного федерального университета (ДВФУ, Владивосток)) решили эту задачу, предложив обрабатывать перовскиты сверхкороткими лазерными импульсами (фемтосекундным лазером). На выходе получили высококачественные наностурктуры с контролируемыми характеристиками.
| | «Наноструктурировать обычные полупроводники, такие как арсенид галлия, с помощью мощного импульсного лазера очень сложно. Тепло разбегается во все стороны и все тонкие, резкие грани просто размываются этим теплом. Все равно, как если вы попытаетесь сделать миниатюрную татуировку с тонкими деталями, но из-за расплывшейся под кожей краски вы получите просто уродливое синее пятно. Перовскит же имеет плохую теплопроводность, поэтому наши паттерны получились четкими и миниатюрными», отметил Сергей Макаров, ведущий научный сотрудник Нового физтеха Университета ИТМО | |
Скрайбинг или нарезка перовскитных пленок на отдельные блоки активно применяется в технологиях производства солнечных батарей, однако процесс не отличался высокой точностью и был довольно травматичным для материала, т.к. часть перовскита в непосредственной близости от разреза теряла свойства вследствие температурной деградации.
Фемтосекундный лазер не повреждает материал. Сверхкороткие импульсы лазера позволяют не только прорезать перовскит насквозь, но и печатать на его поверхности сложные структуры в виде канавок различной формы шириной в несколько сотен нанометров. При этом все оптические свойства материала сохраняются.
| | «С учетом особенностей структуры, химического состава и свойств перовскитных материалов мы предложили оригинальную технологию их лазерной обработки. Чтобы избежать таких разрушительных для перовскита эффектов, как перегрев, мы облучали его сверхкороткими лазерными импульсами. Интенсивность подобрали такую, чтобы в местах испарения материала температура достигала всего 160C0. У нас получилось равномерно и очень точно, послойно удалять перовскит в заданной профилем пучка области без существенного негативного воздействия на окружающий материал. Технология обеспечила беспрецедентное качество печати элементов», отметил Александр Кучмижак, научный сотрудник Центра НТИ ДВФУ по нейротехнологиям, технологиям VR/AR | |
Ученые ДВФУ и Университета ИТМО назвали сразу три сферы, где их разработка может дать ощутимые прикладные результаты.
Первое — запись на перовските информации, которую можно будет считать только при определенных условиях, известных пользователю.
| | «Мы продемонстрировали применимость нашего подхода на примере недеструктивной лазерной печати дифракционных решеток и массивов микрополосковых лазеров с предельно малым размером всего в 400 нанометров. Такие размеры позволят в будущем реализовать активные элементы для полностью оптических линий передачи данных», отметил Алексей Жижченко, научный сотрудник НОЦ «Нанотехнологии» Инженерной школы ДВФУ, один из разработчиков технологии | |
Второе — с помощью лазера можно менять видимый цвет фрагмента перовскита без красителя. Материал может казаться глазу желтым, черным, синим, красным, в зависимости от ваших задач.
| | «Лазер, чтобы придать окрас поверхности, наносит специальные наноструктуры с определенным периодом. Это нужно для создания солнечных батарей всех цветов радуги. Современная архитектура позволяет покрыть солнечными батареями хоть всю поверхность здания, но далеко не все заказчики хотят однотонные черные панели. С помощью цветных батарей небоскреб может быть желтым, синим, красным и все равно работать всеми своими стенами и крышей как солнечная батарея. Да, энергоэффективность будет меньше, чем у черных фотоэлементов, но все равно выше, чем у простых стен», отметил Сергей Макаров, ведущий научный сотрудник Нового физтеха Университета ИТМО | |
Третье применение — создание нанолазеров для оптических сенсоров и оптических чипов, информация в которых будет передаваться не за счет движения электронов, а за счет движения фотонов.
Простое, быстрое и дешевое производство таких элементов, по мнению ученых ДВФУ, приблизит новую эпоху вычислительной техники, которая будет работать на принципах контролируемого излучения света. Обработка перовскитов по предложенной технологии дает шанс создавать тысячи, даже сотни тысяч нанолазеров в минуту. Промышленное внедрение технологии значительно приблизит мир к созданию оптических компьютеров.
| | «Еще одна особенность технологии в том, что можно проводить послойное утончение перовскита с высокой точностью. Это дает возможность изготавливать трехмерные перовскитные микроструктуры и более сложные формы светоизлучающих и оптоэлектронных устройств с расширенным функционалом. Например, можно изготовить миниатюрный лазер, излучающий вихревой лазерный пучок, необходимый для сверхплотной передачи информации. Важно, что светоизлучающие свойства материала, оставшегося после лазерного испарения, даже улучшаются. Это происходит, потому что меняется химический состав поверхности, а вместе с этим дефекты от лазерного воздействия пассивируются», отметил Александр Кучмижак, научный сотрудник Центра НТИ ДВФУ по нейротехнологиям, технологиям VR/AR | |
В работе приняли участие ученые из ДВФУ, Университета ИТМО, Объединенного института высоких температур (РАН), Института автоматики и процессов управления (ИАПУ, ДВО РАН), Рурского университета в Бохуме (Германия), Токайского университета (Япония), Технологического университета Суинбурна (Австралия).
Смотрите также
