Фото: Маргарита Ерукова

Функциональные элементы в стекле: ученые создадут наноструктуры в композитных материалах с помощью лазеров

Композитные наноструктуры для создания «лабораторий на чипе», новых устройств оптической памяти и других приложений будут разрабатываться Университетом ИТМО совместно с Университетом Жана Монне (Франция). В качестве базового элемента для наноструктур будут использоваться пористые стекла, которые которые при локальном допировании другими веществами и под воздействием лазера образуют различные по свойствам композиты. Международная научная группа продолжит начатые в лаборатории «Лазерных микро- и нанотехнологий» исследования механизмов взаимодействия лазерного излучения с композитами, что необходимо для функционализации наноструктур. Работа будет осуществляться на средства гранта Федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014−2020 годы».

Идея проекта заключается в том, чтобы создать структуры, которые смогут стать функциональными элементами для устройств микро- и оптофлюидики, лабораторий типа lab-on-chip, микроаналитических систем. Оптофлюидика — это наука о том, как с помощью света можно управлять микропотоками жидкости, что перспективно в области быстрой медицинской диагностики в том числе. Примером микроаналитических систем может служить интегральный газоанализатор — устройство, которое может детектировать одновременно большое количество примесей в воздухе, прореагировав с ними на химическом уровне за счет имеющихся в его структуре элементов. «Лаборатории на чипе» — это, упрощенно, общее название подобных систем, включающих в себя микроустройства с разными функциями.

Для создания таких структур путем локального управления пористостью (а следовательно, плотностью, оптическими и другими свойствами стекла) используются фемтосекундные лазеры. Разнообразные воздействия излучения таких лазеров позволяет получать различные наноструктуры, в которых меняются физические свойства (подробнее о действии фемтосекундных лазеров можно прочитать здесь). Благодаря этому их можно совмещать с различными веществами, получая композиты, и тем самым расширять спектр их возможного применения.

Ученые Университета ИТМО и Университета Жана Монне будут исследовать использование пористого кварцевого стекла для получения таких наноструктур. Это вещество было выбрано неслучайно. Дело в том, что подобные стекла более чем на 95% состоят из оксида кремния — механически прочного, термически, электрически, оптически и химически стойкого материала. Однако по этой же причине структуру кварцевого стекла, также состоящего из оксида кремния, сложно изменять. Применение пористого кварцевого стекла для этих целей выглядит привлекательным, поскольку в этот материал относительно легко встраивать различные наночастицы, чувствительные к лазерному излучению.

Заведующий кафедрой лазерных технологий и систем Вадим Вейко (второй справа) и сотрудники подразделения
Заведующий кафедрой лазерных технологий и систем Вадим Вейко (второй справа) и сотрудники подразделения

«Чтобы это сделать, надо взять подходящий лазер, направить его на образец стекла, задать программу его движения, чтобы он выжег в стекле поры в виде микрорешеток или каналов. При этом свойства образовавшейся трехмерной структуры будут полностью зависеть от режима лазера. В одном случае, например, под его воздействием будет образовываться микроплазма, в другом — происходить процесс уплотнения вещества. Применение пористых стекол расширяет возможности изготовления различных композитов, так как мы можем управлять их параметрами с помощью лазерного воздействия», — прокомментировал заведующий лабораторией «Лазерных микро- и нанотехнологий», профессор кафедры лазерных технологий и систем Вадим Вейко.

Таким образом, международная научная группа также будет изучать необходимые параметры лазерного воздействия для получения тех или иных наноструктурых композитов. В этом смысле команда займется созданием новых технологий, которые будут внедряться в реальное производство. Индустриальным партнером исследований является ООО «Лазерный центр». К тому же, по условиям полученного гранта, разработка методик изготовления новых наноразмерных систем должна вестись с применением уже существующего технологического оборудования для повышения эффективности его работы.

«Кроме того, цель гранта — это проведение международных исследований, обмен опытом между двумя университетами. Французская сторона будет заниматься моделированием, а мы в основном экспериментальной работой. Вместе мы будем разрабатывать макеты экспериментальных установок для получения новых устройств для целей нанофотоники», — объяснил ассистент кафедры ЛТС Максим Сергеев.

Сейчас научные группы Университета ИТМО и Университета Жана Монне готовятся к первой совместной встрече. Субсидирование по гранту рассчитано на три года.

Редакция новостного портала
Архив по годам:
Пресс-служба