Молодые ученые Самарского национального исследовательского университета им. С.П. Королёва (вуза-участника национального проекта "Наука и университеты") изготовили опытные образцы тонких наноструктурированных полупроводниковых пленок, которые можно будет использовать при создании высокочувствительных фотодетекторов для систем мониторинга, датчиков для оптоволоконных линий связи и медицинской спектроскопии. Наноматериал также может быть использован в перспективе для производства гибких солнечных батарей, которые можно будет в виде тонкой пленки закреплять прямо на одежде, рюкзаках, палатках и других вещах. Данный проект победил в конкурсе Президентской программы РНФ. При разработке использовались результаты исследований, полученные в рамках сотрудничества ученых Самарского университета им. Королёва с учеными из Саудовской Аравии и Индии. В настоящее время ведется тестирование опытных образцов.
- Ключевая цель нашего проекта заключается в создании быстрых, высокочувствительных и гибких детекторов инфракрасного излучения на основе наноструктур дисульфида титана. Инфракрасные фотодетекторы являются важнейшей частью устройств, применяемых в системах мониторинга, медицинской спектроскопии, в оптоволоконных линиях связи, робототехнике. Интересно отметить, что фотодетекторы на основе дисульфида титана можно использовать в суровых климатических условиях в диапазоне температур окружающей среды от -180℃ до +180℃. Толщина наноструктур дисульфида титана может составлять буквально несколько атомов, что делает подобный наноматериал почти прозрачным. В перспективе на основе синтезируемых наноматериалов можно будет также создавать более дешевые, более легкие и гибкие, как ткань, солнечные элементы, что позволит закреплять их в виде полупрозрачной пленки, например, на одежду, на любые предметы со сложной, изменяемой поверхностью. Можно будет даже разработать специальную ткань, производящую электричество для будущей "умной" одежды со встроенными электронными датчиками или гаджетами, - рассказал руководитель проекта доцент кафедры наноинженерии Самарского университета Нишант Трипати.
Как отметил ученый, в современных устройствах оптоэлектроники очень востребована именно гибкая конструкция инфракрасных фотодетекторов, чувствительных в максимально широком диапазоне длин волн. Это связано, в том числе, с массовым использованием в повседневной жизни различных "умных" устройств. Однако большинство применяемых сейчас в промышленности полупроводниковых материалов, например, таких, как кремний, обладают рядом недостатков: фотодетекторы на его основе способны эффективно обнаруживать сигнал лишь в узкой части спектра. Кроме того, такие детекторы, как правило, отличаются жесткостью конструкции и относительно медленным откликом на принимаемый сигнал, что критично для современных автоматических датчиков движения, требующих быстрого срабатывания.
Разработанный в университете гибкий наноматериал, согласно предварительным исследованиям, будет способен эффективно детектировать излучение в широком спектральном диапазоне. Чтобы максимизировать чувствительность фотодетектора и его обнаружительную способность, а также минимизировать время отклика и восстановления, ученые добавили в материал наночастицы золота и серебра - по словам разработчиков, это несильно повлияет на конечную стоимость будущих детекторов, она будет значительно ниже, чем у аналогов, применяемых в этой сфере в настоящее время.
- Затраты на производство наших фотодетекторов будут, безусловно, ниже, чем при выпуске традиционных фотодетекторов. Синтезированные наноматериалы смогут поглощать солнечное излучение в широком диапазоне, - подчеркнул Нишант Трипати.
В настоящее время в рамках проекта в Самарском университете им. Королёва изготовлены и исследуются опытные образцы гибких высокочувствительных фотодетекторов.
О проекте
Проект под названием “Разработка сверхбыстрого, высокочувствительного, гибкого детектора инфракрасного излучения для использования в широком диапазоне ИК спектра” победил в конкурсе Президентской программы Российского научного фонда (РНФ) по направлению "Проведение инициативных исследований молодыми учеными". Ранее авторами проекта была опубликована научная статья на тему разработки сверхчувствительного широкополосного фотодетектора на основе нанолистов TiS2. В статью вошли результаты, полученные в рамках сотрудничества ученых Самарского университета им. Королёва с учеными из Саудовской Аравии и Индии.
Кроме того, были синтезированы наноструктуры TiS3 и успешно протестированы для применения в качестве фотокатализатора для очистки воды, о чем также была опубликована научная статья.
Справочно
Президентская программа исследовательских проектов была разработана РНФ в 2017 году по поручению Президента России Владимира Путина. Ее основные задачи – поддержать долгосрочные проекты ведущих ученых и создать карьерные траектории для перспективных молодых исследователей.
