The object of research, development or design (in Russian) : Фазово-трансформированные наноструктурах из оксида галлия

The object of research, development or design (in Kazakh) : Фазасы түрленетін наноқұрылымды галий оксиді

Aim of work (in Russian) : Провести фундаментальное исследование нано- и микромасштабного теплового транспорта в фазово-трансформированных интерфейсных термических наноструктурах из оксида галлия, созданных с помощью высокоточной ионно-лучевой инженерии, для достижения предсказательного понимания характеристик теплового транспорта в будущих системах силовой электроники и термоэлектрических системах.

Aim of work (in Kazakh) : Болашақ қуатты электроника мен термоэлектрлік жүйелеріне бағытталған нано- және микромасштабта жылу энергиясын болжамды түрде басқаруына қол жеткізу үшін жоғары дәлдіктегі иондық сәулелік инженерияның әдісімен, фазасы түрленетін наноқұрылымды галий оксидінің жылу алмасу құбылысын іргелі зерттеуді жүргізу.

Методы исследования (на русском) : Образцы β-Ga2O3 были облучены ионами в кэВ и МэВ диапазоне на тандемном ионном ускорителе NEC с энергией 1 MeV в Университете Осло, Норвегия. Рентгеновская дифракция проводилась с использованием дифрактометра Bruker AXS D8 Discover, а измерения Резерфордовского обратного рассеяния проводились с использованием 1,6 МэВ He+. В Центре HRTEM, Университета Нельсона Манделы в Южной Африке были получены изображения с просвечивающей электронной микроскопии при 200 кВ на микроскопе JEOL ARM 200F. Измерения теплопроводности выполнялись методами термоотражение во временной и частотной области в НУ. Шероховатость поверхности измеряли с помощью атомно-силовой микроскопии AIST-NT SmartSPM 100. Наконец, моделирование теплового переноса было выполнено с использованием высокопроизводительного вычислительного комплекса NU High-Performance HPC-Shabyt.

Методы исследования (на казахском) : β-Ga₂O₃ үлгілері Норвегиядағы Осло университетінің 1 МэВ тандем NEC иондық үдеткішінде кэВ және МэВ энергиялы иондармен сәулелендірілді. Рентгендік дифракция Bruker AXS D8 Discover дифрактометрінде жүргізілді, ал Резерфордтың артқы шашырауы және каналдану өлшемдері 1.6 МэВ He⁺ иондары арқылы орындалды. Жоғары ажыратымдылық жарықтандырғыш электронды микроскоп бейнелері 200 кВ жүктемесінде Оңтүстік Африкадағы Нельсон Мандела университетінің HRTEM орталығында орнатылған JEOL ARM 200F микроскопында алынды. Жылу өткізгіштік өлшеулері Назарбаев университетінде уақыттық және жиілік доменді жылушағылыс әдістерімен орындалды. Беттің морфологиясы AIST-NT SmartSPM 100 атомдық-күштік микроскопиясы арқылы анықталды. Соңында, жылу тасымалын модельдеу Назарбаев университетінің жоғары өнімді есептеу жүйесі HPC-Shabyt арқылы жүргізілді.

Obtained results and novelty (in Russian) : В данном проекте мы продемонстрировали управление тепловыми свойствами Ga2O3 с помощью высокоточной ионно-лучевой инженерии. В частности, были изготовлены двойные гетероструктурные пленки γ/β-Ga2O3 и наноструктуры путем облучения β-Ga2O3 ионными пучками в диапазоне энергий от кэВ до МэВ. Также, были получены периодические сверхрешетки, состоящие из γ- и β-фаз, для управления теплопроводностью, а также исследовано их теплопроводимость интерфейсов. Данный проект успешно продемонстрировал контролируемое формирование гетероструктур γ/β-Ga₂O₃ с использованием ионно-лучевой инженерии. Комплексные измерения теплопереноса и моделирование показали, что эти структуры демонстрируют регулируемую теплопроводность, включая изменение теплопроводности на порядок величины в пределах одной и той же материальной системы. Исключительно высокая теплопроводимость, наблюдаемая на γ/β-интерфейсах, можно объяснить эффективным фононным взаимодействием и когерентностью интерфейсов.

Obtained results and novelty (in Kazakh) : Бұл жобада біз жоғары дәлдіктегі ион-сәулелік инженерияны қолдана отырып, Ga2O3 жылу қасиеттерін басқаруды көрсеттік. Атап айтқанда, біз кэВ-ден МэВ-қа дейінгі энергия диапазонында иондық сәулелермен β-Ga2O3 сәулелену арқылы қос гетероструктуралы γ/β-Ga2O3 қабықшалары мен наноқұрылымдарын жасадық. Біз сондай-ақ жылу өткізгіштігін бақылау үшін γ- және β-фазалардан тұратын периодты суперторларды жасай отырып, олардың интерфейстік жылу өткізгіштігін зерттедік. Бұл жоба иондық сәулелік инженерияны пайдалана отырып, басқарулы γ/β-Ga₂O₃ гетероқұрылымдарының түзілуін сәтті көрсетті. Жылу тасымалының кешенді өлшеулер мен модельдеу нәтижелері бұл құрылымдардың реттелетін жылу өткізгіштік қасиетке ие екенін көрсетті, сонымен қатар бір материал жүйесінде жылу өткізгіштіктің шамамен бір реттік айырмашылығын байқауға болады. γ/β интерфейстерінде байқалатын ерекше жоғары жылу өткізгіштікке тиімді фонондық өзара әрекеттесу мен интерфейстің когеренттілігіне жатқызуға болады.

The main constructive and technical economic indicators (in Russian) : В рамках проекта была разработана и реализована технология ионно-лучевой инженерии оксида галлия (Ga₂O₃) для формирования двойных гетероструктур γ/β-Ga₂O₃ и наноразмерных сверхрешёток с управляемыми тепловыми свойствами. В результате исследований были получены новые материалы с регулируемой теплопроводностью и высокой теплопроводностью границ раздела, что открывает возможности для эффективного отвода тепла в силовой электронике и термоэлектрических системах.

The main constructive and technical economic indicators (in Kazakh) : Жоба аясында галлий оксидінің (Ga₂O₃) ионды-сәулелік инженерия технологиясы әзірленіп, γ/β-Ga₂O₃ қос гетероқұрылымдарын және жылу қасиеттерін басқаруға болатын наномасштабты суперторлар қалыптастыру жүзеге асырылды. Зерттеу нәтижесінде жылуөткізгіштігі реттелетін және интерфейс шекарасында жоғары жылуөткізгіштікке ие жаңа материалдар алынды. Бұл жетістік қуатты электроника мен термоэлектрлік жүйелерде жылуды тиімді таратуға мүмкіндік береді.

Level of implementation (in Russian) : По результатам исследования опубликованы статьи в международных рецензируемых научных журналах.

Level of implementation (in Kazakh) : Зерттеу нәтижелері бойынша халықаралық рецензияланатын ғылыми журналдарда мақалалар жарияланды.

Efficiency (in Russian) : Эффективность проекта заключается в получении новых научных результатов и разработке технологически и экономически оправданного метода ионно-лучевой инженерии оксида галлия (Ga₂O₃), который позволяет формировать фазовые γ/β-гетероструктуры с управляемыми тепловыми свойствами, обеспечивая повышение эффективности теплопереноса, снижение производственных затрат и открывая возможности практического применения в силовой электронике и термоэлектрических системах Казахстана.

Efficiency (in Kazakh) : Жобаның тиімділігі галлий оксиді (Ga₂O₃) материалын ион-сәулелік инженерия әдісі арқылы γ/β-гетероқұрылымдарға түрлендіру негізінде жаңа ғылыми нәтижелерге қол жеткізуде және жылу қасиеттерін басқаруға болатын материалдарды алу үшін технологиялық әрі экономикалық тұрғыдан тиімді тәсілді әзірлеуде көрініс тапты; бұл әдіс жылуөткізгіштікті арттыруға, өндірістік шығындарды азайтуға және алынған материалдарды қуатты электроника мен термоэлектрлік жүйелерде қолдануға мүмкіндік береді.

Field of application (in Russian) : Силовая электроника и термоэлектрические устройства.

Field of application (in Kazakh) : Қуатты электроника және термоэлектрлік құрылғылар.