The object of research, development or design (in Russian) : Композитные материалы на основе аморфных гидрогенизированных алмазоподобных углеродных пленок модифицированных наночастицами палладия и иридия.

The object of research, development or design (in Kazakh) : Палладий мен иридий нанобөлшектерімен модификацияланған аморфты гидрогенизделген алмаз тектес көміртек қабыршақтарына негізделген композиттік материалдар.

Aim of work (in Russian) : Целью проекта является проведение структурно-примесной модификации HDLC пленок путем изменения технологических параметров синтеза и добавления наночастиц металлов – платиноидов (Ir, Pd, Ir+Pd), используя метод магнетронного распыления. Выявить влияние условий синтеза, концентрации и размеров наночастиц Ir, Pd, Ir+Pd на формирование структуры и свойства нанокомпозитных HDLC пленок.

Aim of work (in Kazakh) : Жобаның мақсаты – магнетронды тозаңдандыру әдісін қолдана отырып, синтездеудің технологиялық параметрлерін өзгерту және платина тобы металдарының нанобөлшектерін –(Ir, Pd, Ir+Pd) қосу арқылы HDLC қабықшаларының құрылымдық – қоспалық модификациясын жүргізу. Синтездеу шарттарының және Ir, Pd, Ir+Pd нанобөлшектерінің концентрациясы мен өлшемдерінің HDLC нанокомпозиттік қабықшаларының құрылымының қалыптасуын мен қасиеттеріне әсерін анықтау.

Методы исследования (на русском) : Морфология и структура поверхности синтезируемых пленок будет изучаться методом сканирующей электронной микроскопии (СЭМ) на микроскопе Quanta 3D 200i (FEI Company, США). Оценка концентрации Pd и Ir в HDLC нанопленке будет проводиться методом энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии. Устройство для данного анализа EDAX (AMETEC, США) является приставкой к СЭМ (Quanta 3D 200i). Методами атомно-силовой микроскопии (АСМ) будут проведены исследования морфологии и фазового контраста поверхности пленок на установках NTegra Therma и Solver Spectrum (NT-MDT, Russia). Методом рамановской спектроскопии будет изучена локальная структура пленок HDLC на установке Solver Spectrum (NT-MDT, Russia). Оптические характеристики синтезируемых пленок, а именно оценка оптической ширины запрещенной зоны будет проведена по спектрам пропускания и отражения на спектрофотометре Lambda 35 (Perkin Elmer, USA). Кроме этого, одним из важных методов исследования оптических характеристик пленок является метод эллипсометрии. В проекте измерение пленок будет проводиться на эллипсометре UVISEL Plus (Horiba Ltd., Jobin Yvon, Japan). Проведены дополнительные исследования и выявлены особенности зонной структуры и концентрации модифицирующих элементов методом РФЭС-измерения с использованием фотоэлектронного спектрометра «Escalab 250Xi» с излучением AlKα (энергия фотонов 1486,6 эВ).

Методы исследования (на казахском) : Синтезделген қабыршақтардың морфологиясы мен беттік құрылымы Quanta 3D 200i (FEI Company, АҚШ) сканерлеуші электрондық микроскопы (СЭМ) арқылы зерттеледі. HDLC наноқабыршағындағы Pd және Ir элементтерінің концентрациясы энергия-дисперсиялық рентгендік спектроскопия әдісімен бағаланады. Бұл талдауға арналған EDAX (AMETEC, АҚШ) құрылғысы СЭМ (Quanta 3D 200i) микроскопына қосымша ретінде қолданылады. Атомдық-күштік микроскопия (АКМ) әдістері арқылы қабыршақтардың морфологиясы мен беттік қабатының фазалық контрасты NTegra Therma және Solver Spectrum (NT-MDT, Ресей) қондырғыларында зерттеледі. Раман спектроскопиясы әдісімен HDLC қабыршақтарының аумақтық құрылымы Solver Spectrum (NT-MDT, Ресей) қондырғысында зерттеледі. Синтезделген қабыршақтардың оптикалық сипаттамалары, атап айтқанда тыйым салынған аумақтың оптикалық ені, Lambda 35 (Perkin Elmer, АҚШ) спектрофотометрінде алынған жұтылу және шағылу спектрлері бойынша бағаланады. Бұдан бөлек, қабыршақтардың оптикалық қасиеттерін зерттеудің маңызды әдістерінің бірі – эллипсометрия. Жобада өлшеулер UVISEL Plus (Horiba Ltd., Jobin Yvon, Жапония) эллипсометрінде жүргізіледі. Қосымша зерттеулер жүргізіліп, зоналық құрылымның ерекшеліктері мен модификациялаушы элементтердің концентрациясы РФЭС әдісі арқылы, AlKα сәулеленуі (фотон энергиясы 1486,6 эВ) бар «Escalab 250Xi» фотоэлектрондық спектрометрінде анықталды.

Obtained results and novelty (in Russian) : Проведены исследования по синтезу композитных материалов на основе аморфных гидрогенизированных алмазоподобных углеродных (a-HDLC) плёнок, модифицированных палладием и иридием. Данные работы проведены впервые, приоритет за КазНУ им. аль-Фараби. Определены оптимальные условия получения плёнок a-HDLC, в частности, скорости подачи водорода и аргона в рабочую камеру синтеза. Проведена обширная работа по исследованию влияния условий синтеза на структурные характеристики плёнок. Исследование локальной структуры методом рамановской спектроскопии показало эволюцию соотношения кластеров с sp²- и sp³-гибридизацией атомных орбиталей в зависимости от концентрации легирующих примесей. Просвечивающая электронная микроскопия выявила, что атомы Ir и Pd распределяются неравномерно по объёму образца, склонны к агломерации и образуют наночастицы. Установлено, что формирующиеся в процессе синтеза наночастицы оказывают существенное влияние на структурную организацию плёнок, способствуя постепенному переходу структуры от алмазоподобной к графитоподобной.

Obtained results and novelty (in Kazakh) : Палладий және иридиймен модификацияланған аморфты гидрогенизделген алмаз тектес көміртек (a-HDLC) қабыршақтарына негізделген композиттік материалдарды синтездеу бойынша зерттеулер жүргізілді. Бұл жұмыстар алғаш рет орындалып, олардың басымдығы әл-Фараби атындағы ҚазҰУ-ге тиесілі. a-HDLC қабыршақтарын алу үшін сутегі мен аргонның жұмыс камерасына берілу жылдамдықтары сияқты оңтайлы синтез шарттары анықталды. Синтез шарттарының қабыршақтардың құрылымдық сипаттамаларына әсерін зерттеу бойынша ауқымды жұмыс жүргізілді. Раман спектроскопиясы әдісі арқылы аумақтық құрылымды зерттеу кезінде атомдық орбитальдардың sp2 және sp3 гибридизация кластерлерінің қатынасы легирлеуші қоспалардың концентрациясына байланысты өзгеретіні анықталды. Электрондық жарықтандырушы микроскопия нәтижесінде Ir және Pd атомдарының қаыбршақтың көлемі бойынша біркелкі таралмайтыны, агломерацияға бейім болып, нанобөлшектер түзетіні анықталды. Синтез процесінде түзілетін бұл нанобөлшектер қабыршақтардың құрылымдық ұйымдасуына айтарлықтай әсер етіп, құрылымның алмаз тектес түрінен графит тектес түрге біртіндеп ауысуына ықпал ететіні анықталды.

The main constructive and technical economic indicators (in Russian) : Показано, что Ir, Pd, Ir+Pd существенно влияют на плотность локализованных состояний края валентной зоны и это приводит к изменению электронных свойств; Исследования структуры a-HDLC пленок выявило, что иридий наиболее существенно влияет на формирование структуры a-HDLC пленок чем пленки с палладием и уже при концентрациях 1,9 ат.% иридия при мощности 14 Вт на кремниевых подложках наблюдаем переход в графитоподобную фазу; Темновая проводимость a-HDLC пленок при мощности синтеза 14 W до концентраций 3 ат.% палладия изменяется в 10^10 раз; Ir и Pd взаимно растворимы и формируют наночастицы с равномерным распределением атомов. При двойном легировании происходит комплексное влияние: Ir определяет структурную организацию, а Pd — электронную и оптическую реакцию системы. В результате формируется нанокомпозитная структура с характерной неоднородностью по sp²/sp³-кластеризации и выраженными нелинейными оптическими свойствами; Показатель преломления n(E) и ширина запрещённой зоны Eg изменяются нелинейно с ростом концентрации металлических наночастиц и мощности синтеза. Увеличение Pd приводит к смещению максимума n(E) в длинноволновую область, росту электронной поляризуемости и появлению признаков нелинейных оптических эффектов. Электропроводность σ увеличивается экспоненциально после перколяционного порога (~4 ат.% Pd), отражая переход к проводящей сети наночастиц в углеродной матрице.

The main constructive and technical economic indicators (in Kazakh) : Ir, Pd және Ir+Pd элементтері валенттік аймақ шетінің локализацияланған күйлерінің тығыздығына едәуір әсер ететіні және бұл электрондық қасиеттердің өзгеруіне әкелетіні көрсетілді; a-HDLC қабыршақтарының құрылымын зерттеу иридийдің a-HDLC қабыршақтарының құрылымының түзілуіне палладийге қарағанда әлдеқайда күшті әсер ететінін көрсетті. Иридийдің 1,9 ат.% концентрациясында және 14 Вт қуатта кремнийлі төсеніштерде графит тектес фазаға өту байқалды; a-HDLC қабыршақтарының күңгірт өткізгіштігі синтез қуаты 14 Вт кезінде палладий концентрациясы 3 ат.% болғанға дейін 10^10 есеге өзгереді. Ir және Pd өзара ериді және атомдардың біркелкі таралуымен нанобөлшектерді құрайды.Қос легирлеу кезінде күрделі өзара әсер байқалады: Ir қабыршақтардың құрылымдық ұйымдасуын айқындайды, ал Pd - жүйенің электрондық және оптикалық реакциясына әсер етеді. Нәтижесінде sp2/sp3 кластерленудің айқын әртектілігі бар және айқын көрінетін бейсызық оптикалық қасиеттермен сипатталатын нанокомпозиттік құрылым түзіледі; Сыну көрсеткіші n(E) мен тыйым салынған аумақтың ені Eg металл нанобөлшектерінің концентрациясы мен синтез қуатының артуымен бейсызық түрде өзгереді. Pd мөлшерінің көбеюі n(E) максимумының ұзын толқын аумағына ығысуына, электрондық поляризацияның артуына және сызықтық емес оптикалық әсерлердің пайда болуына әкеледі. Электр өткізгіштік σ перколяциялық шегінен кейін экспоненциалды түрде артады(~4 ат.% Pd), көміртек матрицасындағы нанобөлшектердің өткізгіш торына ауысуды көрсетеді.

Level of implementation (in Russian) : Работа на стадии проведения фундаментальных исследований, внедрения на данном этапе нет.

Level of implementation (in Kazakh) : Жұмыс іргелі зерттеулер жүргізу сатысында, бұл кезеңде еңгізу қарастырылмаған.

Efficiency (in Russian) : Разрабатываются методические рекомендации к применению исследуемых аморфных гидрогенизированных алмазоподобных углеродных пленок модифицированных металлами платиновой группы, иридием и палладием, для их применения в фотонике и оптоэлектронике.

Efficiency (in Kazakh) : Фотоника мен оптоэлектроникада қолдану үшін зерттелініп отырған платина тобының металдарымен, иридиймен және палладиймен модификацияланған аморфты гидрогенизделген алмаз тәрізді көміртек қабыршақтарын қолдануға арналған әдістемелік нұсқаулықтар әзірленуде.

Field of application (in Russian) : Проведенные исследования позволили выявить новые возможности применения аморфных гидрогенизированных алмазоподобных углеродных пленок модифицированных наночастицами палладия и иридия в области фотоники и электроники. Выявлены уникальные оптические свойства, которые могут быть применены в создании новых фотонных устройств, кроме этого, выявлены перколяционные свойства, связанные с размерными особенностями наночастиц и изменением структуры углеродной матрицы. Это позволит в разработке новых электронных устройств в нанотехнологии. Для развития электронной и оптоэлектронной промышленности.

Field of application (in Kazakh) : Жүргізілген зерттеулер палладий мен иридий нанобөлшектерімен модификацияланған аморфты гидрогенизделген алмаз тектес көміртек қабыршақтарының фотоника және электроника салаларында қолданудың жаңа мүмкіндіктерін анықтауға мүмкіндік берді. Зерттеу нәтижесінде жаңа фотондық құрылғыларды жасауға қолдануға болатын бірегей оптикалық қасиеттер айқындалды. Сонымен қатар, нанобөлшектердің өлшемдік ерекшеліктері мен көміртек матрицасының құрылымдық өзгерістеріне байланысты перколяциялық қасиеттер де анықталды. Бұл нанотехнология саласында жаңа электрондық құрылғыларды әзірлеуге мүмкіндік береді және электрондық пен оптоэлектрондық өнеркәсіпті дамытуға өз үлесін қосады.