создание инновационных продуктов (прикладные НИР, НИОКР)

Institute for Theoretical and Applied Electromagnetics
RAS
Moscow, 125412, Russia. Tel: +7(495)485-9344; fax:
+7(495)484-2633; e-mail: nanocom@yandex.ru
«Некоторые проблемы инновационного
развития организаций РАН».
И.А. Рыжиков , ИТПЭ РАН
1/32
Составляющие инновационного процесса
Формирование инновационной среды:
- генерация знаний;
- подготовка кадров;
- создание инновационных продуктов (прикладные НИР, НИОКР);
- создание системы привлечения финансовых ресурсов.
Необходимые условия для старта самоподдерживающегося инновационного
процесса:
- конкурентоспособная оплата труда;
- постоянная модернизация оборудования;
- наличие прибыли;
- наличие базовых основных средств и оплаты труда.
2/32
Схема финансирования инновационных
процессов в ИТПЭ РАН
ФПСР(формирование ИС –
прикладные НИР, НИОКР)
Бюджет РАН(базовая оплата
труда, основные средства)
Программы РАН
(НИР) – генерация знаний,
мобильность
Гранты РФФИ, ФЦНТП
( НИР, поставка научного
Инновации
(конкурентная оплата
труда, апгрейд
оборудования,
генерация знаний,
развитие персонала,
создание
инновационных
продуктов
оборудования, мобильность,
генерация знаний)
Контракты на выполнение
НИОКР и оказание НТУ –
формирование прибыли
Подготовка специалистов
3/32
НАНОТЕХНОЛОГИЯ
ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ MATEРИАЛОВ
Технология формирования
с использование СЗМ
Технология нанокомпозитов с
заданными свойствами
Физика и химия
тонкопленочных и
нанодисперсных структур
Нанокристаллические,
нанопористые и
нановолокнистые материалы
Нанотехнология
функциональных
материалов
Наноразмерные
монокристаллические
полупроводниковые структуры
Обработка и исследование
поверхности
Процессы
микроэлектроники
4/32
НАНОТЕХНОЛОГИЯ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ
MATEРИАЛОВ
Функциональные покрытия и материалы с заданными и управляемыми
оптическими и микроволновыми характеристиками
Микросенсоры, микропреобразователи и микроактуаторы
Элементы ближнепольной оптики и наноплазмоники
Метаматериалы и нанокомпозиты
Интеллектуальные материалы и покрытия
5/32
Технологии тонкопленочных структур и функциональных
нанокомпозиционных материалов
Основные направления исследований и разработок:
• Металло-полимерные магнитные тонкопленочные
структуры.
• Прозрачные прводящие покрытия.
• Системы на основе тонких пленок фотополупроводников
CdS-CdSe.
• Нанопористые тонкие пленки.
• Полупроводниковые химические газовые сенсоры на
основе тонких пленок оксидных полупроводников.
• Формирование наноразмерных объектов с
использованием СЗМ
• Интеррференционные фильтры
• Поглощающие и излучающие покрытия микроволнового
диапазона.
• Функциональные и интеллектуальные материалы и
покрытия.
• Металло-полимерные и металло-оксидные нанокомпозиты.
• Тонкопленочные магнито-импедансные и магниторезистивные датчики.
• Наноструктурные многофункциональные тонкопленочные
покрытия для водородных топливных элементов.
6/32
Технологии применяемые для создания
наноструктурированных тонкопленочных материалов
Резистивное, магнетронное, электронно- и ионно-лучевое
распыление тонких пленок металлов, полупроводников и
диэлектриков.
Фотолитография.
Ионно-лучевое, плазмо-химическое и химическое травление.
Жидкофазное, вакуумное и газотранспортное нанесение
полимеров.
СЗМ с возможностью формирования наноструктур и
модификации поверхности.
7/32
История: от МПЭ квантово-размерных структур к
наноформированию с помощью СТМ
Установка для формирования тонкопленочных
структур методом молекулярно-пучковой
эпитаксии(1987 год)
Растровая электронная микрофотография
скола зарощенной меза-полосковой
лазерной структуры
Au
Установка для исследования СТМ-стимулированных
процессов наноформирования (1991 год)
Стадия нанесения золотого контакта
8/32
1
3
4
2
a
a a
b
Lsplit Lsplit
Lsplit
bb
c
L
Lproxim
c c proximLproxim
Наноформирование: темные стрелки — направление движения иглы СТМ (1) и тока,
(2) — подложка, светлые стрелки  потоки адсорбции и десорбции в газовой среде (3), (4)
— полосковая структура; а — формирование рельефного проводящего полоска; b —
“эффект расщепления”, c — формирование диэлектрического полоска и “эффект
близости”
СТМ-изображение
проводящей решетки,
сформированной
на поверхности SiWx в
парах диэтилового эфира.
Размер кадра: 11 мкм
СТМ-изображение
полосковой проводящей
структуры, сформированной
на поверхности SiWx в парах
диэтилового эфира. Размер
кадра: 11 мкм
СТМ-изображение
сопряжения круглой
и прямоугольной
непроводящих
наноразмерных
областей
9/32
Формирование наноструктурированных пленок Fe – FeN с
заданными высокочастотными свойствами на полимерных
подложках методом магнетронного распыления в вакууме
140
m
120
FeN - m''(f)
medium
concentration
100
FeN - m''(f)
maximum
concentration
of N
Fe - m''(f)
80
60
40
20
0
-20
0.1
1
f, GHz
10
I. T. Iakubov, I. A. Ryzhikov at al. JMMM, 2005
10/32
Наноструктурированные тонкопленочные
композиты
Возможные применения:
радиопоглощающие покрытия, СВЧ
фильтры, резонаторы, антенны, и пр.
Тонкие
ферромагнитные
пленки
Частота, ГГц
Тонкие ферромагнитные пленки имеют
наибольшую СВЧ магнитную проницаемость
среди всех магнитных материалов
0
Нанокомпозиты
на основе тонких
ферромагнитных
пленок
03090705
0
70 нм
Частота 3.0 ГГц, Е - VV
Пластина 152<152 мм
-5
1 - металлическая пластина
1- с РПП "Наполеон-1" (1.3 мм)
2 - с РПП РАН-1М (1.5 мм)
ЭПР, дБ
-10
-15
-20
Частота, ГГц
-25
A.N. Lagarkov, ETOPIM 2007
-30
-120
-90
-60
-30
0
Угол азимута, град
30
60
90
120
11/32
Формирование пленок ITO с
заданным спектром поглощения
12/32
13/32
14/32
Relative thickness alteration, %
25
20
15
10
5
0
-5
-10
-15
15/32
Трехмерные наноструктурированные металл– полимерные
пленки с заданными оптическими характеристиками,
полученными с использованием плазмохимического
травления через наноразмерную золотую маску
I.A. Ryzhikov at al. BIANISOTROPICS 2004, September 22-24, Ghent, Belgium
16/32
Атомно-силовая микроскопия.
Изображения поверхности образцов типа O2/Au/CH4
с различным количеством циклов отжига (N)
17/32
18/32
Особенности фотопроводимости нанопористых
гранулярных композитов на основе соединений CdSe – CdS.
И.А. Рыжиков и др. Радиотехника и электроника, 2008
19/32
Структура композита
20/32
Схема работы управляемого радиоотражающего
покрытия обтекателя антенны радиолокатора
Design A
Source of light
R,
kOhm / 
Cd(S,Se)
Light “OFF”
1000,0
100,0
Radome coated by a
photosensitive film
Design B
100,0
Available
10,0
1,0
0,1
Needed
Light “ON”
0,01
10
1000
Illumination, lux
Screen of low-observable shape
Performance of the photosensitive films
Kissel at al. ICMAT 2007,1-6 July 2007. SUNTEC,Singapore
21/32
Особенности фотопроводимости нанопористых
гранулярных композитов на основе соединений CdSe – CdS.
И.А. Рыжиков и др. Радиотехника и электроника, 2008
22/32
Экстраординарное прохождение света через
случайно расположенный массив субволновых
отверстий
b
23/32
Экспериментальные данные о прохождении света через
пленки серебра осажденные на поверхность молекулярного
фильтра(кривая 2) и на поверхность сплошной полимерной
пленки (кривая 1).
24/32
Компактные топливные элементы
CFC features:
Sensors in “stand by” mode 0.1 mW
Sensors in operation
10100 mW
Cell phone
1W
Pocket PC
12 W
XXI soldier
30 W, 2 kW·h
Pt < 0.1 mg/cm2
Dimensions ~ 220.2 cm3
Consumtion Pt < 0.1 mg/см2
ИТПЭ РАН
Gas-transport electrode
1-2 cm
Membrane
1-3 mm
30-100 mm
Gas-transport electrode
25/32
Морфология катализатора на поверхности мембраны
Метод исследования: атомно-силовая микроскопия
Поверхность нафиона до нанесения платины
Поверхность нафиона с нанесенной магнетроном платиной
Поверхность нафиона с нанесенной магнетроном платиной,
подвергнутого ионно-плазменной обработке
26/32
Установка для нанесения пара-поли-ксилилена
методом полимеризации в вакууме
27/32
Защита многослойных функциональных покрытий
Структура покрытия
1.
2.
3.
4.
1. Защитное покрытие
полипараксилилена
толщиной 15 мкм.
2. Адгезионный подслой
3. Функциональный слой
4. Полимерная подложка
Элемент полимерной оптики
Селективное покрытие
(элемент солнечного коллектора)
28/32
Модификация МДО покрытий полипараксилиленом
•Образцы структурированного
покрытия оксида сплава АМГ-3 были
получены микродуговым оксидированием
(МДО).
•Такие покрытия применяются в качестве
коррозионностойких электродов
• Остаточная сквозная пористость
полученного слоя является
дефектом и негативно отражается на
функциональных характеристиках МДО
слоя.
•Поры в структурированном слое
заполнялась
полипараксилиленом.
•До и после обработки образцов
полипараксилиленом измерялось
пробивное напряжение и сквозная
пористость полученных МДО
структурированных слоев.
29/32
Установка синтеза металлополимерных композитов
•Напыление защитных
полимерных покрытий
•Синтез металлополимерных композитов
•“In situ” измерение
электрофизических
характеристик покрытий
30/32
Образцы металлополимерного композита
0 об.%
1.5об.%
2 об.%
4 об.%
5.3 об.%
6 об.%
8 об.%
•Увеличение концентрации серебра в
композите приводит к изменению
цвета, что связано с эффектом
плазмонного резонанса на частицах
серебра. Увеличение концентрации
серебра приводит к уменьшению
плотности наночастицы (кластера),
что сопровождается уменьшением
эффективной диэлектрической
проницаемости кластера и приводит
к сдвигу резонансной частоты.
Appl Phys A (2010) Epsilon-near-zero
material as a unique solution to three
different approaches to cloaking.
E. O. Lisnev, A. V. Dorofeenko,
A. P. Vinogradov.
31/32
Большая безэховая камера ИТПЭ РАН
32
32/32
Экспериментальные образцы
метаматериалов
33
33/32
Производственные мощности ИТПЭ РАН
34
34/32
Промышленное производство РПП
35
35/32
Испытательное оборудование
36
36/32
Выводы
•
Использование технологий применяемых в микроэлектронике в сочетании с
обратной связью основанной на контроле размерности получаемых структур
на нанометровом уровне дает возможность получения материалов с
уникальными свойствами и с заданной функциональностью.
•
Создание тонкопленочных структур с многоуровневой организацией и
нанометровой размерностью активных слоев – реальный путь создания
сверхлегких и сверхтонких РПП.
•
Наноструктурирование поверхности позволяет существенно повысить
управляемость технологии создания оптически прозрачных теплозащитных и
радиоотражающих покрытий.
•
Металлополимерные нанокомпозиты могут использоваться в качестве сред с
заданными оптическими и электрофизическими свойствами
•
Модификация границ раздела гранулярных нанопористых полупроводников
дает возможность получения материалов с уникальными значениями
фоточувствительности и создания экранов с управляемыми спектральными
характеристиками.
37/32