Обладнання

ОДМР спектрометр на базі установки «RadiopanSE/X-2243»	ЕПР спектрометр «RadiopanSE/X-2244» 3-см діапазону

ЕПР спектрометр «RadiopanSE/X-2547» 3-см діапазону	Спектрометр ПЭЯР «ЭЯ-1301»

Досягнення

Структурні та оптичні властивості порошків ZnS:Mn, синтезованих із різним співвідношенням Zn/Sу шихті

Марганець є важливою домішкою для сульфіду цинку, який створює яскраве помаранчеве світіння при фото- та електрозбудженні. Досліджено структурні та оптичні властивості ZnS:Mn, який було отримано методом високотемпературного саморозповсюджуючого синтезу (ВСС) із різним співвідношенням Zn/S у шихті: ZnS:Mn – стехіометричне співвідношення, ZnS(S):Mn – із надлишком сірки та ZnS(Zn):Mn – із надлишком цинку.

ПЕМ зображення порошків ZnS(S):Mn , ZnS:Mn та ZnS(Zn):Mn.

Нормовані спектри ЕПР та фотолюмінесценції порошків ZnS(S):Mn, ZnS:Mn та ZnS(Zn):Mn.

Виявлено, що для синтезованих методом ВСС порошків ZnS:Mn співвідношення Zn/S у шихті впливає на розмір кристалітів ZnS, відношення концентрацій політипів 2Н і 3С та люмінесцентні властивості. Найбільш однорідний розподіл кристалітів по розміру спостерігався при стехіометричному співвідношенні Zn/S, у той час як надлишок сірки приводить до появи великої кількості кристалітів малого розміру. Кристаліти всіх досліджених порошків мали гексагональну 2Н структуру з малими включеннями 3С-ZnS, кількість яких зростала зі збільшенням сірки у шихті. Максимальна кількість домішки Mn_Zn²⁺ спостерігалася для порошку ZnS:Mn.

Тонкі плівки BaTiO₃,отримані методом атомного пошарового осадження: підхід надґратки

Вирощування тонких плівок BaTiO3 було використано як приклад для демонстрації того, що підхід, який розділяє процес осадження на два великі підцикли Ba–O і Ti–O, приводить до зростання тонких плівок надґратки, що забезпечує чудову однорідність та контроль складу. Реакція у твердому стані між шарами бінарних оксидів із утворенням потрійної сполуки BaTiO₃ при відпалі досліджувалася із застосуванням рентгенівської дифракції insitu, просвічувальної електронної мікроскопії та спектроскопії комбінованого розсіювання світла.

Показано, що частково кристалічні шари Ba(OH)₂ та аморфні шари TiO₂ реагують з утворенням полікристалічного BaTiO₃ та виділенням H₂O вище 500°C. Ця твердотільна реакція супроводжується різким зменшенням товщини плівки. Виявлено наявність у відпалених плівках гексагонального BaTiO₃ окрім перовскітної фази. Зміна електричних властивостей від характерних спочатку для високоізоляційної діелектричної напіаморфної надґратки до полікристалічної, поліморфної тонкої плівки BaTiO₃ з діелектричною проникністю 117 та діелектричними втратами 0,001 при 1 МГц після відпалу на повітрі при 600°C разом із зниженням сегнетоелектричних властивостей при кімнатній температурі є дуже привабливим для пристроїв, що регулюються напругою.

M. Falmbigl, I.S. Golovina, A.V. Plokhikh et al. BaTiO₃ Thin Films from Atomic Layer Deposition: A Superlattice Approach. Journal of Physical Chemistry 121, 16911–16920 (2017).

Вплив умов відпалу на електричні властивості полікристалічних плівок BiFeO₃ вирощених методом AПО

Для аналізу впливу умов відпалу на транспорт носіїв, струм витоку та діелектричні властивості вирощених методом атомного пошарового осадження (АПО) аморфних тонких плівок Bi–Fe–O після їх кристалізації у BiFeO₃, їх властивості після кожного процесу відпалу визначалися дифракцією рентгенівських променів (XRD), просвічувальною електронною мікроскопією (TEM), атомно-силовою мікроскопією (AFM), енергетично-дисперсійною спектроскопією (EDS), методом зворотного розсіюванням Резерфорда (RBS) та рентгенівською фотоелектронною спектроскопією (XPS).

Виявлено, що після відносно короткого відпалу обмежений інтерфейсом механізм емісії Шотткі домінує у збагачених Fe плівках товщиною 70 нм, тоді як у стехіометричних плівках товщиною 215 нм, незалежною від відпалу, домінує механізм провідності, яка обмежена просторовим зарядом. Аналіз змін діелектричних властивостей, з одного боку, та складу плівки, мікроструктури та морфології, з іншого боку, виявляє ключову роль границь зерен для провідності полікристалічних тонких плівок BiFeO₃, вирощених методом AПО. Тривалий відпал у кисні приводить до зменшення струму витоку на 2-3 порядки, що супроводжується зменшенням діелектричних втрат, підкреслюючи важливість оптимізації умов відпалу для будь-якого застосування тонких плівок BiFeO₃.

І.S. Golovina, M. Falmbigl, A.V. Plokhikh et al. Effect of annealing conditions on the electrical properties of ALD-grown polycrystalline BiFeO₃ films. Journal of Materials Chemistry C6, 5462-5472 (2018).

Розробки

Розробка полімерних композитів нового покоління

Ароматичні поліаміди типу Фенілон С-2 (ФС-2) відносяться до класу “суперпластиків” і є основою для створення термостійких і високоміцних матеріалів широкого призначення. Метою створення новітніх композитів ФС-2 з наноструктурованими наповнювачами було значне покращення актуальних характеристик цих матеріалів.Магніторезонансні дослідження допомагають визначати властивості електронних станів полімерних матриць і наповнювачів, механізми їх взаємодії та вплив на актуальні трибологічніхарактеристики.Вони дозволяють також давати експертну оцінку можливості застосування конструкцій з композитів у якості елементів електромагнітного екранування.

Робота проводилась у співпраці з лабораторією полімерних композитів ДТУ МОН України (м. Кам’янське). Розроблено та впроваджено у практику полімерні композитина основі ароматичного поліаміду фенілону, які поєднують відносно низьку собівартість з найкращими на сьогодні фізико-механічними характеристиками. Розроблено нові технологічні схеми для виготовлення нанокомпозитів із заданими теплофізичними, механічними та магнітними властивостями. Створено гібридні композити другого та третього покоління, що значно перевершують відомі вітчизняні та зарубіжні аналоги. Результати розробок узагальнені в монографії: Буря О. І., Єрьоміна К. А., Лисенко О. Б., Кончиць A. A., Морозов О. Ф. «Полімерні композити на основі термопластичних в'яжучих», Дніпро, 2019 р.

Розроблені композити знайшли широке практичне застосування в багатьох галузях техніки, включаючи оборонну промисловість. Результати роботи далі багатомільйонній економічний ефект, з яких більше трьох мільйонів отримано за безпосередньої участі Кончиця А.А.