Лаборатория электрофизики и радиофотоники композиционных материалов и наноструктур

Заведующий лабораторией:к.ф.-м.н. Бибиков Сергей Борисович

Телефон отдела:—

Почта:—

Комната:—

Лаборатория электрофизики и радиофотоникикомпозиционных материалов и наноструктур проводит фундаментальные и прикладные научные исследования по нескольким направлениям, начатым ещё в лаборатории органических ферромагнетиков и полупроводников Института химической физики им. Н.Н. Семёнова АН СССР.

Традиционно выполняемые в лаборатории исследования являются междисциплинарными, поскольку находятся на стыке физики и химии, материаловедения, нанотехнологии, радиофизики и оптики. Объекты исследований и разработок представляют собой широкий спектр – от неорганических материалов до биологических структур, это, в частности, наноразмерные углеродные материалы с уникальными физико-химическими свойствами, магнитные наноструктурированные материалы, микроорганизмы, представляющие интерес для медицинских приложений, инновационные материалы для костно-тканевых имплантатов, перспективные накопители электрической энергии. Значительное внимание уделяется созданию приборной базы и развитию методик инструментального анализа и исследований объектов различного типа.

В современной радиоэлектронике значительное внимание уделяется вопросам создания материалов с заданными и управляемыми электрофизическими свойствами. За последнее десятилетие созданы научные подходы к получению широкополосных эластичных радиопоглощающих материалов, в том числе пониженной плотности, обладающих высокой устойчивостью к воздействию внешних факторов: влагоустойчивостью, термостабильностью, стойкостью к агрессивным средам, негорючестью. Сотрудниками лаборатории совместно с коллегами ведущих научных центров выполнен цикл работ по созданию новых композиционных материалов на основе микро- и наноструктурированных магнитных сплавов, что открывает новые перспективы в сфере радиотехнических приложений. Показано, что дальнейшее увеличение эффективности материала возможно путем его структурирования, в том числе, при переводе в нанокристаллическую фазу. На основе кремнийорганических матриц и магнитных наполнителей получены образцы композиционных материалов, характеризующихся рабочим диапазоном длин волн, расширенным в дециметровую область. Исследованы процессы получения вспененных электропроводящих композиций на основе формальдегидных смол и вспененных полимерных матриц повышенной термостойкости. Совместно с ООО НПП «Радиострим» созданы сверхлегкие широкополосные радиопоглощающие покрытия коврового типа универсального назначения. Сотрудники лаборатории включены в научно-производственный цикл разработок ряда ведущих в своём сегменте предприятий в области создания современных материалов для радиоэлектроники, мультиспектральлных средств снижения заметности, обеспечения электромагнитной безопасности и защиты информации. В частности, совместно с НПП «Радиострим» созданы сверхлегкие широкополосные радиопоглощающие покрытия коврового типа универсального назначения, композиционные и ферритовые радиопоглощающие и экранирующие материалы для обеспечения электромагнитной совместимости радиоэлектронной аппаратуры и оборудования испытательных полигонов.

Сотрудники лаборатории электрофизики и радиофотоникикомпозиционных материалов и наноструктур; первый ряд (слева направо): м.н.с. Валерий Николаевич Калиниченко, зав. лаб., к.ф.-м.н. Сергей Борисович Бибиков; аспирант Александр Андреевич Мальцев; в.н.с., д.х.н. Вячеслав Михайлович Мисин; с.н.с.,  к.х.н. Владимир Николаевич Горшенев; второй ряд (слева направо): ст.н.с., к.ф.-м.н. Микаил Алахвердиевич Алиев, н.с., к.х.н. Александр Васильевич Булатов, н.с. Евгений Владиленович Майоров; н.с. Николай Юрьевич Кузьминых (2019 год)

Важное место в деятельности лаборатории занимают исследования новых перспективных сред для гибкой фотовольтаики и солнечных батарей на основе сопряженных полимеров. Разработан удобный метод синтеза гиперразветвленного поли-п-фениленпиррола и сетчатых сопряженных полипорфиринов, предназначенных для использования в качестве полимерной рабочей среды в «пластиковых солнечных батареях».  Проводятся разработки новых методик приборного эксперимента и практические исследования новых материалов спектральными методами (УФ, люминесцентная, ИК-, Фурье-КР-спектроскопия), методами термического анализа (ТГА, ТМА, ДСК) и другими методами с целью установления для перспективных материалов и композиций взаимосвязей типа «структура-свойства» и выявления прикладного значения таких материалов в современной технике. В последние годы в лаборатории активно ведется разработка методик спектрального анализа функционализованных углеродных наноструктур и полимерных нанокомпозитов на их основе. Одно из новых направлений – разработка методик идентификации и дискриминации патогенов (бактерии, вирусы, биопленки, возбудители внутрибольничных инфекций) методами колебательной спектроскопии (Фурье-ИК и КР-спектроскопия). К числу важных результатов, полученных в лаборатории, следует отнести разработку новых методик синтеза наноразмерных кальций-фосфатных соединений, позволивших разработать конструкции пористых биокомпозитов для замещения дефектов костной ткани (с.н.с., к.х.н. А.Н. Щеголихин).

Традиционно ведутся поисковые работы по созданию композиционных материалов на основе кремнийорганических соединений различного химического состава и строения. Кремнийорганические соединения используются в качестве диэлектрических матриц для композиционных материалов специального назначения, а также для получения диэлектрических слоёв и плёночных покрытий на полупроводниковых кристаллах в том числе и с сформированными электронными структурами. На предприятии «СКБ РИАП» (г. Нижний Новгород) в результате совместной ОКР по разработке базовой технологии влагозащиты электронных модулей с использованием кремнийорганических материалов специального класса создан опытно-производственный участок получения исходных олигоорганосилсесквиоксанов и дальнейшего нанесения защитных покрытий радиоэлектронных модулей.

Разработка накопителей электрической энергии с высокими удельными характеристиками является актуальной задачей для развития электротранспорта, освоения альтернативной энергетики, и находится в тренде научно-технического развития высокотехнологичных отраслей. Доминирующие на рынке электрохимические системы накопления электроэнергии непрерывно совершенствуются. Одновременно разрабатываются гибридные суперконденсаторы, призванные объединить лучшие стороны разных типов устройств хранения электроэнергии: высокую удельную мощность, высокую удельную энергию и хорошую стабильность в процессе многократного повторения циклов заряд-разряд. В лаборатории проведен цикл исследований по возможностям функционализации наноуглеродных электродов для электрохимических накопителей энергии как симметричного типа (ионисторы), так и несимметричного (гибридные системы с окислительно-восстановительным процессом). За относительно короткий промежуток времени удалось создать ряд перспективных подходов к функционализации углеродных материалов. В частности, методом озонирования термовосстановленной окиси графена были получены углеродные материалы, способные к обратимому электрохимическому окислению-восстановлению. Установлено, что все озонированные углеродные материалы являются эффективными агентами увеличения емкостных и энергетических характеристик композитных катодных материалов для гибридных суперконденсаторов. Предложенные подходы к получению и оптимизации органических катодных материалов открывают широкие перспективы для разработки новых систем накопления и хранения электрической энергии.  Сотрудники лаборатории активно участвуют в работе в ООО «КОНГРАН», созданного на базе ИБХФ РАН с целью разработки и практического внедрения суперконденсаторов и гибридных накопителей энергии нового поколения. ООО «КОНГРАН является резидентом Фонда «Сколково»   (С.Б. Бибиков, В.Н. Калиниченко, А.А. Мальцев).

В 2019 году аспирантом А.А. Мальцевым успешно защищена кандидатская диссертация на тему «Поверхностно модифицированные, мезопористые и наноструктурированные углеродные материалы для электрохимических накопителей энергии» (научный рук. – к.ф.-м.н. С.С. Бибиков). В лаборатории выполняли дипломные работы как студенты российских ВУЗов, так и студенты университетов зарубежных стран (Германия, Испания, Великобритания) по линии международного обмена IAESTI. Сотрудники лаборатории регулярно принимают участие в Дне открытых дверей для студентов различных ВУЗов.

В лаборатории удалось получить широкий спектр образцов материалов, представляющих интерес для углеродной электроники путем глубокого химико-физического модифицирования, объединяющего химическую обработку кислотами, кристаллизацию химических соединений на графитовой поверхности, процессы термо- и СВЧ расширения графитов. Были получены графитовые плёнки и графеноподобные слои, материалы электродов ионисторов с высокой удельной поверхностью больше 1000 м²/г, графитовые материалы с кластерами оксидов металлов на графитовой поверхности (магнитографитовые суспензии), фталоцианин-содержащие углеродные пленки. Модифицирование графитовых материалов солями бора и различных металлов позволило получить компоненты шихты для изготовления голубых алмазов и алмазоподобных структур с включениями оксидов металлов с ферромагнитными свойствами (В.Н. Горшенев, А.В. Булатов)

Значительный интерес исследователей в последнее время прикован к новым возможностям управления жидкокристаллическими структурами и формирования соответствующего информационного отклика. В связи с этим, в лаборатории проводятся исследования фазового поведения как жидкокристаллических димеров, образованных двумя мезогенами, соединенными короткой гибкой цепью, так и жидких "V-образных" кристаллов; исследуется возможность получения на их основе однородных биаксиальных нематических фаз и новой модулированной фазы (NTB). Авторами предложена модель V-образной молекулы, которая представляет собой два жестких сегмента, состоящих из мономерных звеньев и образующих друг с другом фиксированный угол. Предполагая наличие в системе лишь анизотропных межмолекулярных взаимодействий, которые способствуют ориентационному упорядочению ЖК молекул, удалось получить фазовую диаграмму, содержащую области устойчивости изотропной и однородных нематических фаз: вытянутой аксиальной, сплюснутой аксиальной и биаксиальной. Описан переход из изотропной фазы в NTB фазу и предсказан переход из изотропной в новую жидкокристаллическую фазу, отличающуюся тем, что один из директоров параллелен оси спирали, а два других ортогональны ей (М.А. Алиев, Н.Ю. Кузьминых).

Актуальными и перспективными работами лаборатории являются исследования пленок фотоактивных композиционных материалов с магнитными наночастицами, что объясняется необходимостью в увеличении быстродействия записи информации при использовании методов управления намагниченностью в наноструктурах, отличных от приложения внешних магнитных полей. В результате исследования фотопроцессов и магнитных спиновых эффектов в полимерных композитах при лазерном возбуждении обнаружен эффект модуляции магнитных характеристик наночастиц. Установлен механизм сенсибилизации полимерных композитов с красителями с развитой системой сопряжения (С.Б. Бибиков, А.А. Мальцев).

К.х.н. Владимир Николаевич Горшенев выступает с докладом «Формирование кальций-фосфатных полимерных композиций для построения пористых тканеинженерных конструкций» на конкурсе научных работ им. Е.Б. Бурлаковой, 2018 год

На основе исследований, проведенных в последнее время, установлено сходство характера зависимости антирадикальной активности тиолов и фенольных антиоксидантов от кислотно-основных свойств реакционной среды. Полученные результаты имеют важное значение для понимания механизмов действия некоторых природных соединений как антиокислителей, а также для интерпретации результатов количественного анализа антиоксидантов, получаемых с помощью ДФПГ-теста, широко применяемого в практике. Методика стандартизации субстанций растительного происхождения по содержанию флавоноидов адаптирована для пропиленгликолевых и водно-пропиленгликолевых экстрактов. Результаты являются научной основой для оптимизации промышленных процессов производства пропиленгликолевых и воднопропиленгликолевых экстрактов, создания на их основе косметических средств и разработки регламентирующих документов (д.х.н. В.М. Мисин, Е.В. Майоров).

Сотрудники лаборатории принимают активное участие в международных и всероссийских конференциях, институтских конкурсах научных работ имени Елены Борисовны Бурлаковой.  Работы сотрудников, как правило, получают высокую оценку и занимают призовые мести на конкурсе. В 2014 году работа А.А. Мальцева, С.Б Бибикова и В.Н. Калиниченко «Зависимость характеристик суперконденсаторов от удельной площади поверхности и микроструктуры электродов» оказалась победителем конкурса и заняла первое место. В 2018 году работа С.Б. Бибикова, А.А. Мальцева и др. «Влияние структуры и состава ферритовых керамик на радиофизические свойства материалов на их основе» заняла третье место. В 2019 году за активное участие в мероприятиях научно-деловой программы Международного военно-технического форума «АРМИЯ-2019» заведующий лабораторией, к.ф.-м.н. С.Б. Бибиков награжден Дипломом.