Ученые Института проблем машиноведения РАН вместе с коллегами из других научных организаций Петербурга обнаружили, что при использовании инновационного способа выращивания карбида кремния на кремнии происходит формирование нанотрубок карбида кремния, которые обладают большим потенциалом для использования в различных отраслях, включая литий-ионные аккумуляторы, углепластиковые материалы, автомобильную промышленность и медицину.
Наноматериалы являются важным компонентом современных технологий и находят применение в широком спектре областей науки, техники и повседневной жизни. Они играют ключевую роль в разработке микро- и наноэлектроники, например, нанопровода используются в микросхемах, а квантовые точки стали неотъемлемой частью различных устройств, включая цветные дисплеи.
Важно отметить, что разработки в области наноматериалов получают широкое признание, так как они имеют перспективу революционизировать индустрию электроники и информационных технологий. Например, использование наноматериалов уже предлагается для создания квантовых компьютеров, что может привести к значительному прорыву в сфере вычислений и криптографии.
В области медицины наноматериалы также играют важную роль. Добавление углеродных наночастиц в металлы и сплавы способствует увеличению их прочности и твердости, что делает такие материалы более долговечными и надежными. Благодаря наноматериалам сегодня разрабатываются новые материалы, обладающие высокими показателями прочности и износостойкости.
Одним из наиболее перспективных типов наноматериалов являются нанотрубки. Например, одностенчатые углеродные нанотрубки активно применяются в литий-ионных аккумуляторах, углепластиковых материалах и автомобильной промышленности. В данном контексте важно отметить, что добавление одностенчатых углеродных нанотрубок в кислотно-свинцовые аккумуляторы ведет к значительному увеличению числа циклов перезарядки аккумулятора, что повышает его эффективность и экономичность.
Некоторые исследования показывают, что замена графита на графит с добавками наноразмерного кремния способна увеличить емкость отрицательного электрода более чем в 10 раз, что открывает новые возможности для создания более эффективных и долговечных источников питания.
Таким образом, исследования в области наноматериалов играют ключевую роль в развитии современных технологий и науки, открывая новые пути для улучшения различных технических устройств и материалов, а также создания инновационных продуктов, которые могут изменить нашу повседневную жизнь и перспективы будущего.
Более 20 лет ученые из лаборатории структурных и фазовых превращений в конденсированных средах Института проблем машиноведения Российской академии наук занимаются исследованием наноматериалов на основе кремния.
В результате их труда был разработан новый метод выращивания монокристаллического карбида кремния на кремнии, который может привести к созданию нового типа электродов с большой емкостью.
Этот метод напоминает «генетический синтез» белковых структур в биологии.
Качество структуры слоев, полученных этим методом, гораздо лучше, чем качество пленок SiC, выращенных на кремниевых подложках от ведущих мировых компаний.
Кроме того, этот метод является дешевым и технологичным.
Научные эксперименты показали, что в процессе синтеза карбида кремния образуются не только высококачественные слои этого материала на поверхности кремниевой подложки, но также формируются массивы нанотрубок под ней, проникающих на несколько микрон в глубину подложки.
Руководитель лаборатории объяснил, что подобные нанотрубки можно сравнить с корнями растений.
Дальнейшие исследования показали, что этот метод открыл новый способ получения нанотрубок.
По данному механизму нанотрубки растут сверху вниз, что отличает их от нанотрубок и нанокристаллов, выращиваемых стандартным методом снизу вверх.
Данные исследования также продемонстрировали, что эти нанотрубки можно отделить как от кремний, так и от верхнего слоя карбида кремния.
Полученные результаты открывают широкие перспективы для относительно дешевого получения массивов нанотрубок из SiC, которые потенциально могут быть использованы в различных приборных приложениях, включая газовые сенсоры и датчики.
Проведенное исследование образцов, на которых были культивированы стволовые клетки человека, показало отсутствие токсического эффекта.
Согласно высказыванию старшего научного сотрудника и руководителя группы тканевой инженерии ИНЦ РАН Юлии Нащекиной, данные, полученные с помощью конфокальной микроскопии мезенхимальных стромальных клеток (типа стволовых клеток), окрашенных родамин-фаллоидином для визуализации актинового цитоскелета и ядерным красителем, демонстрируют значительное сродство клеток с синтезированными наноструктурами.
Клетки успешно адгезировали и распластывались на поверхности наноструктур, что является частичным доказательством их биосовместимости с синтезированными SiC-нанотрубками. Это свидетельствует о перспективе применения новых материалов для изготовления различных имплантатов.
Данное исследование было осуществлено специалистами Института проблем машиноведения РАН совместно с учеными из Санкт-Петербургского электротехнического университета ЛЭТИ (лаборатория микро- и наноэлектроники), Университета при межпарламентской ассамблее ЕврАзЭС и Института цитологии РАН при поддержке ООО «Научно-технического центра «Новые технологии».