俄罗斯技术转化项目——用于创建功能性纳米材料的激光技术

        技术成果/项目名称：用于创建功能性纳米材料的激光技术

        所属行业：科学研究和技术服务业

        成果属性：发明专利/生物、医药新品种

        技术领域：航空航天/生物、医药和医疗器械/新材料/新能源/科学研究和技术服务业

        成熟度：研发/样品/小试

        拟交易价格：1000万以上

        技术合作方式：技术入股/合作开发

        技术成果/项目简介：激光技术用于创造新的功能材料，为纳米技术的先进领域作出了重大贡献。固体激光烧蚀所产生的纳米物体的物理化学特性的独特性，既取决于其化学纯度，也取决于其形态的多样性。有秩序的微型锥到纳米尺寸（至20纳米）的周期结构。具有各种物理化学性质的纳米材料已经在生物学、医学、微电子学和工业中找到了应用。纳米光刻，离子蚀刻和电子束外延方法能够创建具有给定形态学的结构，但需要超高真空条件，因此无法处理大尺寸物体。利用激光烧蚀产生微型和纳米物体，特点是简单易行性和实用性，因为它是基于自组织过程的。

        与此同时，照射对象的大小并不重要，因为激光束控制技术迅速发展，而且脉冲重复率很高的强大激光器也正在形成。由于等离子体共振，激光场在纳米目标上的增益等独特特性。对近几十年文献的分析表明，人们越来越关注激光辐射与多相纳米材料相互作用所产生的新影响。在俄罗斯科学院普通物理研究所，不平衡过程宏观动力学实验室中，这种研究已经进行了20年。例如，固体的激光微结构使我们能够获得具有创纪录的低积分反射系数涂层（从紫外到近红外的区域范围积分反射系数高达0.01％）。结果表明，当辐射落在显微结构系统上时，它会在显微地形壁和辐射之间发生多次重排，不会返回。换句话说，在材料表面上形成微结构可以将其镜面反射系数降低几个数量级。这种类型的涂层用于复盖空间卫星，以增加光学和红外范围内物体的隐蔽性。同时开发了一种基于激光-微结构硅制造太阳能电池的技术。结果表明，在平面硅上放置微型锥可将光能转换为电能的效率增加20-25％。通过实验研究，描述了在亚毫微秒脉冲固体激光烧蚀过程中形成的两种新型纳米结构（自组织和小规模的）。

        这项工作取得的成果具有重要的实际意义。 它已经通过实验确定自组织的纳米结构可将外加施场放大108倍（图1-a）。所形成的结构的小曲率半径为增益的部分贡献。这种表面可以用作环境监测和生物燃料的传感器，与贵金属的传感器相比，它们的制造成本要低得多。激光纳米结构化的方法使得碳化硅薄层的透射能力显着提高60倍以上，从而可以潜在地改善SIC衬底上的发光二极管的光特性（获得了际专利）。

       结果表明，钨阴极的纳米结构降低了0.3电子伏的有效输出，这对于提高热离子钨阴极的效率和使用寿命非常重要。此外，纳米结构基材具有独特的摩擦学性质。因此，各种类型滑动物体的激光加工可以改善它们的摩擦性能。因此，在选定的滑动表面上形成纳米周期结构，使其在冰上的通过率比未加工产品高40%。这一重大变化的原因是在应用纳米结构中形成了疏水表面。润湿的边缘角的增加，是由于表面粗糙度参数的变化而发生的，这取决于受影响的辐射能量密度。

       另外，还开发了激光生成纳米颗粒填充氢生技术（图1-b），这使得他们能够分离出新类火箭燃料，具有先进的战术和技术性能以及氢贮存罐，目前，氢能是一个优先事项。在能量领域的另一个方向是激光生成氢、氧，在有纳米粒子存在的情况下，在激光取水和有机液体中过氧化氢和液态碳氢化合物。

        不仅击穿等离子体的作用，而且产生的声振动和紫外线-等离子体辐射也对液体离解产物的产生作出了贡献。这种方法对于新一代氢和碳氢化合物发电机的发展是有前景的。目前正在进行农业方面的工作。例如，半导体和酞氰酸钠的纳米含量达到了50-80纳米，从而为其作为温室气体的荧光和转化涂层的应用提供了新的机会。

       在俄罗斯联邦和东南亚国家中，建立有效的乡村补充物是一项优先事项，因为这些国家的大多数人口都有农村短缺。这对甲状腺和人体荷尔蒙系统的功能产生负面影响。如果我们考虑到土壤sel缺乏的选项，那么sel纳米颗粒是唯一选择，因为他们不太容易被冲到贫瘠的土壤中。硒纳米粒子的合成采用了大量的物理、化学和生物方法，即化学还原法、水热合成法、溶剂热合成法、超声化学法、电沉积法、微波合成法甚至生物合成法。

        大多数这些方法都可以获得直径60-500纳米的颗粒，其最有前景的是球体粒子直径为20-30纳米之间的。初步实验表明，在激光烧蚀大量目标硒时，我们可以获得必要的20-30纳米的硒纳米粒子。此外，我们可以获得不同形状的颗粒，并从硒同素异质改造。与俄罗斯医学科学院实验室动物营养研究所联合进行的试验表明，用激光烧蚀技术获得的硒纳米粒子的生物利用率很高。因此，创建的激光纳米技术已经为体育器材行业，航天工业，氢能，生物和制药做出了重大贡献。

        科研团队核心人员姓名：巴尔米纳·叶卡捷琳娜·弗拉基米罗付娜

        职务/职级：俄罗斯科学院普通物理研究所，不平衡过程宏观动力学实验室主任/物理数学博士

        单位名称：俄罗斯科学院普通物理研究所

        个人简历：俄罗斯科学院普通物理研究所不平衡过程宏观动力学实验室主任，物理数学博士。

        研究的主要重点是在激光微型和纳米结构固体基础上开发新功能材料。撰写过50多份出版物(Scopus)。

        联系方式：段晓宇 duanxiaoyu0158@163.com