Создание гибридных наноматериалов для микроэлектроники, нанофотоники и медицины



Ключевая информация


Заказчик(и) Минобнауки РФ
Вид исследований прикладная
Связанные категории Программы (2014 г.) | 2014 | 2 Факультет - Химической и биотехнологии | Программы
Объем финансирования (тыс. руб./год) 556
Руководитель(и) НИОКР Поняев А.И.
Исполнитель(и) НИОКР (Кафедра) Кафедра химической технологии органических красителей и фототропных соединений
Структурное подразделение 2 Факультет - Химической и биотехнологии
Проект начат 17.06.14
Проект закончен 31.12.15
Научно-исследовательская программа ФЦП

Описание проекта

Разработка полифункциональных материалов полимерной электроники и нанофотоники на основе гетероароматических соединений и нанодисперсных рентгено(фото)люминофоров для высокотехнологичных отраслей промышленности и социальной сферы.

Конечный продукт – методы получения и образцы высокотермостойких фоторезистов для совершенствования электронной компонентной базы и импортозамещения.


Резюме проекта (ПНИР), выполняемого/выполненного в рамках ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014 – 2020 годы» по этапу №2

Номер Соглашения о предоставлении субсидии: 14.574.21.0002

Тема: «Создание гибридных наноматериалов для микроэлектроники, нанофотоники и медицины»

Приоритетное направление: Индустрия наносистем

Критическая технология: Технологии создания электронной компонентной базы и энергоэффективных световых устройств.

Период выполнения: 17.06.2014 - 31.12.2015

Плановое финансирование проекта: 11.4 млн. руб.

Бюджетные средства: 9.4 млн. руб.,

Внебюджетные средства: 2,0 млн. руб.

Получатель: Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет)»

Индустриальный партнер: Закрытое акционерное общество «Научные приборы»

Ключевые слова: фоторезист, фотохром, гетероароматическое соединение, нанолюминофор, рентгенолюминофор, светодиод, квантовая точка, полупроводник, электропроводящий полимер, фталоцианин, термостабильность, фотодинамическая терапия

1. Цель прикладного научного исследования и экспериментальной разработки

Разработка полифункциональных материалов полимерной электроники и нанофотоники на основе гетероароматических соединений и нанодисперсных рентгено(фото)люминофоров для высокотехнологичных отраслей промышленности и социальной сферы.

Основной задачей является разработка методов направленного синтеза металлофталоцианинов с функционализированными ароматическими и гетероароматическими заместителями, обладающих люминесцентными свойствами и/или биологической активностью. Поиск и исследование новых электропроводящих полимерных материалов для политроники. Создание растворимых пленкообразующих полупроводниковых полимеров, позволяющих формирование (p-n)-переходов методами планарной технологии. Разработка нанолюминофоров для усовершенствования фотодинамической терапии онкологических заболеваний. Разработка электролюминесцентных наноматериалов на основе полупроводников А2В6 для усовершенствования OLED. Разработка композита с высокой теплопроводностью на основе наноалмазов. Создание многослойного OLED на основе разработанных наноматериалов.

Конечный продукт – образцы высокотермостойких фоторезистов для совершенствования электронной компонентной базы и импортозамещение.
.

2. Основные результаты проекта

В рамках выполнения 2 этапа прикладного научного исследования впервые разработан метод синтеза 4-(4- гидразинилфенокси)фталонитрила  – важнейшего полупродукта для получения различных металлофталоцианинов, содержащих азотистые гетероциклы. На основе полученного полупродукта был впервые синтезирован тетра(3,5- диметилпиразол-1-фенокси)фталоцианин цинка, обладающий растворимостью в хлороформе и диметилформамиде, что позволило провести комплексную очистку соединения до спектральной чистоты с использованием колоночной жидкостной хроматографии.

Разработаны методы получения растворимых пленкообразующих элементоорганических полисалицилиденазометинов. Открыт новый класс электропроводящих полимеров с неклассическим сопряжением – трансаннулярносопряженные элементоорганические полисалицилиденазометины,  в которых определяющий вклад в образование общей системы сопряжения вносят внутримолекулярные донорно-акцепторные взаимодействия атомов элементов с атомами азота. На основе синтезированных полимеров и неорганических полупроводников получены пленочные гетероструктуры. В отличие от «классических» полупроводниковых полимеров (таких как полианилин, полипиррол, политиофен и др.) новые электропроводящие материалы растворимы во многих органических растворителях, что упрощает технологию их переработки и формирование конечных полупроводниковых элементов.

Разработан метод синтеза электролюминесцентных материалов на основе полупроводников A2B6 состава ZnS:Mn и ZnS:Cu,Cl золь-гель методом из водных растворов. Определены условия синтеза, позволяющие получать люминофоры с наибольшей яркостью, исследована зависимость спектров люминесценции от условий синтеза и концентрации активатора. Разработан метод синтеза композиционных слоев с высокой теплопроводностью на основе наноалмазов. Коэффициент теплопроводности наилучшего из синтезированных композитов составляет (907±11) Вт•м-1•K-1, что в несколько раз превышает теплопроводность меди чистоты 99,9 массовых % ((383±18) Вт•м-1•K-1), и удовлетворяет требованию, заявленному в Техническом задании (не менее 500 Вт•м-1•K-1). Получены экспериментальные образцы многослойных органических светоизлучающих диодов. Для полученных образцов разработан лабораторный регламент изготовления и методика физико-химических исследований, проведены физико-химические исследования в соответствии с разработанной методикой. Исследованы их вольт-яркостные и вольт-амперные характеристики, спектры люминесценции, стабильность, определены координаты цветности. Разработана технология синтеза и получены экспериментальные образцы нанодисперсных рентгено- и фотолюминофоров для фотодинамической терапии: Y2O3:Eu с максимумом излучения λ = 612 нм и NaBaPO4:Eu с максимумом излучения λ = 445 нм. Наиболее яркий из синтезированных экспериментальных образцов имеет значение яркости люминесценции 41 кд/м2, что удовлетворяет требованию, заявленному в Техническом задании (не менее 30 кд/м2).

3. Охраноспособные результаты интеллектуальной деятельности (РИД), полученные в рамках прикладного научного исследования и экспериментальной разработки

Изобретение, заявка №2015131878 от 30.07.2015 «Способ получения рентгенолюминофора на основе ортофосфата цинка, активированного марганцем», РФ.

Изобретение, заявка № 2014141467 от 14.10.2014 «Способ получения рентгенолюминофора Zn3(PO4)2:Mn», РФ.

4. Назначение и область применения результатов проекта

Полученные фталоцианины, обладающие люминесценцией в ближней ИК области и способностью генерировать синглетный кислород, могут быть использованы в качестве перспективных фотосенсибилизаторов для фотодинамической терапии раковых заболеваний.

Элементоорганические полисалицилиденазометины  могут быть использованы в тонкопленочной солнечной энергетике – создание фотовольтаических ячеек и фотопроводящих систем.

Композитные наноматериалы находят широкое применение в разных областях науки и техники. Одна из областей использования наноматериалов – создание органических электролюминесцентных источников света (OLED). Достоинством дисплеев на основе OLED является более низкий расход энергии по сравнению с жидкокристаллическим дисплеями. Другая область использования нанолюминофоров – медицина, а именно, создание фармакологических препаратов для рентгенофотодинамической  терапии онкологических заболеваний.

Полученные результаты могут явиться основой международного научного сотрудничества лабораторий, занимающихся конструированием макрогетероциклов тетрапиррольного ряда для фотодинамической терапии.

5. Эффекты от внедрения результатов проекта

Ожидается, что синтезированные металлофталоцианины будут перспективны в качестве фотосенсибилизаторов третьего поколения для фотодинамической терапии раковых заболеваний, что должно сказаться на снижении смертности от этого заболевания.

Использование в мобильных электронных устройствах дисплеев но основе OLED с повышенной надежностью и пониженным расходом электроэнергии позволит увеличить длительность автономной работы подобных устройств или уменьшить требуемую емкость аккумуляторной батареи, а также, увеличить их срок службы.

В случае внедрения разработанных нанолюминофоров для ФДТ в фармакологию, будет создан новый продукт, не имеющий аналогов в мире, что даст ему конкурентные преимущества на внутреннем рынке и возможности продвижения на внешнем. Результаты данного инновационного продукта могут быть в первую очередь использованы во всех онкологических клиниках России, а затем и за рубежом, что даст заметный социально-экономический  эффект (более эффективное лечение и значительно расширенные возможности для успешного применения фотодинамической терапии, меньший ожидаемый расход препарата за счет более эффективной его локализации, усовершенствование методов лечения, использование проникающих излучений для неоперативного лечения глубоко залегающих опухолей).

6. Формы и объемы коммерциализации результатов проекта

Получены образцы гетероароматических соединений и многослойных органических светоизлучающих диодов. Результаты, полученные в ходе выполнения проекта, предполагается коммерциализировать путем заключения хозяйственных договоров. Объем внебюджетных средств за первое полугодие 2015 года – 560 тысяч рублей.


Дополнительная информация


Тематические рубрики Кафедра химической технологии органических красителей и фототропных соединений
Опубликовано на сайте УНИ 28.01.15
Отредактировано 22.10.15