Саратовские ученые создали тонкопленочные материалы для перспективных наноустройств
Ученые Саратовского национального исследовательского государственного университета имени Н.Г. Чернышевского (СГУ) проанализировали свойства тонкопленочных материалов на основе производных порфирина. Полученные результаты будут способствовать созданию и развитию альтернативных источников энергии.
Изучение закономерностей формирования слоев толщиной в одну молекулу — одна из актуальных задач физики, химии и наноархитектоники — технологического направления, в рамках которого с помощью наносинтеза и перегруппировки структурных единиц ученые проектируют и получают новые материалы.
Авторы исследования изучили закономерности формирования на поверхности воды и твердых подложек единичных слоев производных порфиринов — сложных веществ, широко распространенных в живой природе. Типичными примерами таких производных являются гемоглобин и хлорофилл.
«Наша группа проверяла разное сочетание условий и их влияние на свойства одинарных слоев молекул. Например, под воздействием температуры молекулы становятся более подвижными и менее привязанными к воде, что непосредственно отражается на состоянии всего слоя, на его упаковке. При разных температурах они формируют уплотненное или разреженное состояние при разных площадях, упаковываются в двойные или одинарные слои», — рассказал руководитель проекта, заведующий лабораторией пленочных наноструктурированных материалов, доцент кафедры материаловедения, технологии и управления качеством СГУ Евгений Глуховской.
Важные выводы были получены во время наблюдения за химическими и физическими факторами воздействия на молекулы порфирина. Так, было подтверждено, что повышение температуры ведет к разрыхлению плавающих слоев порфирина, что напрямую влияет на их стабильность. Эксперименты также показали, что оптические свойства слоев и пленок порфиринов сильно зависят от температуры субфазы или подложки, на которую перенесен слой.
«Если молекулы порфирина уложить на воде так, чтобы макроцикл располагался горизонтально, и в воду добавить кислоту, то слой таких молекул поменяет цвет. У них возникнут дополнительные заряды на некоторых участках, что заставит их складываться с другими молекулами в агрегаты какого-либо типа. Но при торцевом сжатии слоя, при увеличении давления молекулы в слое перестраиваются, и их взаимодействие с водой ослабевает, и слой меняет цвет с зеленого на красный», — поделился первый автор статьи, инженер лаборатории пленочных наноструктурированных материалов Владислав Миронюк.
Выявленные саратовскими учеными закономерности в изменении свойств синтезированных веществ в зависимости от внешних факторов не только открывают новые горизонты для создания высокоэффективных фотовольтаических устройств на основе тонкопленочных структур, но и позволяют по-новому взглянуть на роль и особенности поведения производных порфиринов в живой природе. Кроме того, по словам ученых, после упорядочения слои молекул порфирина можно использовать как готовую подложку для молекулярных наносхем.
Исследование поддержано грантом РНФ и Минобрнауки России в рамках федеральной программы «Приоритет-2030» национального проекта «Наука и университеты».