Объект инфраструктуры Тех-ФОБ


«Технологическая платформа проектирования, химического синтеза и физических исследований гибридных наноматериалов для фотоники, оптоэлектроники и биомедицины»


Объект инфраструктуры Тех-ФОБ - «Технологическая платформа проектирования, химического синтеза и физических исследований гибридных наноматериалов для фотоники, оптоэлектроники и биомедицины» - создан в НИЯУ МИФИ, признанном лучшим российским университетом в области инженерно-технических наук (рейтинг ARWU) и 36-м в мире по рейтингу THE "Physical sciences Top 100", на основе «кластера превосходства» мега-лабораторий нано-биоинженерии (ЛНБИ) и гибридных фотонных наноматериалов (ЛГФН).

Лаборатория нано-биоинженерии (ЛНБИ) была созданна в НИЯУ МИФИ в конце 2011 г. под руководством д. хим. н. И.Р. Набиева, профессора Реймского университета Шампань-Арденн (Франция) и директора Европейской технологической платформы "Полупроводниковые нанокристаллы" (www.lnbe.mephi.ru), в рамках Программы "мега-грантов" по привлечению ведущих ученых в российские образовательные учреждения высшего профессионального образования. На сегодня, ЛНБИ признана одной из наиболее успешных лабораторий, созданных в рамках программы "мега-грантов". За прошедшие 6 лет лаборатория одержала победы в более чем 30 международных и российских конкурсах научных проектов, достигла уровня лучших международных лабораторий мира по числу публикаций и патентов, основала инновационную компанию – резидента Технопарка «Сколково», вошла в число участников Европейской технологической платформы "Полупроводниковые нанокристаллы" и Международной коллаборации ICENAP : Integrated Computational Engineering, Charaterization and Validation of Semiconductor Colloidal Nanocystals with advanced Properties (Интегральный компьютерный инжениринг, характеризация и валидация полупроводниковых коллоидных нанокристаллов с улучшенными свойствами).

В 2015 г., проект Седьмой рамочной программы «НАМДИАТРИМ», Директором основной технологической платформы которого является профессор И.Р. Набиев, а ассоциированным членом которого является ЛНБИ, стал лауреатом премии Европейского сообщества за лучший проект в области нанотехнологий и наук о материалах из более чем 1000 проектов, когда либо поддержанных Европейским сообществом.

Лаборатория гибридных фотонных наноматериалов (ЛГФН) была создана в конце 2017 г. под руководством профессора Университета страны Басков и ведущего исследователя Центра физики материалов в Сан Себастиане (Испания), Ю.П. Раковича, одного из крупнейших специалистов мирового уровня в области нанофотоники плазмонных материалов. ЛГФН была создана в рамках Программы "мега-грантов" по привлечению ведущих ученых в российские образовательные учреждения высшего профессионального образования (http://www.p220.ru/home/projects/item/1215-14-y26-31-0011). В компетенции руководителя и сотрудников ЛГФН входят исследования по взаимодействию света и вещества на наноуровне, включая эффекты управляемой излучением прозрачности гибридных наноструктур, сильной связи в гибридных наноструктурах, а также влияния сильной связи на конверсию фотолюминесценции в гибридных нанометках. Кроме того, ЛГФН разрабатывает платформы биосенсорных систем нового поколения на основе гибридных нанометок, включающих плазмонные и полупроводниковые наночастицы, использующие эффекты гибридизации спектров фотолюминесценции, а также создает прототипы биосенсорных систем на основе этих эффектов.

Исследования и разработки ЛГФН основаны на сочетании ключевых концепций и технологий в области нано-биофотоники для разработки новых подходов к сенсингу с использованием нелинейных нанофотонных эффектов. Они включают в себя экситон-плазмонные взаимодействия и преобразование люминесценции с повышением частоты излучения в органических/неорганических гибридных системах.

Коллективы обеих мега-лабораторий НИЯУ МИФИ обладают уникальным опытом, оборудованием, методами и технологиями в области инженерии, нанотехнологий и наук о материалах, идеально взаимодополняя друг-друга компетенциями мирового уровня в области создания и применения флуоресцентных полупроводниковых экситонных структур (ЛНБИ) и плазмонных наноматериалов (ЛГФН), обеспечивая возможность создания уникальных гибридных (плазмонно-экситонных) структур для их применений в фотонике, оптоэлектронике и биомедицине, что и является задачей созданного объекта инфраструктуры Тех-ФОБ.

 


1. Перечень оборудования, содержащий наименование и основные характеристики приборов

Технологический комплекс проектирования, химического синтеза и очистки полупроводниковых, плазмонных и магнитных наноматериалов.

(1) Комплекс коллоидного синтеза наноматериалов.

С помощью созданного технологического комплекса выполняется коллоидный синтез широкого ассортимента полупроводниковых, магнитных и металлических нанокристаллов в органической и водной средах.

Синтез квантовых точек производится в инертной атмосфере в среде органического растворителя и при температурах до 350 °С.

В состав комплекса входят:

- набор стеклянных колб-реакторов объемом от 25 до 250 мл;

- комплект колбонагревателей для колб 25 – 250 мл (до 450 °С);

- системы подачи инертного газа и вакуумирования;

- химический вакуумный насос KNF;

- магнитные и механические перемешиватели IKA и Heidolph.

 

 (2) Автоматизированный программно-аппаратный комплекс наращивания эпитаксиальных оболочек различного состава на ядра полупроводниковых нанокристаллов.

Созданный в ЛНБИ НИЯУ МИФИ программно-аппаратный комплекс позволяет:

- моделировать строение и форму квантовых точек типа «ядро/оболочка»;

- на основе построенной модели рассчитывать необходимые количества реагентов для синтеза квантовых точек заданной структуры;

- определять нужные параметры и задавать микропрограмму для проведения синтеза;

- проводить программируемый синтез квантовых точек «ядро/оболочка» с заданной структурой оболочки посредством последовательного или одновременного введения реагентов в реакционную смесь;

- проводить автоматизированную обработку спектров поглощения и флуоресценции квантовых точек, определять гомогенность, значение квантового выхода и стабильность синтезированных нанокристаллов.

 

 


В состав аппаратно-программного комплекса входят:

- программное обеспечение для моделирования и подготовки программы синтеза, включающее программы Nanocrystal Builder, Nanocrystal Editor, GCoder, Synthesis Commander, и SpectraProcessor;

- двухрежимный автоматический термоконтроллер, обеспечивающий режимы поддержки постоянной мощности или температуры, с возможностью записи данных и управления процессом синтеза с помощью персонального компьютера;

- пятиканальный шприцевой насос, позволяющий производить независимую дозировку до пяти реагентов синтеза с точностью до 5 мкл.

Возможности аппаратно-программного комплекса:

- синтез квантовых точек или квантовых стержней с «классическими» оболочками ZnS или CdS, многослойными оболочками, градиентными оболочками;

- высокая воспроизводимость результатов: при синтезе квантовых точек одинаковой структуры, но при использовании различных лотов ядер квантовых точек и прекурсоров синтеза оболочки достигается воспроизводимость положений максимумов поглощения и флуоресценции в пределах ±5 нм;

- масштабируемость синтеза: методики синтеза квантовых точек различной структуры могут быть масштабированы до величин порядка 5 грамм нанокристаллов на один синтез.

 

(3) Система выделения и очистки синтезированных наноматериалов методами центрифугирования и хроматографии, включающая в себя:

- Центрифугу Hettich Universal 320 (до 100 мл)

- Центрифугу Eppendorf 5418 (до 2 мл)

- Роторно-вакуумный испаритель Heidolph Hei-Vap Value Digital

- Набор хроматографических колонок для проведения гель-проникающей хроматографии.

   

 

(4) Комплекс создания, характеризации и исследования тонкопленочных материалов и устройств на их основе, для фотовольтаики и оптоэлектронных приложений.

Спин-коатер KW-4A

 

 

Позволяет создавать тонкие пленки полупроводниковых нанокристаллов или композитных материалов на их основе, а также многослойные фотовольтаические или светоизлучающие устройства на стеклянных или пластиковых подложках.

 

Симулятор солнечного спектра (АМ-1,5) Oriel Solar simulator LCS-100

 

Предназначен для исследования фотовольтаических устройств на основе полупроводниковых нанокристаллов.

 

Прецизионный источник/измеритель Keithley Instruments 2635A

Позволяет производить подачу и измерение напряжения и тока в пределах 200 мВ – 200 В/10 нА – 10А с высокой точностью и скоростью измерений.

Может быть использован для характеризации электрофизических свойств материалов или в установках электрохимического травления.


Технологический комплекс характеризации и исследования синтезированных полупроводниковых, плазмонных и магнитных наноматериалов, а также гибридных материалов на их основе.

(1) Комплекс оборудования для характеризации оптических и физических свойств наноматериалов.

Cпектрофотометр Agilent Cary 60, оснащенный дополнительными модулями для исследований пленочных образцов и исследований кинетики химических реакции в режиме Stop-flow;

Спектрофотометр Agilent Cary 60 позволяет проводить измерения оптического поглощения и пропускания образцов:

- в диапазоне длин волн от 190 до 1100 нм

- с высокой скоростью сканирования - до 24000 нм/мин

- образцов с быстропротекающими реакциями, в режиме «stopped flow»

- твёрдотельных образцов, с использованием дополнительных аксессуаров:

Cпектрофлуориметр Agilent Cary Eclipse, оснащенный дополнительными модулями для исследований образцов в многолуночных планшентах, исследований пленочных образцов, исследования кинетики реакций в режиме Stop-flow, а также исследований поляризованной флуоресценции образцов;

 

Спектрофлуориметр Cary Eclipse позволяет производить измерения:

- интенсивности флуоресценции, фосфоресценции, химической/био-люминесценции твердых образцов и растворов в диапазоне длин волн до 900 нм;

- кинетики быстропротекающих процессов со скоростью сканирования до 24000 нм/мин и до 80 точек/сек в стационарном режиме фолюоресцении;

- образцов малых концентраций и объёмов менее 0.5 мл, а также образцов микропланшетного формата, при использовании дополнительны аксессуаров;

- твёрдотельных образцов (мелких порошков, плёночных образцов и пр.) с использованием оптоволоконного зонда.

 

Комплекс спектрометрического оборудования на базе модульных спектрометров Ocean Optics HR-2000+ES, MayaPro 2000 и Avantes AvaSpec-NIR256-1.7, позволяющий исследовать поглощение и флуоресценцию образцов наноматериалов в видимой, ближней и средневолновой ИК-областях, а также производить мониторинг процесса синтеза нанокристаллов в реальном времени, с использованием погружного оптического зонда.

 

В состав комплекса входят:

- спектрометр Ocean Optics HR-2000+ES с матричным детектором для спектральной области 190 – 1100 нм, временем накопления сигнала 1 мс – 65 сек, динамическим диапазоном – 8,5 × 107, и соотношением сигнал:шум – 250:1;

- спектрометр Ocean Optics Maya Pro 2000 для области ближнего ИК-диапазона с матричным детектором для спектральной области 600 – 1100 нм, временем накопления сигнала 7,2 мс – 5 сек, динамическим диапазоном – 15000, и соотношением сигнал:шум – 450:1

- спектрометр Avantes AvaSpec-NIR256-1.7

- наборы оптических волокон для видимой и ближней/средней ИК-областей;

- держатели кювет;

- держатели светофильтров;

- интегрирующие сферы;

- набор светодиодных источников возбуждения 405 нм, 532 нм, 625 нм;

- источник белого света DH-2000, имеющий дейтериевую и галогенную лампу;

- термостойкий и химически стойкий погружной зонд TP-300 для измерения спектров поглощения и флуоресценции растворов in situ (до 300 °С).

 

Установка для изучения спектров люминесценции и кинетики быстропротекающих  фотопроцессов в наноструктурах и композитных материалах на их основе.

 

В состав установки входят:

- фемтосекундный твердотельный лазер Tsunami (Newport Corporation - США) с возможностью перестройки лазерного излучения в диапазоне от 700 до 1000 нм без удвоения частоты, и от 350 до 450 нм при использовании блока генерации второй гармоники. Частота следования лазерных импульсов составляет 80 МГц, с возможностью ее понижения до 1 кГц; максимальная средняя мощность - до 2,2 Вт, характерная длительность импульса 60 фс;

- пикосекундный твердотельный лазер производства НИИ Полюс (Москва); длина волны излучения 532 нм, частота следования импульсов 50 Гц, средняя мощность 10 мВт, длительность импульса 350 пс;

- автоматизированный монохроматор/спектрограф М-266 (Solar Laser Systems -Беларусь), укомплектованный четырьмя дифракционными решетками - 200, 400, 600 и 1200 штр/мм. В качестве детекторов используются кремниевая ПЗС линейка (Hamamatsu), ФЭУ R1926A (Hamamatsu) и германиевый фотодиод ФД-7Г;

- цифровой осциллограф DPO 3054 с полосой пропускания 500 МГц и частотой дискретизации 2,5 ГГц.

 

Характеристики оборудования, входящего в состав установки, позволяют производить следующие базовые исследования:

- исследование спектров люминесценции наноструктур  и композитных материалов на их основе в диапазоне от 260 до 1500 нм.

- исследование спектров люминесценции наноструктур  и композитных материалов на их основе в режиме двухфотонного возбуждения.

- исследование кинетики люминесценции наноструктур  и композитных материалов на их основе в спектральном диапазоне 260-850 нм и с временным разрешением не хуже 3 нс.

 

(2) Инвертированный микроскоп Carl Zeiss Axio Observer.

Микроскоп позволяет наблюдать образцы в проходящем и отраженном свете, а также оснащен набором светофильтров для наблюдения флюоресцентных изображений в различных спектральных областях. Регистрация микрофотографий осуществляется высокочувствительной монохромной камерой.

 

Прибор может быть использован для исследования морфологии тонких пленок нанокристаллов, агрегатов нанокристаллов  или композитов на их основе.

 

(3) Прибор для характеризации размеров и зета-потенциала наночастиц методом динамического рассеяния света Malvern Zetasizer NanoZS

Прибор позволяет производить измерение распределения ансамблей наночастиц в виде коллоидного раствора по размерам.

Измерения могут проводиться как в водной, так и в органической средах.

С использованием специализированных кювет возможно проведение измерения поверхностного потенциала наночастиц в водных растворах.

Характеристики прибора:

- диапазон размеров частиц в коллоидном растворе: 1 – 10000 нм;

- минимальный объем образца – 12 мкл;

- температурный интервал измерений: 0 - 90 °С;

- углы измерения: 13°, 173°.

 

(4) Уникальная научная установка - фемтосекундный лазерный квадрупольный масс-спектрометр.

Фемтосекундный лазерный квадрупольный масс-спектрометр, в отличие от своих аналогов, обладает рекордно высоким пространственным разрешением.

Установка позволяет в режиме лазерной десорбции с последующей многоступенчатой и многофотонной ионизацией, а также в режиме поверхностной лазерной ионизации, проводить анализ с разрешением на уровне 100 нм.

Установка включает в себя квадрупольный масс-спектрометр, лазерную систему с перестройкой длины волны излучения, а также комплекс сервисной аппаратуры для диагностики характеристик лазерного излучения и масс-спектрометра (длины волны, длительности импульса, энергии в импульсе, и др.).

Помимо измерений в режиме лазерной десорбции, установка также позволяет исследовать образцы материалов методом термопрограммируемой десорбции с масс-спектрометрической регистрацией десорбируемых веществ.

 

 

2. Перечень применяемых объектом инфраструктуры методик измерений

1) Измерение спектров поглощения растворов в диапазоне от 250 нм до 1500 нм.

2) Измерение спектров поглощения тонких пленок в диапазоне от 250 нм до 1500 нм..

3) Измерение спектров поглощения/отражения твердых образцов в диапазоне от 250 нм до 1500 нм.

4) Измерение спектров флуоресценции растворов в диапазоне от 250 нм до 1500 нм.

5) Измерение спектров флуоресценции твердых образцов и тонких пленок в диапазоне от 250 нм до 1500 нм.

6) Измерение квантового выхода флуоресценции растворов, тонких пленок или объемных материалов.

7) Измерение спектров поглощения растворов in situ (до 300 °С).

8) Измерение спектров флуоресценции растворов in situ (до 300 °С).

9) Измерение времени жизни флуоресценции растворов, тонких пленок и твердых образцов.

10) Измерение сечения двухфотонного поглощения растворов.

11) Измерение сечения двухфотонной флуоресценции растворов.

12) Измерение спектров поглощения и флуоресценции быстрых процессов в режиме stop-flow.

13) Измерение распределения ансамблей наночастиц по размерам в водной и органической средах методом динамического рассеяния света.

14) Измерение поверхностного потенциала наночастиц в водной среде методом динамического рассеяния света.

15) Исследование состава оболочки органических лигандов наночастиц методом термопрограммируемой десорбции с масс-спектрометрическим детектированием десорбируемых веществ.

16) Измерение проводимости тонких пленок наночастиц или их композитов с органическими полимерами.

 

3. Перечень выполняемых типовых работ и (или) оказываемых услуг с указанием единицы измерения выполняемой работы и (или) оказываемой услуги и их стоимость в рублях или порядок определения их стоимости

1) Синтез квантовых точек типа ядро/оболочка на основе ядер селенида кадмия. Стоимость услуги определяется в договорном порядке в зависимости от типа квантовых точек, массы образца и срочности выполнения работ.

2) Синтез квантовых точек на основе ядер сульфида/селенида свинца.

Стоимость услуги определяется в договорном порядке в зависимости от типа квантовых точек, массы образца и срочности выполнения работ.

3) Синтез квантовых точек типа ядро/оболочка на основе ядер сульфида/селенида меди-индия.

Стоимость услуги определяется в договорном порядке в зависимости от типа квантовых точек, массы образца и срочности выполнения работ.

4) Синтез плазмонных наночастиц.

Стоимость услуги определяется в договорном порядке в зависимости от типа плазмоных наночастиц, массы образца и срочности выполнения работ.

5) Синтез магнитных наночастиц Fe3O4.

Стоимость услуги определяется в договорном порядке в зависимости от массы образца и срочности выполнения работ.

6) Синтез квантовых стержней или нанопластинок на основе ядер селенида кадмия.

Стоимость услуги определяется в договорном порядке в зависимости от типа наночастиц, массы образца и срочности выполнения работ.

7) Разработка методов синтеза и синтез квантовых точек нестандартной структуры.

Стоимость услуги определяется в договорном порядке в зависимости от типа наночастиц, массы образца и срочности выполнения работ.

8) Изготовление образцов композитных материалов на основе полимерных материалов и квантовых точек.

Стоимость услуги определяется в договорном порядке в зависимости от типа полимера-матрицы, типа квантовых точек, массы образцов, массовой доли квантовых точек, и срочности выполнения работ.

9) Измерение оптических свойств жидких образцов в видимом и ближнем/среднем ИК диапазонах (спектры поглощения, флоресценции, кинетика затухания флуоресценции, квантовый выход флуоресценции).

Стоимость услуги определяется в договорном порядке в зависимости от типа измерений, качества образцов, и срочности выполнения работ.

10) Измерение оптических свойств тонкопленочных образцов в видимом и ближнем/среднем ИК диапазонах (спектры поглощения, флоресценции, кинетика затухания флуоресценции, квантовый выход флуоресценции).

Стоимость услуги определяется в договорном порядке в зависимости от типа измерений, качества образцов, и срочности выполнения работ.

11) Измерение оптических свойств твердых образцов в видимом и ближнем/среднем ИК-диапазонах (спектры поглощения/отражения, флоресценции, кинетика затухания флуоресценции, квантовый выход флуоресценции).

Стоимость услуги определяется в договорном порядке в зависимости от типа измерений, качества образцов, и срочности выполнения работ.

12) Измерение физико-химических характеристик коллоидных растворов наночастиц (определения размеров, поверхностного заряда).

Стоимость услуги определяется в договорном порядке в зависимости от типа измерений, качества образцов, и срочности выполнения работ.

13) Проведение сравнительной оценки фотостабильности флуоресценцтных наночастиц.

14) Анализ состава оболочки органических лигандов нанокристаллов методом термопрограммируемой десорбции.

Стоимость услуги определяется в договорном порядке в зависимости от типа измерений, качества образцов, и срочности выполнения работ.

 

Стоимость работ по химическому синтезу наноматериалов определяется исходя из стоимости амортизационных отчислений на эксплуатацию оборудования, фактически израсходованных реагентов и прочих материалов, а также заработной платы научных работников и инженерного персонала.

Ориентировочная стоимость работ по синтезу наноматериалов составляет 25 тыс. рублей за один рабочий день, без учета стоимости реагентов и расходных материалов.

 

Стоимость работ по физико-химической характеризации наноматериалов определяется исходя из стоимости амортизационных отчислений на эксплуатацию оборудования, а также заработной платы научных работников и инженерного персонала.

Ориентировочная стоимость работ по физико-химической характеризации наноматериалов составляет 15 тыс. рублей за один рабочий день, без учета стоимости расходных материалов.

 

4. Регламент доступа к оборудованию объекта инфраструктуры, предусматривающий порядок выполнения работ и оказания услуг для проведения научных исследований, а также осуществления экспериментальных разработок в интересах третьих лиц; условия допуска к работе на оборудовании объекта инфраструктуры.

Доступ к измерительному оборудованию объекта инфраструктуры для проведения научных исследований, а также осуществления экспериментальных разработок в интересах третьих лиц возможен с письменного разрешения руководителя объекта инфраструктуры.

Для получения доступа к оборудованию необходимо:

1)      Направить руководителю объекта инфраструктуры заявку с описанием производимых работ и желательных сроков их выполнения, на электронный адрес MEPHI.MEGAcluster.infrastructure@gmail.com.

2)      Обеспечить наличие спецодежды и необходимых расходных материалов для проведения измерений.

3)      Пройти инструктаж по технике безопасности и методике работ на приборе.

Работы на измерительном оборудовании объекта инфраструктуры должны проводиться только в присутствии сотрудников кластера МЕГА-лабораторий НИЯУ МИФИ.

Доступ к оборудованию Технологического комплекса проектирования, химического синтеза и очистки полупроводниковых, плазмонных и магнитных наноматериалов возможен только для сотрудников кластера МЕГА-лабораторий НИЯУ МИФИ.

 
 
 
© 2012 Laboratory of Nano-BioEngineering