Физико-химические основы процесса электрофоретического осаждения фотонно-кристаллических сверхрешеток для изделий оптоэлектроники тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Дюбанов Владислав Алексеевич

• Дюбанов Владислав Алексеевич
• кандидат наук
• 2025

Оглавление диссертации кандидат наук Дюбанов Владислав Алексеевич

Введение

Глава 1. Опыт и перспективы использования процессов самоорганизации при формировании фотонно-кристаллических сверхрешеток для изделий оптоэлектроники

1.1. Обзор актуальных областей применения самоорганизующихся периодических структур

1.2. Анализ методов, реализующих управляемую самоорганизацию сферических частиц в периодические структуры

1.3. Электрофоретический метод и анализ перспектив его использования

Выводы по главе

Глава 2. Исследование влияния физико-химических параметров самоорганизующейся системы на параметры двойного электрического слоя коллоидных сферических частиц и агрегативную устойчивость коллоидных систем

2.1. Анализ влияния параметров системы на поверхностный заряд частиц

2.1.1. Концентрация добавленного электролита

2.1.2. Водородный показатель раствора

2.1.3. Размер катиона адсорбционного слоя

2.1.4. Радиус частицы

2.1.5. Концентрации дисперсной фазы

2.1.6. Температура раствора

2.1.7. Аппроксимационная модель

2.2. Составление расчетной модели для теоретического определения параметров двойного электрического слоя частиц дисперсной фазы

2.2.1. Поверхностные реакции как способ формирования поверхностного заряда и адсорбционного слоя противоионов

2.2.2. Поверхностная плотность заряда поверхности и адсорбционного

слоя частиц

2.2.3. Распределение потенциала в пределах диффузной области двойного электрического слоя

2.2.4. Модель для расчета параметров двойного электрического слоя на основе заданных параметров дисперсионной среды

2.2.5. Расширение области применимости теоретической модели для расчета параметров двойного электрического слоя

2.2.6. Результаты расчета параметров двойного электрического слоя и их сравнение с экспериментальными и теоретическими данными

2.3. Определение условий обеспечения агрегативной устойчивости системы и энергетического барьера осаждения

2.3.1. Межмолекулярное взаимодействие

2.3.2. Электростатическое взаимодействие

2.3.3. Суммарная энергия взаимодействия

Выводы по главе

Глава 3. Моделирование и расчет метода электрофоретического осаждения

3.1. Анализ процесса и определение условий формирования упорядоченной периодической структуры

3.2. Определение режимов осаждения структур заданной толщины

3.2.1. Моделирование распределения потенциала, поверхностных плотностей заряда электрода и слоев диффузной области

3.2.2. Расчет и анализ результатов расчета энергии воздействующего электрического поля

3.2.3. Определение условий формирования структур с заданным количеством слоев

3.2.4. Моделирование переходного процесса миграции микросфер в момент приложения внешнего потенциала и степени заполнения структуры

3.2.5. Определение режимов импульсного осаждения структур

3.3. Моделирование процесса управления температурой раствора

3.4. Расчет энергии адгезионной связи частиц с подложкой

3.5. Анализ влияния вибрационного воздействия на подложку на формирования высокоупорядоченных структур

3.6. Расчет режимов извлечения подложек из раствора и электрофореза в

режиме ассистирования вертикальным осаждением

Выводы по главе

Глава 4. Экспериментальная апробация теоретических моделей

4.1. Аналитическое оборудование, средства обеспечения потенциала и индикаторы

4.2. Процедуры предварительной подготовки к проведению процессов и оценка параметров частиц дисперсной фазы

4.2.1. Подготовка подложек и раствора к проведению процессов

4.2.2. Анализ распределения частиц по размерам и форме

4.3. Проведение экспериментальных исследований при варьировании ключевыми параметрами процесса

4.3.1. Исследование влияния внешнего потенциала на площадь структуры однородной толщины, плотность упаковки и количество дефектов

4.3.2. Исследование влияния прикладываемого потенциала, водородного показателя, концентрации электролита, температуры раствора, времени процесса и импульсного режима на количество слоев микросфер в сверхрешетках, формируемых электрофоретически

Выводы по главе

Глава 5. Разработка принципов создания оборудования и создание установки

электрофоретического осаждения

5.1. Обоснование требований и принципов создания оборудования

5.1.1. Требования к модулю электрофоретического осаждения

5.1.2. Требования к модулю вертикального осаждения

5.1.3. Требования к модулю контроля и регулировки температуры

5.1.4. Требования к модулю контроля водородного показателя раствора

5.1.5. Требования к модулю вибрационного воздействия

5.1.6. Требования к модулю контроля условий окружающей среды

5.1.7. Требования к системе автоматизированного управления

5.1.8. Результирующее функциональное решение установки электрофоретического осаждения

5.2. Создание установки электрофоретического осаждения

5.2.1. Конструкция реализованной установки

5.2.2. Автоматизированная система управления установкой

5.2.3. Пользовательский интерфейс системы управления установкой

5.3. Разработка алгоритма и программы для определения технологических

режимов электрофоретического осаждения и параметров системы

Выводы по главе

ОБЩИЕ РЕЗУЛЬТАТЫ, ВЫВОДЫ И ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Введение

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Физико-химические основы процесса электрофоретического осаждения фотонно-кристаллических сверхрешеток для изделий оптоэлектроники»

Актуальность работы.

Стремительное развитие науки и техники привело к появлению новых принципов создания оптоэлектроннных элементов. Перспективы связаны с материалами, периодическая структура которых может формироваться с использованием подхода «снизу-вверх» посредством самоорганизации коллоидных систем, при реализации которой для формирования планарных и объемных сверхрешеток не требуется использование сложного литографического оборудования и подготовка масок. Присуждение в 2023 году Нобелевской премии за исследования в области синтеза коллоидных квантовых точек А.И. Екимову, Л. Брюсу и М. Бавенди стало знаковым для оптических нанотехнологий.

Плотноупакованные сверхрешетки, сформированные из упорядоченных коллоидных сферических частиц диаметром 9...700 нм, обладают свойствами фотонных кристаллов. В связи с возможностью варьирования размером сфер и количеством слоев сверхрешеток, они могут использоваться в качестве матрицы в производстве квантовых и плазмонных структур для получения не только планарных, но и трехмерных массивов квантовых точек, нанокомпозитов или инверсных материалов с увеличенной интенсивностью излучения. Например, светодиоды InGaN/GaN с наностержнями р^аЫ, фотонно-кристаллическая (ФК) структура которых получена методом микросферной литографии, демонстрируют при токе возбуждения 20 мА увеличение интенсивности излучения на 41% по сравнению с классическими аналогами. Создание низкопороговых лазеров с использованием многослойной сверхрешетки на основе микросфер БЮ2 позволило на 70% снизить нижний порог энергии при достижении инверсии популяции по сравнению с классическими вертикально-излучающими лазерами до 7,63 мкДж/пульс, что повышает энергоэффективность и способствует интеграции в системы «на-чипе». При этом за счет сокращения количества операций при использовании самоорганизации стоимость обработки одной

подложки получается как минимум в 5 раз ниже, чем в процессе, где фотонно-кристаллическая структура создается с использованием технологии «сверху-вниз».

Исследованием и разработкой основанных на самоорганизации микросфер в периодические структуры технологий для производства материалов и изделий оптоэлектроники занимались Самойлович М.И. и Белянин А.Ф. (заполнение межсферических пустот фотонно-кристаллических сверхрешеток полупроводниковыми, сверхпроводящими, магнитными и люминесцирующими материалами), Горелик В.С. (усиление люминисцентного свечения в фотонных кристаллах), Панфилова Е.В. (получение фотонно-кристаллических пленок и сенсорных периодических структур на их основе), Xin Tang (использование технологий самоорганизации для создания фотодиодов), Xiaodong Chen (совершенствование нано- и микросферной литографии) и другие.

В целом, можно сказать, что процессы формирования периодических структур посредством перемещения границы раздела раствор - воздух по поверхности подложки или центрифугирования достаточно изучены и обеспечивают формирование упорядоченных слоев на плоской поверхности в отсутствии топологического рельефа на ней. Однако время получения пленки в этих процессах составляет десятки минут, а увеличение скорости осаждения приводит к нарушению процесса самоорганизации и, как следствие, возникновению неупорядоченных и неоднородных по количеству слоев областей, а также деформации сфер. Поэтому более рациональным для микро- и нанотехнологичной отрасли будет проведение процессов с осаждением слоев непосредственно в среде раствора. Перспективным, с точки зрения минимизации времени цикла осаждения, методом получения периодических структур в широких диапазонах размеров частиц разнообразных материалов дисперсной фазы и форм подложки является электрофоретическое осаждение (ЭФО) с характерной скоростью роста пленки более одного слоя в минуту при объемной концентрации дисперсной фазы порядка 0,1%. Ввиду единства физико-химических процессов и закономерностей формирования заряда в поверхностных

группах частиц для широкого спектра материалов метод является универсальным с точки зрения возможности получения структур различного назначения.

Промышленные методы ЭФО хорошо отработаны в лакокрасочном производстве и производстве конденсаторов. Однако для воспроизводимого формирования ФК сверхрешеток из упорядоченных в результате самоорганизации микро- или наносфер необходимо применять управляющие воздействия, сохраняющие баланс между электрофоретическими силами, диффузией и взаимодействием сфер и соответствующие состоянию неравновесной самоорганизующейся системы за счет учета закономерностей химических процессов поверхностных реакций и физических процессов формирования двойного электрического слоя (ДЭС) частиц дисперсной фазы. Технологически важным вопросом является создание алгоритма электрофоретического формирования ФК структур с заданным количеством слоев на площади не менее 10000 мкм2 и обеспечение возможности его реализации на соответствующем оборудовании. Такие разработки в настоящее время отсутствуют.

Таким образом, существует необходимость выявления физико-химических закономерностей электрофоретического процесса формирования ФК сверхрешеток, создания методики корректировки параметров раствора и определения внешнего управляемого воздействия на частицы и разработки принципов проектирования оборудования для производства таких структур.

Цель:

Разработка физико-химических основ определения параметров оборудования и технологических режимов процесса электрофоретического формирования ФК пленочных структур с заданным количеством слоев посредством управляемой самоорганизации.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1. Провести анализ условий формирования ФК сверхрешеток методом ЭФО, и факторов, влияющих на зарядовые параметры частиц в растворе и агрегативную

устойчивость системы, содержащей сферические частицы;

2. Разработать теоретическую математическую модель для расчета зарядовых параметров и распределения потенциала в пределах двойного электрического слоя сферических частиц и оценки устойчивости системы, содержащей сферические частицы, с заданным набором таких параметров как размер и объемная концентрация дисперсной фазы, водородный показатель pH, концентрация добавленного электролита и температура среды;

3. Определить критерии реализации процесса осаждения упорядоченных слоев при многофакторном воздействии, выявить зависимости количества слоев от параметров системы и прикладываемого к подложке внешнего электрического потенциала;

4. Создать экспериментальный стенд, изготовить образцы структур и на основании результатов их исследований установить достоверность теоретических моделей и зависимостей;

5. Разработать рекомендации по проектированию оборудования для электрофоретического формирования структур, определить диапазоны варьирования параметрами и режимами процесса, а также создать соответствующую рекомендациям установку;

6. Разработать алгоритм вычисления технологических режимов электрофоретического формирования периодических структур с заданным количеством слоев и реализующую его программу для ЭВМ.

Научная новизна работы:

1. Создана методика оценки параметров сферических микро- и наночастиц и агрегативной устойчивости содержащих их систем с данным составом и состоянием дисперсной среды, в соответствии с которой выявлены основные влияющие на зарядовые показатели частиц факторы: размер и концентрация дисперсной фазы, водородный показатель pH, концентрация добавленного электролита и температура среды, а также определена степень влияния каждого из них;

2. Разработана теоретическая модель для расчета толщины структуры, формируемой из неметаллов методом ЭФО, в зависимости от параметров процесса и системы, приведенных в п.1, в случае приложения заданного постоянного электрического потенциала к подложке, на основании которой обоснованы наличие фундаментального ограничения количества слоев осаждаемой структуры и способ его преодоления импульсной подачей разности потенциалов, для чего определена зависимость требуемой продолжительности импульса от ионной силы раствора;

3. Разработаны физико-химические основы проектирования и создания оборудования для ЭФО, в том числе, с возможностью ассистирования методом вертикального осаждения, обеспечивающие возможность послойного осаждения ФК структур с заданным количеством слоев.

Практическая значимость работы:

1. Спроектирована и создана масштабируемая установка для формирования ФК структур методом ЭФО с возможностью ассистирования методом вертикального осаждения;

2. Разработан алгоритм и соответствующая ему программа технологического расчета режимов ЭФО периодических, в том числе, ФК структур с заданным количеством слоев и выдачи рекомендаций по изменению параметров системы в случае невозможности обеспечения данного параметра с учетом обеспечения ее агрегативной устойчивости;

3. Разработанная установка используется в учебном процессе кафедры «Электронные технологии в машиностроении» МГТУ им. Н.Э.Баумана.

Степень достоверности результатов.

Достоверность работы обеспечивается обширным комплексным анализом теоретической базы и результатов сторонних и собственных экспериментальных исследований. Теоретические результаты работы не противоречат известным положениям, а экспериментальная апробация показывает высокую согласованность теории с практикой. Достоверность экспериментальных данных

обеспечивается использованием современных поверенных средств измерения и апробированных методик проведения исследований.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Разработанная методика численной оценки параметров сферических микро- и наночастиц и агрегативной устойчивости содержащих их систем с данным составом и состоянием дисперсной среды позволяет выявить степень влияния размера и концентрации дисперсной фазы, водородного показателя pH, концентрации добавленного электролита и температуры среды на параметры двойного электрического слоя частиц и устойчивость системы при обеспечении погрешности вычисляемой поверхностной плотности заряда частиц не более 5%;

2. Разработанная технология реализации метода ЭФО позволяет осуществлять послойное осаждение сферических частиц SiO2 диаметром от 9 до 700 нм с контролируемым количеством их слоев начиная от монослоя до 10 слоев посредством приложения к электродам постоянной разницы потенциалов от 1 до 20 В при обеспечении условия экранирования внешнего электрического потенциала ДЭС у границы подложки, а также импульсного режима приложения потенциала с частотой от 1Гц до 1 кГц, определяемой из условия достижения продолжительности импульса не меньшей времени формирования ДЭС, для осаждения структур с большим количеством слоев вплоть до толщины пленки в 100 мкм;

3. Реализуемая на масштабируемых установках, обеспечивающих функции контроля и регулирования в установленных диапазонах водородного показателя pH, температуры раствора, величины прикладываемого к подложке внешнего электрического потенциала, времени полупериода импульса и скорости откачки жидкой фазы, технология послойного ЭФО позволяет получать сплошные фотонно-кристаллические структуры площадью 30000 мкм2 на подложках с электропроводящим покрытием со скоростью 1 слой в минуту, что на 2 порядка больше, чем при использовании других методов управляемой самоорганизации;

4. Разработанный алгоритм и соответствующая ему программа позволяют осуществлять расчет и выбор таких параметров и режимов процесса ЭФО, как

внешний прикладываемый электрических потенциал и параметры раствора, приведенные в п.1, с целью формирования периодических структур с заданным количеством слоев и погрешностью в пределах 1 слоя сферических частиц, а также производить расчет корректировок параметров раствора для изменения величины потенциального барьера в том случае, если заданное количество слоев не может быть обеспечено для среды с исходными параметрами.

Апробация работы.

Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на 10-й и 11-й Всероссийской конференции молодых ученых и специалистов «Будущее машиностроения России» (Москва, 2017 и 2018), XIII и XIV Всероссийской инновационной молодежной научно-инженерной выставке «Политехника» (дипломы 2 степени на каждой и 1 диплом за достижения в научно-исследовательской работе) (Москва, 2018 и 2019), Международной научно-технической конференции «INTERMATIC-2018» (Москва, 2018), 21-ой Международной молодежной научно-технической конференции «Наукоемкие технологии и интеллектуальные системы - 2018» (Москва, 2018), X Всероссийской конференции «Необратимые процессы в природе и технике» (Москва, 2019), Международной научной конференции SPb Photonic, Optoelectronic, & Electronic Materials «SPb-POEM 2021» (Санкт-Петербург, 2021), 7 Международной молодежной конференции по радиоэлектронике, электротехнике и энергетике «REEPE 2025» (Москва, 2025), а также научных семинарах кафедры «Электронные технологии в машиностроении» МГТУ им. Н.Э. Баумана.

Работа была поддержана грантом программы УМНИК-2018 на площадке «Энерджинет» с темой «Разработка технологии изготовления суперконденсатора на основе самоорганизующихся структур» (Москва, 2019).

Внедрение результатов работы.

Результаты диссертационной работы используются в учебном процессе кафедры «Электронные технологии в машиностроении» МГТУ им. Н.Э.Баумана в дисциплине «Научно-исследовательская работа» программ подготовки

бакалавров и магистров по направлениям «Наноинженерия» и «Электроника и наноэлектроника»

Положения диссертации используются при создании ФК структур различного назначения в рамках соглашений о сотрудничестве с ФГАОУ ВО «Новосибирский национальный исследовательский государственный университет» (НГУ) и ФГБУ «Петербургский институт ядерной физики им. Б.П. Константинова Национального исследовательского центра «Курчатовский институт» (НИЦ «Курчатовский институт» - ПИЯФ).

Публикации.

По теме работы опубликовано 10 научных трудов, из них 4 научных труда в научно-технических журналах, входящих в перечень ВАК РФ, и 3 научных труда в научно-технических журналах, рецензируемых в Scopus, а также 2 научных труда в научно-технических журналах из перечня РИНЦ и получено 1 свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ №2025617912.

Личный вклад автора.

Автор самостоятельно провел литературный обзор, выполнил анализ факторов и разработку математической модели для численной оценки устойчивости коллоидных систем, разработал математическую модель для решения технологической задачи высокопроизводительного формирования ФК структур методом электрофоретического осаждения и создал соответствующую программу для ЭВМ, реализовал экспериментальные исследования, подготовил рекомендации по проектированию оборудования для формирования ФК структур, создал многофункциональную установку.

Структура и объем диссертации.

Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения, списка литературы из 178 наименований. Работа содержит 194 страниц, в том числе 24 таблицы и 99 рисунков.

Глава 1. Опыт и перспективы использования процессов самоорганизации при формировании фотонно-кристаллических сверхрешеток для изделий оптоэлектроники

Стремительное развитие нанотехнологий, а в настоящее время и квантовых технологий, дало основание для развития электронных устройств нового типа, при производстве которых могут использоваться устоявшиеся технологии, тем самым для них открываются новые широкие перспективы. Одним из подобных перспективных направлений являются золь-гель технологии и методы получения фотонно-кристаллических (ФК) пленочных структур, основанные на самоорганизации сферических нано- или микрочастиц дисперсной фазы в упорядоченные сверхрешетки [29]. Пленки, полученные из самооранизующихся систем, издавна применяются в машино- и приборостроении в качестве защитных и разделительных покрытий. Требования к их параметрам пленки для такого применения невысоки, речь идет о характерных размерах в десятки микрометров, что позволяет не учитывать ряд факторов, влияющих на процесс и использовать оборудование лакокрасочного производства. Однако вновь открывшиеся перспективы, которые описаны далее, накладывают новые ограничения и существенно повышают требования к параметрам получаемых структур. Среди таких требований выступают воспроизводимость толщины структуры в пределах одного слоя, обеспечение равномерной по толщине структуры на площадях не менее 10000 мкм2 с точным количеством слоев структуры. Ввиду этого возникает задача воспроизводимого формирования структур с требуемыми параметрами и создания оборудования для данных процессов.

1.1. Обзор актуальных областей применения самоорганизующихся периодических структур

В последнее время прослеживается возрастающий интерес к применению структур, сформированных из коллоидных растворов, в робототехнике [46, 149],

приборостроении [20, 66, 113, 123], электронике [83, 141, 151] и других сферах. Самоорганизация делает возможным создание устройств нового типа без использования высокотехнологичного оборудования и оснастки. При этом за счет сокращения количества операций при использовании самоорганизации стоимость обработки одной подложки получается как минимум в 5 раз ниже, чем в процессе, где фотонно-кристаллическая структура создается с использованием технологии «сверху-вниз» [138].

Широкий спектр применения таких структур связан с обеспечением цвета структуры ввиду наличия фотонной запрещенной зоны (ФЗЗ) [29, 53, 72, 103, 104, 112, 131, 142, 156, 174, 176]. Однако данные применения не имеют непосредственного применения в оптоэлектронике и в настоящей работе не рассматриваются.

Целым кластером являются устройства контроля внешнего воздействия по положению ФЗЗ (Рисунок 1.1) [74]. Таким образом возможно изготавливать сенсоры, реагирующие на тепловое воздействие, то есть производить датчики температуры для ограниченного диапазона условий [137]. Известны применения, которые позволяют изготавливать датчики концентрации ионов [80, 110, 127] и измерения кислотности раствора [98, 99, 163]. Использование периодических матриц в эластомере позволяет производить датчики механической нагрузки (например, силы) [70, 153]. Структуры, которые имеют отклик на воздействие внешнего электрического [62] или магнитного [126], могут использоваться в качестве аналога МЭМС оптического типа для оценки внешнего воздействия.

[ÄT

PS sphere ••••••••

••••••••

••••••••

••••••••

Stretched

\ \

" PDMS elastomer

Released

ШЖ +

а)

б)

Рисунок 1.1.

Применение самоорганизующихся структур в качестве сенсоров: а) усилия [71]; б) отклик на внешнее электрическое поле [62]

Одной из перспективных областей применения самоорганизующихся ФК структур является изготовление дисплеев [61], в которых внешнее электрическое поле [57, 70, 128, 164] или магнитное [106] поле, которое будет приводить к изменению структуры пикселя и соответствующему смещению положения ФЗЗ (Рисунок 1.2). Для подобных целей может реализовываться внедрение в пустоты исходной сверхрешетки различных материалов, например полиферроценилсилана [128]. Подобные решения позволяют осуществлять полнодиапазонную регулировку цвета структуры с высокой насыщенностью и точностью цвета во всем диапазоне видимого света, при этом может обеспечиваться лучшая экологичность производства подобных дисплеев и более высокая устойчивость к ударам и внешним воздействиям, что является важным, например, в производстве гибких дисплеев [150].

Рисунок 1.2.

Ячейка дисплея, построенная на основе периодической структуры [128]

Другой перспективной областью применения ФК сверхрешеток является производство актуаторов, работа которых будет основываться на контролируемой деформации структуры при управляемом внешнем воздействии [116]. Основными преимуществами подобного вида устройств является возможность реализации обратной связи перемещений по цвету структуры (Рисунок 1.3) [111], что исключает необходимость использования механических контрольных компонентов и позволяет обеспечить более точный контроль положения определением положения ФЗЗ на всем диапазоне перемещений.

Actuation part

У

15 mm

mm ^ #1 W

™=0° 57

Рисунок 1.3.

Актуатор с возможностью контроля положения по цвету структуры [111]

Помимо этого, возможно создавать актуаторы, которые приводятся в действие воздействием внешнего источника освещения [105]. Подобные устройства позволяют преобразовывать световое излучение в механическую деформацию структуры, включая изгиб или смещение (Рисунок 1. 4). Принцип работы данных устройств основывается на димеризации и изомеризации молекул при воздействии света [129]. При этом фотоэластомер размещается внутри полостей периодической структуры, которая затем вытравливается с целью формирования инверсной структуры. Использование подобной компоновки обеспечивает высокую воспроизводимость перемещений и восстановление исходной формы после снятия нагрузки [129].

Рисунок 1.4. Актуатор, приводимый в действие светом [129]

Особую перспективность в настоящий момент имеют коллоидные квантовые точки, состоящие из полупроводящих материалов и имеющие характерные размеры менее 20 нм [48, 49]. На основе точек могут создаваться диоды (Рисунок 1.5) [90], имеющие более высокие показатели эмиссии излучения по сравнению с аналогами ввиду обеспечения высокого квантового выхода,

фототранзисторы (Рисунок 1.6) [87], фотодиоды [56] и другие элементы. Дополнительным преимуществом является возможность нанесения подобных структур традиционными методами коллоидной химии на поверхности любой формы. Таким образом могут создаваться более сложные изделия оптоэлектроники. Однако подобные приложения требуют формирование структур с низким количеством дефектов и высокой однородностью толщины на характерных площадях не менее 10000 мкм2, в том числе на изначально сформированной топологии, таким образом требуется очень высокая воспроизводимость параметров.

Рисунок 1.5.

Диод на основе коллоидных квантовых точек [90]

Top contact

оосоооооооооооооссооссоооосооосе „„„ ООООООООООООООООООООООООООООООО p-CQDs ооооооооооооооооооосоооооооооооо ооооооооооооооооооооооооооооооо оооооооооооооооооооооооооооооооо ООООООООООООООООООООООООООООООО n-CQDs

ОШ9О6Ш58Ш589бб0бШ589Ш588ббР ооооооооооооооооооооооооооооооо оооооооооооооооооооооооооооооооо

ETL

Glass + ТСО

* * 4

а) б)

Рисунок 1.6.

Фототранзистор (а) и фотодиод (б) на основе коллоидных квантовых точек [48]

Ввиду наличия ФЗЗ периодические структуры с высокой интенсивностью отражения могут использоваться в качестве волноводов [67, 161]. При этом наилучшие значения показывают структуры с небольшим количеством слоев, а показатели отражения сильно зависят от упорядоченности формируемой

структуры и типа формируемой решетки. Волноводы в свою очередь могут играть важную роль при передаче сигналов в фотонно-электронных устройствах.

Монослойные (однослойные) периодические структуры могут применяться для микросферной литографии [17] или маски для напыления материала с целью формирования инверсной структуры на поверхности материала после вытравливания исходной матрицы (Рисунок 1.7). Данный процесс позволяет создавать на поверхности высокоупорядоченные точки регулярной упорядоченности с характерным размером от 5 нм, что дает возможность создания массивов квантовых точек и плазмонных структур по поверхности подложки.

Рисунок 1.7.

Процесс получения точек на основе периодической структуры [17]

На основе самоорганизации сферических частиц уже создан ряд устройств оптоэлектроники. Например, светодиоды InGaN/GaN с наностержнями p-GaN, фотонно-кристаллическая (ФК) структура которых получена методом микросферной литографии, демонстрируют при токе возбуждения 20 мА увеличение интенсивности излучения на 41% по сравнению с классическими аналогами [100]. Создание низкопороговых лазеров с использованием многослойной сверхрешетки на основе микросфер SiO2 позволило на 70% снизить нижний порог энергии при достижении инверсии популяции по сравнению с классическими VCSEL лазерами до 7,63 мкДж/пульс [47], что повышает энергоэффективность и способствует интеграции в системы «на-чипе».

Однако одной из ключевых проблем, препятствующих переходу к широкому производству и пользовательскому потреблению устройств, работающих на ФК пленочных структурах, является связанные проблемы воспроизводимости получаемых покрытий и необходимостью эмпирического определения режимов, что порой бывает очень затратно и требует поддержания особых условий в месте проведения процессов, аналогичных тем, при которых эмпирически были определены режимы. Высокотехнологичные приложения требуют формирование структур с контролируемой толщиной и низким числом дефектов, ввиду чего появляется необходимость в формировании специальных методов и подходов для формирования подобных структур.

1.2. Анализ методов, реализующих управляемую самоорганизацию сферических частиц в периодические структуры

К данному моменту был разработан целый ряд методов, позволяющих воздействовать на микросферы, приводя их в необходимое движение, таким образом воздействуя на процесс самоорганизации с целью улучшения функциональных качеств пленки. Тем не менее, имеющиеся теоретические данные зачастую носят отрывочный характер и не позволяют в полной мере определить режимы проведения процесса до его начала, ввиду чего требуется тратить время и средства на эмпирическое определения требуемых режимов, при этом изменение внешних условий или параметров раствора ухудшают воспроизводимость получаемых структур, приводя к необходимости поддерживать параметры постоянными или эмпирически определять новые режимы.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Дюбанов Владислав Алексеевич, 2025 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Беседина К. Н. Разработка методов управляемого формирования и исследование тонкопленочных опаловых наноструктур: дис. ... канд. тех. наук. М., 2014. 153 с.

2. Голикова Е.В. Исследование агрегативной устойчивости монодисперсного золя кремнезёма в растворах №С1 // Коллоидный журнал. 2006. Т. 68. № 3. С. 353-360.

3. Ибрагимов А. Р., Панфилова Е. В. Отработка процесса осаждения коллоидных пленок с учетом фактора коагуляции раствора // Новые материалы и перспективные технологии. 2019. С. 144-148.

4. Исследование структурных и оптических свойств пленочных фотонных кристаллов на основе микросфер SiO2 / С.А. Бондаренко [и др.] // Известия высших учебных заведений. Северо-Кавказский регион. Естественные науки. 2009. №. 1. С. 38-41.

5. Калинин Д. В., Сердобинцева В. В., Шабанов В. Ф. Послойный ступенчатый механизм роста фотонно-кристаллических опаловых пленок при выращивании их методом подвижного мениска // Доклады Академии наук. Федеральное государственное бюджетное учреждение" Российская академия наук", 2008. Т. 420. №. 2. С. 179-181.

6. Калинин Д. В., Сердобинцева В. В., Шабанов В. Ф. Природа микротрещин в фотонно-кристаллических опаловых пленках, получаемых методом подвижного мениска // Доклады Академии наук. Федеральное государственное бюджетное учреждение" Российская академия наук", 2008. Т. 420. №. 5. С. 607-609.

7. Калинина Е. Г. Физико-химические закономерности электрофоретического осаждения тонкопленочного твердого электролита на основе 7Ю2: автореф. дис. ... канд. хим. наук. Екатеринбург, 2010. 23 с.

8. Карпов С. В., Ершов А. Е. Общие закономерности формирования монослойных коллоидных кристаллов в условиях применения метода подвижного мениска // Коллоидный журнал. 2011. Т. 73. №. 6. С. 788-800.

9. Киселев М. Г., Савич В. В., Павич Т. П. Определение краевого угла смачивания на плоских поверхностях // Наука и техника. 2006. №1. С. 38-41.

10. Коман Б. П., Юзевич В. Н. Внутренние механические напряжения, термодинамические и адгезионные параметры в системе металлический конденсат-монокристаллический кремний // Физика твердого тела. 2012. Т. 54. №7. С. 1335-1341.

11. Лобаскин В. А., Виноградова О. И., Гусейн-Заде Н. Г. Электрофоретическая подвижность заряженной коллоидной частицы: компьютерное моделирование // Краткие сообщения по физике Физического института им. ПН Лебедева Российской Академии Наук. 2005. №. 4. С. 42-49.

12. Меньшикова А.Ю. Монодисперсные полимерные частицы с управляемой поверхностной структурой: дис. ... д-ра хим. наук: 02.00.06 / Меньшикова Анастасия Юрьевна. СПб., 2008. 297 с.

13. О скорости роста нанокластеров SiO 2 при различном соотношении числа молей компонентов системы (вода-ТЭОС) при щелочном катализе / И.И. Юрасова [и др.] // Журнал физической химии. 2021. Т. 95. №. 6. С. 923-927.

14. Оптические свойства тонких пленок из плотноупакованных SiO2-сфер / А.В. Баженов [и др.] // Физика твердого тела. 2002. Т. 44. №. 6. С. 10261031.

15. Осаждение самоорганизующихся тонких пленок методом центрифугирования коллоидной суспензии диоксида кремния / Е.В. Панфилова [и др.] // Новые материалы и перспективные технологии. 2020. С. 698-700.

16. Панфилова Е. В., Гришаев Н. А. Отработка и исследование процесса получения фотонно-кристаллических пленок методом центрифугирования // Инженерный журнал: наука и инновации. 2021. №. 4 (112). 15 с.

17. Панфилова Е. В., Хань Н. Т. Х., Дюбанов В. А. Разработка процесса получения коллоидного монослоя полистирола для технологии

микросферной литографии // Инженерный журнал: наука и инновации. 2020. №. 10 (106). С. 1-10.

18. Патент 2016/033674, МПК B05C 3/10 (2006.1), B05D 1/20 (2006.1),B82Y 30/00 (2011.01). Устройство для получения наноструктурированных покрытия на твердой поверхности: № PCT/BY2014/000007 ; заявл. 02.09.2014 ; опубл. 10.03.2016 / Ширипов В.Я., Жавнерко Г.К. - URL: https://patents.google.com/patent/WO2016033674A1/ru (дата обращения: 14.01.2025).

19. Патент 2704363 РФ. Аппарат для электрохимического получения слоистых металлических нанопроводов: № 2019101459; заявл. 18.01.19; опубл. 20.10.19. Бюл. № 31. 13 с.

20. Получение и физические свойства нанокомпозитов: опаловых матриц-оксидов титана / М.И. Самойлович [и др.] //Наноиндустрия. 2016. №. 4. С. 78-93.

21. Проектирование стенда для вытягивания фотоннокристаллических пленок /

B.Л. Кулешова [и др] // Фундаментальные проблемы радиоэлектронного приборостроения. 2017. Т. 17. №. 2. С. 303-306.

22. Рехвиашвили С. Ш., Киштикова Е. В. О размерной зависимости поверхностного натяжения // Журнал технической физики. 2011. Т. 81. №. 1.

C. 148-152.

23. Рыжкин М. И., Рыжкин И. А., Клюев А. В. Экранирование электрического поля в воде // Письма в ЖЭТФ. 2019. Т. 110. № 2. С. 112-117.

24. Саполетова Н. А., Напольский К. С. Электрохимический подход к синтезу фотонно-кристаллических материалов // Сборник тезисов выставки инновацинных проектов химического факультета МГУ. 2009. 3 с.

25. Синицкий А. С. Синтез и оптические свойства фотонных кристаллов на основе диоксида кремния // М.: Изд-во Московского гос. ун-та им. МВ Ломоносова. 2003. 22 с.

26. Структура и проводимость тонких пленок композита, формируемых методом подвижного мениска из нанодисперсий частиц серебра / В.В. Высоцкий [и др.] // Коллоидный журнал. 2016. Т. 78. №. 3. С. 303-303.

27. Танганов Б. Б. О размерах гидратированных ионов (к проблеме опреснения морской воды) // Успехи современного естествознания. 2009. № 12. С. 6567.

28. Технология получения ФК коллоидных пленок методом центрифугирования / О.М. Медведева [и др.] // Электровакуумные технологии, Конференция: Вакуумная Наука и Техника Махачкала. 2023. 5 с.

29. Фотонные кристаллы и нанокомпозиты на основе опаловых матриц / Самойлович М.И. [и др.]. М.: Издательство ОАО ЦНИТИ «Техномаш». 2007. 303 с.

30. Фроленкова Л. Ю., Шоркин В. С. Метод вычисления поверхностной энергии и энергии адгезии упругих тел // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Механика. 2013. №1. С. 235-259.

31. Шапаренко Н.О. Синтез, электрофоретическая подвижность и электрокинетический потенциал наночастиц Ag, Аи, SiO2 и ТЮг в растворах бис-(2-этилгексил)сульфосукцината натрия (АОТ): дис. ... канд. хим. наук. Новосибирск, 2021. 177 с.

32. Щукин Е. Д., Перцов А. В., Амелина Е. А. Коллоидная химия. Юрайт, 2017. 444-444 с.

33. Эйнштейн А. О. движении взвешенных в покоящейся жидкости частиц, требуемом молекулярно-кинетической теорией теплоты [Электронный ресурс] / Высшая школа экономики, 2013. Режим доступа: https://www.hse.ru/data/2013/06/09/1283651839/Einstein(rus).pdf (Дата обращения: 12.03.2024).

34. Электрофоретическое осаждение коллоидных наночастиц CdS на аморфную кремниевую мембрану / Н.С. Филиппов [и др] // Физика и техника полупроводников. 2014. Т. 48. №. 7. С. 995-1001.

35. Юрасова И. И., Юрасов Н. И., Галкин Н. К. Стадии процесса синтеза глобул аморфного кремнезема в технологии изготовления фотонного кристалла // Необратимые процессы в природе и технике. 2021. С. 106-108.

36. A novel approach for enhancing photocatalytic activity of g-CaN via dual modification with phosphorus and sulfur / X. Zhao [et al] // Chemical Engineering Journal. 2022. Vol. 431. P. 138589.

37. A study of the mixing process under vertical vibration with different initial structures / Y. Gao [et al] // Processes. 2025. Vol. 13. No. 2. P. 510.

38. Aggregation and Charging of Colloidal Silica Particles: Effect of Particle Size / Kobayashi M. [et al.] // Langmuir. 2005. Vol. 21, No. 13. P. 5761-5769.

39. Automated spray coating process for the fabrication of large-area artificial opals on textured substrates / A.N. Sprafke [et al] // Optics Express. 2013. Vol. 21. No. S3. P. A528-A538.

40. Behrens S. H., Grier D. G. The Charge of Glass and Silica Surfaces // The Journal of Chemical Physics. 2001. Vol. 115. No. 14. P. 6716-6721.

41. Bell G. M., Levine S., McCartney L. N. Approximate methods of determining the double-layer free energy of interaction between two charged colloidal spheres // Journal of colloid and interface science. 1970. Vol. 33. No. 3. P. 335-359.

42. Bhattacharjee S., Elimelech M., Borkovec M. DLVO Interaction between Colloidal Particles: Beyond Derjaguin's Approximation // Croatica Chemica Acta. 1998. Vol. 71, No. 4. P. 883-903.

43. Bio-Rad Laboratories: офиц. сайт [Электронный ресурс]. URL: https://www.bio-rad.com/ (дата обращения: 24.12.2024).

44. Bouazizi S., Nasr S. Self-diffusion coefficients and orientational correlation times in aqueous NaCl solutions: complementarity with structural investigations // Journal of Molecular Liquids. 2011. Vol. 162. No. 2. P. 78-83.

45. Carvill J. Mechanical engineer's data handbook. Butterworth-Heinemann, 1994. 342 p.

46. Chameleon-inspired structural-color actuators / Wang Y. [et al] // Matter. 2019. Vol.1 №3. P.626-638.

47. Chen T.H., Huang B.Y., Kuo C.T. Position Dependence of Emission Wavelength of a SiO2 Colloidal Photonic-Crystal Laser // Polymers. 2020. Vol. 12. No. 4. P. 802.

48. Colloidal quantum dot electronics / M. Liu [et al] // Nature Electronics. 2021. Vol. 4. No. 8. P. 548-558.

49. Colloidal quantum dots as platforms for quantum information science / C. R. Kagan [et al] //Chemical reviews. 2020. Vol. 121. No. 5. P. 3186-3233.

50. Derjaguin B., Landau L. Theory of the stability of strongly charged lyophobic sols and of the adhesion of strongly charged particles in solutions of electrolytes // Progress in Surface Science. 1993. Vol. 43. No. 1-4. P. 30-59.

51. Detection analysis of surface hydroxyl active sites and simulation calculation of the surface dissociation constants of aqueous diatomite suspensions / S.C. Ma [et al] // Applied Surface Science. 2015. Vol. 327. P. 453-461.

52. Determination of surface potential and electrical double-layer structure at the aqueous electrolyte-nanoparticle interface / M.A. Brown [et al] // Physical Review X. 2016. Vol. 6. No. 1. P. 011007.

53. Digital fabrication of colors with colloidal crystals and colloidal glasses / R. Karyappa [et al] // Next Nanotechnology. 2024. Vol. 6. P. 100062.

54. Dimitrov A. S., Nagayama K. Continuous convective assembling of fine particles into two-dimensional arrays on solid surfaces // Langmuir. 1996. Vol. 12. No. 5. P. 1303-1311.

55. Dip coating with colloids and evaporation / G. Berteloot [et al] // Chemical Engineering and Processing: Process Intensification. 2013. Vol. 68. P. 69-73.

56. Dual-band infrared imaging using stacked colloidal quantum dot photodiodes / X. Tang [et al] // Nature photonics. 2019. Vol. 13. No. 4. P. 277-282.

57. Dual-responsive SPMA-modified polymer photonic crystals and their dynamic display patterns / Z. Gao [et al] // Macromolecular Rapid Communications. 2018. Vol. 39. No. 20. P. 1800134.

58. Effect of Copper Ions upon the Sorption of Amino Acids onto a Fumed Silica Surface / N. M. Vlasova [et al.] // Adsorption Science & Technology. 2007. Vol. 25. No. 1. P. 1-10.

59. Eick J. D., Good R. J., Neumann A. W. Thermodynamics of contact angles. II. Rough solid surfaces // Journal of Colloid and Interface Science. 1975. Vol. 53. No. 2. P. 235-248.

60. Electric potential distribution inside the electrolyte during high voltage electrolysis / L. Forschner [et al] // The Journal of Physical Chemistry C. 2023. Vol. 127. No. 9. P. 4387-4394.

61. Electrically tunable block copolymer photonic crystals with a full color display / Y. Lu [et al] // Journal of Materials Chemistry. 2009. Vol. 19. No. 33. P. 59525955.

62. Electroactive inverse opal: a single material for all colors / D. P. Puzzo [et al] // Angewandte Chemie. 2009. Vol. 121. No. 5. P. 961-965.

63. Electrophoretic deposition of biomaterials / A.R. Boccaccini [et al] //Journal of the Royal Society Interface. 2010. Vol. 7. No. 5. P. S581-S613.

64. Electrophoretic deposition of latex-based 3D colloidal photonic crystals: A technique for rapid production of high-quality opals / A.L. Rogach [et al] // Chemistry of materials. 2000. Vol. 12. No. 9. P. 2721-2726.

65. Electrophoretic deposition of transparent ZnO thin films from highly stabilized colloidal suspensions / M. Verde [et al] // Journal of colloid and interface science. 2012. Vol. 373. No. 1. P. 27-33.

66. Environmentally responsive plasmonic nanoassemblies for biosensing / Wu X. [et al] // Chemical Society Reviews. 2018. №47. P.4677-4696.

67. Experimental study of the resonant response of monolayer colloidal crystal waveguide by symmetric probing / W. Wang [et al] // IEEE Photonics Journal. 2024. Vol. 16. No. 1. P. 1-6.

68. Fabrication of artificial opals by electric-field-assisted vertical deposition / K.S. Napolskii [et al] // Langmuir. 2010. Vol. 26. No. 4. P. 2346-2351.

69. Field Effect Control of Surface Charge Property and Electroosmotic Flow in Nanofluidics / L.H. Yeh [et al] // The Journal of Physical Chemistry C. 2012. Vol. 116. No. 6. P. 4209-4216.

70. Fu Q., Zhu H., Ge J. Electrically tunable liquid photonic crystals with large dielectric contrast and highly saturated structural colors // Advanced Functional Materials. 2018. V. 28. No. 43. P. 1804628.

71. Fudouzi H., Sawada T. Photonic rubber sheets with tunable color by elastic deformation // Langmuir. 2006. Vol. 22. No. 3. P. 1365-1368.

72. Fudouzi H., Xia Y. Photonic papers and inks: color writing with colorless materials // Advanced Materials. 2003. Vol. 15. No. 11. P. 892-896.

73. Gaponenko Y., Shevtsova V. Effects of vibrations on dynamics of miscible liquids // Acta Astronautica. 2010. Vol. 66. No. 1-2. P. 174-182.

74. Ge J., Yin Y. Responsive photonic crystals // Angewandte Chemie International Edition. 2011. Vol. 50. No. 7. P. 1492-1522.

75. Ghosh M., Fan F., Stebe K. J. Spontaneous pattern formation by dip coating of colloidal suspensions on homogeneous surfaces // Langmuir. 2007. Vol. 23. No. 4. P. 2180-2183.

76. Giersig M., Mulvaney P. Formation of ordered two-dimensional gold colloid lattices by electrophoretic deposition // The Journal of Physical Chemistry. 1993. Vol. 97. No. 24. P. 6334-6336.

77. Goldberg S. Surface Complexation Modeling // Reference Module in Earth Systems and Environmental Sciences. 2013. P. 1-11.

78. Gorbachev I. A., Goryacheva I. Y., Glukhovskoy E. G. Investigation of multilayers structures based on the Langmuir-Blodgett films of CdSe/ZnS quantum dots // Bionanoscience. 2016. Vol. 6. No. 2. P. 153-156.

79. Hamaker H. C. The London—van der Waals attraction between spherical particles // physica. 1937. Vol. 4. No. 10. P. 1058-1072.

80. Harun-ur-Rashid M., Seki T., Takeoka Y. Structural colored gels for tunable soft photonic crystals // The Chemical Record. 2009. Vol. 9. No. 2. P. 87-105.

81. Henderson J. R., Crawford T. M. Repeatability of magnetic-field driven self-assembly of magnetic nanoparticles // Journal of Applied Physics. 2011. Vol. 109. No. 7. P. 329.

82. High throughput fabrication of large-area colloidal crystals via a two-stage electrophoretic deposition method / P.S. Hung [et al] // Electrochimica Acta. 2019. Vol. 317. P. 52-60.

83. Highly efficient large-area colourless luminescent solar concentrators using heavy-metal-free colloidal quantum dots / F. Meinardi [et al] // Nature nanotechnology. 2015. Vol. 10. No. 10. P. 878-885.

84. Hsieh C. H., Lu Y. C., Yang H. Self-assembled mechanochromic shape memory photonic crystals by doctor blade coating // ACS Applied Materials & Interfaces. 2020. Vol. 12. No. 32. P. 36478-36484.

85. Iler R.K. The Chemistry of Silica: Solubility, Polymerization, Colloid and Surface Properties and Biochemistry of Silica. Wiley, 1979. 896 p.

86. Influence of the cationic groups of substrate surfaces on the melting behavior of electrostatic interactional colloidal crystals grown via heterogeneous nucleation / K. Hirogaki [et al] // Colloid and Polymer Science. 2021. Vol. 299. P. 1399-1406.

87. Integrating an electrically active colloidal quantum dot photodiode with a graphene phototransistor / I. Nikitskiy [et al] // Nature communications. 2016. Vol. 7. No. 1. P. 11954.

88. Investigations of mechanism of Ca2+ adsorption on silica and alumina based on Ca-ISE monitoring, potentiometric titration, electrokinetic measurements and surface complexation modeling / K. Szymanek [et al.] // Adsorption. 2020. Vol. 27. No. 1. P. 105-115.

89. Israelachvili J.N. Intermolecular and surface forces. Academic Press, 2011. 704 p.

90. Jung H., Ahn N., Klimov V. I. Prospects and challenges of colloidal quantum dot laser diodes // Nature Photonics. 2021. Vol. 15. No. 9. P. 643-655.

91. Khair A. S. Nonlinear electrophoresis of colloidal particles // Current Opinion in Colloid & Interface Science. 2022. Vol. 59. P. 101587.

92. Klespitz J., Kovács L. Peristaltic pumps—A review on working and control possibilities // 2014 IEEE 12th international symposium on applied machine intelligence and informatics (SAMI). IEEE, 2014. P . 191-194.

93. Kolasinski K. W. Surface science: foundations of catalysis and nanoscience. John Wiley & Sons, 2020. 510 p.

94. Krajina B. A., Kocherlakota L. S., Overney R. M. Direct determination of the local Hamaker constant of inorganic surfaces based on scanning force microscopy // The Journal of chemical physics. 2014. Vol. 141. No. 16. P. 164707

95. Kralchevsky P. A., Nagayama K. Capillary forces between colloidal particles // Langmuir. 1994. Vol. 10. No. 1. P. 23-36.

96. Kubicki J. D., Apitz S. E., Blake G. A. G2 theory calculations on [H3SiO4]-,[H4] SiO4],[H3AlO4] 2-,[H4AlO4]- and [H5A1O4]: Basis set and electron correlation effects on molecular structures, atomic charges, infrared spectra, and potential energies // Physics and Chemistry of Minerals. 1995. Vol. 22. No. 8. P. 481-488.

97. Kuleshova V. L., Panfilova E. V., Prohorov E. P. Automated device for vertical deposition of colloidal opal films // 2018 International Russian Automation Conference (RusAutoCon). 2018. P. 1-5.

98. Lee K., Asher S. A. Photonic crystal chemical sensors: pH and ionic strength // Journal of the American Chemical Society. 2000. Vol. 122. No. 39. P. 9534-9537.

99. Lee Y. J., Braun P. V. Tunable inverse opal hydrogel pH sensors // Advanced materials. 2003. Vol. 15. No. 7-8. P. 563-566.

100. Lei P.H., Yang P.C., Huang P.C. Investigation of Photonic-Crystal-Structured p-GaN Nanorods Fabricated by Polystyrene Nanosphere Lithography Method to Improve the Light Extraction Efficiency of InGaN/GaN Green Light-Emitting Diodes // Materials. 2021. Vol. 14. No. 9. P. 2200.

101. Lesaine A. Structural and mechanical properties of dried colloidal silica layers: doctoral thesis. Université Paris Saclay (COmUE), 2018. 148 p.

102. Li H., Zhang M., Wu H., Huang S. Electrically responsive SiO2/(DEGEEA-Aniline) photonic crystals for color displays // Chem. Eng. J. 2025. Vol. 587. P. 1-8.

103. Li Z., Fan Q., Yin Y. Colloidal Self-Assembly Approaches to Smart Nanostructured Materials // Chemical Reviews. 2021. Vol. 121, No. 24. P. 14031-14073.

104. Li Z., Yin Y. Bioinspired Colloidal Photonic Composites: Fabrications and Emerging Applications // Advanced Materials. 2022. Vol. 34, No. 13. P. 2110488.

105. Light-mediated manufacture and manipulation of actuators / D.D. Han [et al] // Advanced Materials. 2016. Vol. 28. No. 38. P. 8328-8343.

106. Magnetochromatic microspheres: rotating photonic crystals / J. Ge [et al] // Journal of the American Chemical Society. 2009. Vol. 131. No. 43. P. 1568715694.

107. Malitson I. H. Interspecimen comparison of the refractive index of fused silica // Journal of the optical society of America. 1965. Vol. 55. No. 10. P. 1205-1209.

108. Manipulation of nonmagnetic nanobeads in dilute ferrofluid / D. Halverson [et al] //Journal of applied physics. 2006. V. 99. No. 8. P. 504.

109. Matter F., Luna A. L., Niederberger M. From colloidal dispersions to aerogels: How to master nanoparticle gelation // Nano Today. 2020. Vol. 30. P. 100827.

110. Micellar nanoparticles of coil-rod-coil triblock copolymers for highly sensitive and ratiometric fluorescent detection of fluoride ions / J. Hu [et al] // Macromolecules. 2011. Vol. 44. No. 20. P. 8207-8214.

111. Molecular-channel driven actuator with considerations for multiple configurations and color switching / J. Mu[et al] // Nature communications. 2018. Vol. 9. No. 1. P. 590.

112. Multicolor printing using electric-field-responsive and photocurable photonic crystals / K. Chen [et al] // Advanced Functional Materials. 2017. Vol. 27. No. 43. P. 1702825.

113. Multiple structural coloring of silk-fibrion photonic crystals and humidity-responsive color sensing / Dao Y.Y. [et al] // Advanced Fuctional Materials. 2013. Vol. 20 №43. P. 5373-5380.

114. Nagao K., Neaton J.B., Ashcroft N.W. First-principles study of adhesion at Cu/SiO2 interfaces // Physical Review B. 2003. Vol. 68. P. 125403.

115. Nanoparticle-induced charge redistribution of the air-water interface / A. Beloqui Redondo [et al] // The Journal of Physical Chemistry C. 2015. Vol. 119. No. 5. P. 2661-2668.

116. Nie M., Huang C., Du X. Recent advances in colour-tunable soft actuators // Nanoscale. 2021. Vol. 13. No. 5. P. 2780-2791.

117. Ong S., Zhao X., Eisenthal K. B. Polarization of water molecules at a charged interface: second harmonic studies of the silica/water interface // Chemical Physics Letters. 1992. Vol. 191. No. 3-4. P. 327-335.

118. Optical constants of evaporation-deposited silicon monoxide films in the 7.1-800 eV photon energy range / M. Fernández-Perea [et al] // Journal of Applied Physics. 2009. Vol. 105. No. 11. P. 113505.

119. Owen J., Brus L. Chemical synthesis and luminescence applications of colloidal semiconductor quantum dots // Journal of the American Chemical Society. 2017. Vol. 139. No. 32. P. 10939-10943.

120. Panda S. N., Behera P. K. Acid Dissociation Constant of N-Alkyl-Bis(Styryl) Pyridinium Bromide Dyes in Surfactant Solutions // NeuroQuantology. 2016. Vol. 14. No. 1. P. 197-203.

121. Park J. Y., Advincula R. C. Nanostructuring polymers, colloids, and nanomaterials at the air-water interface through Langmuir and Langmuir-Blodgett techniques // Soft Matter. 2011. Vol. 7. No. 21. P. 9829-9843.

122. Patent N 0304195, Int. Cl. G01N 27/26. Electrophoresis apparatus; N 88307181.3 ; register 03.08.88 ; published 22.02.83 / Beringer M., Schuette M. - URL: https://patents.google.com/patent/EP0304195B1/en (accessed: 12.01.2025)

123. PbS colloidal quantum dot inks for infrared solar cells / S. Zheng [et al] // Iscience. 2020. Vol. 23. No. 11. P. 101753.

124. Pérez A. T., Saville D., Soria C. Modeling the electrophoretic deposition of colloidal particles // Europhysics Letters. 2001. Vol. 55. No. 3. P. 425-431.

125. pH and the surface tension of water / J. K. Beattie [et al] // Journal of colloid and interface science. 2014. Vol. 422. P. 54-57.

126. Photonic anti-counterfeiting using structural colors derived from magnetic-responsive photonic crystals with double photonic bandgap heterostructures / H. Hu [et al] // Journal of Materials Chemistry. 2012. Vol. 22. No. 22. P. 1104811053.

127. Photonic crystal aqueous metal cation sensing materials / S. A. Asher [et al] // Analytical Chemistry. 2003. Vol. 75. No. 7. P. 1676-1683.

128. Photonic-crystal full-colour displays / A. C. Arsenault [et al] // Nature Photonics. 2007. Vol. 1. No. 8. P. 468-472.

129. Phototriggered Selective Actuation and Self-Oscillating in Dual-Phase Liquid Crystal Photonic Actuators / W. Wei [et al] // Advanced Optical Materials. 2018. Vol. 6. No. 15. P. 1800131.

130. Preparation of colloidal films with different degrees of disorder from monodisperse spherical silica particles / D.A. Eurov [et al] // Physics of the solid state. 2013. Vol. 55. P. 1718-1724.

131. Rapid fabrication of robust, washable, self-healing superhydrophobic fabrics with non-iridescent structural color by facile spray coating / Q. Zeng [et al] // RSC advances. 2017. Vol. 7. No. 14. P. 8443-8452.

132. Rational fabrication of nano-to-microsphere polycrystalline opals using slope self-assembly / C.D. Díaz-Marín [et al] // Langmuir. 2021. Vol. 37. No. 43. P. 12568-12576.

133. Recent advances in binary colloidal crystals for photonics and porous material fabrication / Z. Zhang [et al] // The Journal of Physical Chemistry B. 2021. Vol. 125. No. 22. P. 6012-6022.

134. Reculusa S., Ravaine S. Synthesis of colloidal crystals of controllable thickness through the Langmuir-Blodgett technique // Chemistry of materials. 2003. Vol. 15. No. 2. P. 598-605.

135. Robinson R. A., Stokes R. H. Electrolyte solutions. Courier Corporation, 2002. 644 p.

136. Rymuszka D., Terpilowski K., Holysz L. Influence of volume drop on surface free energy of glass // Annales Universitatis Mariae Curie-Sklodowska, sectio AA-Chemia. 2013. Vol. 68. No. 1-2. P. 121-132.

137. Saito H., Takeoka Y., Watanabe M. Simple and precision design of porous gel as a visible indicator for ionic species and concentration // Chemical Communications. 2003. No. 17. P. 2126-2127.

138. Scalable Bottom-Up Fabrication of Photonic Crystals for LED Applications / X. Fan [et al] // Nano Lett. 2014. Vol. 14, No.6. P. 3380-3385.

139. Self-assembly of colloidal cubes via vertical deposition / J. M. Meijer [et al] // Langmuir. 2012. Vol. 28. No. 20. P. 7631-7638.

140. Shannon R. D. Revised Effective Ionic Radii and Systematic Studies of Interatomic Distances in Halides and Chalcogenides // Acta Crystallographica Section A. 1976. Vol. 32. No. 5. P. 751-767.

141. Shao L., Zhuo X., Wang J. Advanced plasmonic materials for dynamic color display // Advanced Materials. 2018. Vol.30 №16. 18 p.

142. Shape-Memory Photonic Thermoplastics from Cellulose Nanocrystals / C. E. Boott [et al] // Advanced Functional Materials. 2021. Vol. 31. No. 43. P. 2103268.

143. Shear-induced assembly of liquid colloidal crystals for large-scale structural coloration of textiles / Y. Li [et al] // Advanced Functional Materials. 2021. Vol. 31. No. 19. P. 2010746.

144. Shimmin R. G., DiMauro A. J., Braun P. V. Slow Vertical Deposition of Colloidal Crystals: A Langmuir- Blodgett Process? // Langmuir. 2006. Vol. 22. No. 15. P. 6507-6513.

145. Sikkema R., Baker K., Zhitomirsky I. Electrophoretic deposition of polymers and proteins for biomedical applications // Advances in Colloid and Interface Science. 2020. Vol. 284. P. 102272.

146. Single-and multi-layered patterns of polystyrene and silica particles assembled with a simple dip-coating / D. Nagao [et al] // Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects. 2008. Vol. 317. No. 1-3. P. 722-729.

147. Size Dependent Surface Charge Properties of Silica Nanoparticles / M. Barisik [et al.] // The Journal of Physical Chemistry C. 2014. Vol. 118. No. 4. P. 1836-1842.

148. Smith A.M., Lee A.A., Perkin S. The Electrostatic Screening Length in Concentrated Electrolytes Increases with Concentration // The Journal of Physical Chemistry Letters. 2016. Vol. 7. No. 12. P. 2157-2163.

149. Soft actuators for small-scale robotics / Hines L. [et al] // Advanced Materials. 2017. Vol. 29 №13. 43 p.

150. Soft display using photonic crystals on dielectric elastomers / T. Yin [et al] // ACS applied materials & interfaces. 2018. Vol. 10. No. 29. P. 24758-24766.

151. Soft display using photonic crystals on dielectric elastomers / Yin T. [et al] // Applied Materials & interfaces. 2018. Vol. 10 №29. P. 24758-24766.

152. Spray synthesis of photonic crystal based automotive coatings with bright and angular-dependent structural colors / C. Wang [et al] // Advanced functional materials. 2021. Vol. 31. No. 9. P. 2008601.

153. Sumioka K., Kayashima H., Tsutsui T. Tuning the optical properties of inverse opal photonic crystals by deformation // Advanced Materials. 2002. Vol. 14. No. 18. P. 1284-1286.

154. Surface characterization of colloidal silica nanoparticles by second harmonic scattering: quantifying the surface potential and interfacial water order / A. Marchioro [et al] // The Journal of Physical Chemistry C. 2019. Vol. 123. No. 31. P. 19371-19380.

155. Surface Ionization and Complexation at the Oxide/Water Interface / J. A. Davis [et al.] // Journal of Colloid and Interface Science. 1978. Vol. 63. No. 3. P. 480-499.

156. Takeoka Y. Angle-independent structural coloured amorphous arrays // Journal of Materials Chemistry. 2012. Vol. 22. No. 44. P. 23299-23309.

157. The langmuir-blodgett approach to making colloidal photonic crystals from silica spheres / M. Bardosova [et al] // Advanced materials. 2010. Vol. 22. No. 29. P. 3104-3124.

158. The Specific Co-Ion Effect on Gelling and Surface Charging of Silica Nanoparticles: Speculation or Reality? / I. Simonsson [et al.] // Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects. 2018. Vol. 559. P. 334341.

159. Thermo Fisher Scientific: офиц. сайт [Электронный ресурс]. URL: https://www.thermofisher.com/ (дата обращения: 24.12.2024).

160. Thermodynamic properties of SiO2(aq), HSiOa, and SiOa2~ / Walker C. S. [et al.] // Goldschmidt2019 Conference Abstracts. 2019. P. 3552.

161. Toward magneto-plasmonic functionality in a self-assembled device based on colloidal synthesis / S. Qodratipour [et al] // physica status solidi (a). 2024. Vol. 221. No. 1. P. 2300380.

162. Tuinier R. Approximate solutions to the Poisson-Boltzmann equation in spherical and cylindrical geometry // Journal of Colloid and Interface Science. 2003. Vol. 258. No. 1. P. 45-49.

163. Tunable, ultrasensitive pH-responsive nanoparticles targeting specific endocytic organelles in living cells / K. Zhou [et al] // Angewandte Chemie International Edition. 2011. Vol. 50. No. 27. P. 6109-6114.

164. Ultra-fast fabrication of colloidal photonic crystals by spray coating / L. Cui [et al] // Macromolecular Rapid Communications. 2009. Vol. 30. No. 8. P. 598-603.

165. Van Tassel J. J., Randall C. A. Mechanisms of electrophoretic deposition // Key Engineering Materials. 2006. Vol. 314. P. 167-174.

166. Verwey E.J.W. The Electrical Double Layer and the Stability of Lyophobic Colloids // Chemical Reviews. 1947. Vol. 41. No. 3. P. 463-480.

167. Verwey E.J.W., Overbeek J.Th.G. Theory of the Stability of Lyophobic Colloids: The Interaction of Sol Particles Having an Electric Double Layer. Amsterdam: Elsevier, 1948. 232 p.

168. Vlasova N. N., Golovkova L. P. The adsorption of amino acids on the surface of highly dispersed silica // Colloid Journal. 2004. Vol. 66. No. 6. P. 657-662.

169. Wang L., Zhao X.S. Fabrication of Crack-Free Colloidal Crystals Using a Modified Vertical Deposition Method // The Journal of Physical Chemistry C. 2007. Vol. 111. No. 24. P. 8538-8542

170. Xu L. C., Logan B. E. Adhesion forces between functionalized latex microspheres and protein-coated surfaces evaluated using colloid probe atomic force microscopy // Colloids and Surfaces B: Biointerfaces. 2006. Vol. 48. No. 1. P. 84-94.

171. Xue X., Furlani E. P. Analysis of the dynamics of magnetic core-shell nanoparticles and self-assembly of crystalline superstructures in gradient fields // The Journal of Physical Chemistry C. 2015. Vol. 119. No. 10. P. 5714-5726.

172. Yang H., Jiang P. Large-scale colloidal self-assembly by doctor blade coating // Langmuir. 2010. Vol. 26. No. 16. P. 13173-13182.

173. Yellen B. B., Friedman G. Analysis of repulsive interactions in chains of superparamagnetic colloidal particles for magnetic template-based self-assembly // Journal of applied physics. 2003. Vol. 93. No. 10. P. 8447-8449.

174. Zakeri S., Vippola M., Levanen E. A comprehensive review of the photopolymerization of ceramic resins used in stereolithography // Additive Manufacturing. 2020. Vol. 35. P. 101177.

175. ZEISS: офиц. сайт [Электронный ресурс]. URL: https://www.zeiss.com/ (дата обращения: 27.12.2024).

176. Zeng M., Zhang Y. Colloidal nanoparticle inks for printing functional devices: emerging trends and future prospects // Journal of Materials Chemistry A. 2019. Vol. 7. No. 41. P. 23301-23336.

177. Zhou Z., Zhao X. S. Flow-controlled vertical deposition method for the fabrication of photonic crystals // Langmuir. 2004. Vol. 20. No. 4. P. 1524-1526.

178. Zhuravlev L.T. The surface chemistry of amorphous silica. Zhuravlev model // Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects. 2000. Vol. 173. No. 1-3. P. 1-38.

«УТВЕРЖДАЮ» Руководитель НУК МТ 1ГТУ им. Н-Э- Баумана,

-Л

« »

АКТ ВНЕДРЕНИЯ

Комиссия в составе заместителя заведующего кафедрой «Электронные технологии в машиностроении» (МТ-11) МГТУ им. Н.Э. Баумана по научной работе д.т.н., профессора Михайлова В.П., заместителя заведующего кафедрой МТ-11 по учебной работе к.т.н., доцента Беликова А.И. и к.т.н., доцента Сидоровой C.B. составила настоящий акт о том, что на кафедре МТ-11 с сентября 2024 г. внедрены в учебный процесс универсальная установка для осаждения фотонно-кристаллических пленочных структур с заданным количеством слоев на основе самоорганизующихся сверхрешеток, а также методика определения технологических режимов для проведения подобных процессов, разработанные и апробированные аспирантом кафедры МТ-11 Дюбановым Владиславом Алексеевичем.

С помощью данной установки и методики студенты старших курсов бакалавриата и магистратуры кафедры МТ-11 в рамках учебной дисциплины «НИР» проводят лабораторные работы и выполняют задачи по отработке процессов осаждения функциональных слоев на основе фотонно-кристаллических пленочных структур для изделий оптоэлектроники.

Доцент кафедры МТ-11, к.т.н.

Зам. зав. кафедрой МТ-11 по учебной работе, к.т.н.

Зам. зав. кафедрой МТ-11 по научной работе, д.т.н

В.П. Михайлов

C.B. Сидорова

А.И. Беликов