Нанотехнологическое сообщество Нанометр, все о нанотехнологиях
на первую страницу Новости Публикации Библиотека Галерея Сообщество Объявления Олимпиада ABC О проекте
 
  регистрация
помощь
 

Кристалл из печи

Ключевые слова:  конкурс, кристаллы, лучшие работы, Мастерские инноваций, Моя лаборатория, Олимпиада, периодика, ФИОП РОСНАНО, ЮУрГУ

Автор(ы): Грибова Дарина Денисовна

Опубликовал(а):  Гольдт Илья

18 марта 2015

Программа «Мастерские инноваций» ФИОП РОСНАНО и МГУ имени М.В.Ломоносова подвели итоги конкурса «Моя лаборатория». Мы с удовольствием публикуем лучшие работы.

Выращивать кристаллы для светодиодов – это почти как растить, скажем, редис, только вместо грядки будет перчаточный бокс, вместо свежего воздуха – инертный газ аргон, и Нобелевскую премию за редис дадут вряд ли. Ученый из Челябинска Дмитрий Жеребцов рассказывает, зачем нужен альтернативный источник света и в каких условиях для него растут кристаллы.


Центр «Нанотехнологии» находится в правом крыле ЮУрГУ

На проспекте Ленина в Челябинске над остальными зданиями возвышается Южно-Уральский государственный университет, похожий на уменьшенную копию столичного МГУ. При ЮУрГУ функционирует научно-образовательный центр «Нанотехнологии»; его сотрудник Дмитрий Жеребцов ведет меня в лаборатории длинными лестницами и коридорами и останавливается у «теплицы» для кристаллов – перчаточного бокса.

Представьте себе огромную витрину с четырьмя ручищами-перчатками из плотной резины, а внутри – нагромождение из приборов, контейнеров, проводов и инструментов. Однако беспорядок здесь только на первый взгляд. Каждый предмет необходим для загрузки, выгрузки и осмотра образцов, потому что внести что бы то ни было внутрь бокса непросто: здесь работают с материалами, чувствительными к воздуху. Этим и объясняется практически абсолютная инертна атмосфера внутри – заполняющий бокс аргон не поддерживает реакций. Человек тоже не смог бы работать в аргоне, потому что, дыша им, он бы очень скоро задохнулся от нехватки кислорода.

В перчаточном боксе одновременно могут работать двое

Дмитрий Жеребцов уверенно продевает руки в перчатки и оказывается по плечи внутри бокса – без опасности для жизни. «Сейчас я держу в руках жидкий сплав металлического калия и металлического натрия, и если вынести его на воздух, будет яркий оранжево-фиолетовый фейерверк из-за его самовозгорания», – объясняет ученый. Но это лишь один из примеров используемых в экспериментах материалов: монокристалл нитрида галлия должен расти в расплаве галлия, натрия, лития и углерода. Жаростойкий контейнер с этой смесью позже загружается в центр печи высокого давления, где кристалл растет.

Дмитрий показывает сплав металлического калия и металлического натрия: такое соединение может спокойно существовать только в инертной атмосфере

Выращиваемый Дмитрием и его сотрудниками нитрид галлия (GaN) – основа для белых, синих и ультрафиолетовых светодиодов, лазеров и датчиков. Светодиоды потребляют в пять раз меньше энергии, чем приборы, к которым мы привыкли в быту; энергоэффективность считается их основным преимуществом. Для сравнения: коэффициент полезного действия (КПД) лампочки накаливания – 10%, лампочки дневного света – около 25%, КПД светодиодного источника света достигает 50-60%. Единственный минус в том, что светодиоды стоят в несколько раз дороже обычной лампы, но к этому можно относиться как к долгосрочной инвестиции. Область применения нитрида галлия со временем намного расширится, поскольку его физические свойства во много раз выше, чем у кремния, который используется в современной электронике. Возможно и оборонное применение, например, создание радаров для обнаружения летящих объектов (ракет, самолетов) с расстояния 400 км – этим сейчас занимаются в США.

Плохая новость для нашей обороны в том, что уже около года опыты в боксе не проводятся. Дмитрий Жеребцов продолжает искать возможности государственного или частного финансирования проекта, поскольку необходимо вывести его на новый качественный уровень: найти со временем такой состав и температуру, при которых кристаллы будут получаться крупнее. Пока они совсем крошечные, хотя растут быстро.

Каждый предмет в боксе играет важную роль в процессе эксперимента

«Разрыв между промышленностью и лабораторией существует до тех пор, пока лаборатория далека от выхода на производство. В случае, когда до внедрения остается год-два, люди находят друг друга очень быстро, – уверен ученый. – При должном финансировании мы выйдем на первое товарное производство через три года». Но для привлечения инвестора его команде сначала нужно получить «товарный» кристалл толщиной 5 мм.

Дмитрий Жеребцов в своем кабинете с коллегой, заместителем директора центра «Нанотехнологии» Дамиром Галимовым

Первые печи для исследования высокотемпературных расплавов под давлением были построены в ЮУрГУ еще двадцать лет назад. У себя в кабинете Дмитрий Жеребцов показывает электронную 3D-модель разработанной печи, которая позволит выращивать более мощные, промышленно востребованные монокристаллы нитрида галлия. Печь спроектирована на 10 литров расплава, весит 2 тонны, и даже в помещении с 3х-метровыми потолками ей будет тесно. В планах у ученого – целое семейство таких установок.

Установка такой печи обойдется в 20 миллионов рублей, но выход на промышленный уровень без нее невозможен

По словам Дмитрия, из всех стран мира создание эффективных светодиодов сейчас особенно активно финансируется в Японии: «И японцы на голову нас опережают. Хотя даже они с 2011-го года кормят завтраками – завтра весь мир будет покупать наши монокристаллы, мы всех порвем! Пока не порвали». И все же, в 2014 году именно японские ученые получили Нобелевскую премию по физике за предыдущую разработку 1992 года – изобретение синего светодиода. Никогда не угадаешь, в какой стране прямо сейчас выращивает кристаллы будущий нобелевский лауреат.

Об авторе

Дарина Грибова - журналист-фрилансер, выпускница Санкт-Петербургского государственного университета, Высшей школы журналистики и массовых коммуникаций (Факультет журналистики), по специальности – международная журналистика. Сейчас учится по совместной магистреской программе Санкт-Петербургского государственного университета & Freie Universität Berlin (магистерская программа «Глобальная коммуникация и международная журналистика», 1 курс). online-портфолио

.


В статье использованы материалы: Моя лаборатория


Средний балл: 10.0 (голосов 1)

 



Для того чтобы оставить комментарий или оценить данную публикацию Вам необходимо войти на сайт под своим логином и паролем. Зарегистрироваться можно здесь

 

На врага!
На врага!

Премии Правительства Москвы молодым ученым за 2019 год
Объявлены лауреаты премии Правительства Москвы молодым ученым за 2019 год. Премией отмечены 50 работ молодых столичных ученых. Среди лауреатов 12 сотрудников МГУ имени М.В.Ломоносова. Конкурс на получение премий Правительства Москвы молодым ученым проводится с 2013 года. Торжественное награждение победителей состоится 7 февраля 2020 года в Государственном Кремлевском дворце.

Перст-дайджест
В новом выпуске бюллетеня «ПерсТ»: Перерождение кремния: от полупроводника к металлу. Морская губка – основа для создания новых наноструктурных композитов. Нитрид-борные аналоги углеродных колец. Лучшие научные сюжеты года по версии APS. Сверхпроводимость ставит новый температурный рекорд. Звук переносит массу? Всяко-разно.

Наносистемы: физика, химия, математика (2019, том 10, № 6)
Опубликован новый номер журнала "Наносистемы: физика, химия, математика". Ознакомиться с его содержанием, а также скачать необходимые Вам статьи можно по адресу: http://nanojournal.ifmo.ru/articles/volume10/10-6
Там же можно скачать номер журнала целиком.

Да пребудет с вами сила плазмонов!
А.А.Семенова, Э.Н.Никельшпарг, Е.А.Гудилин, Н.А.Браже
Ученые Московского университета приблизились к решению проблем современной медицинской диагностики с использованием единичных клеток и их органелл путем разработки новых неинвазивных оптических методов анализа.

Юрий Добровольский: «Через 50 лет вся энергия будет вырабатываться биоорганизмами»
Андрей Бабицкий, Юрий Добровольский
Главный редактор ПостНауки Андрей Бабицкий побеседовал с химиком Юрием Добровольским о науке о материалах, будущем энергетики и новых аккумуляторах

Константин Жижин, член-корреспондент РАН: «Бор безграничен»
Наталия Лескова
Беседа с К.Ю. Жижиным, заместителем директора Института общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова по научной работе, главным научным сотрудником лаборатории химии легких элементов и кластеров.

Технонано

Технопредпринимательство - идея, которая принесет свои плоды при бережном культивировании и взращивании. И наша наноолимпиада, и Наноград от Школьной Лиги РОСНАНО, и проект Стемфорд, и другие замечательные инициативы - важные шаги на пути реализации этой и других идей, связанных с развитием новых высоких технологий в нашей стране и привлечением молодых талантов в эту вполне стратегическую область. Ниже приведен небольшой опрос, который позволит и нам, и вам понять, а что все же значит этот модный термин, и какова его суть.

Технопредпринимательство на марше

Мы традиционно просим вас высказать свои краткие суждения по вопросу технопредпринимательства и проектной деятельности школьников. Для нас очевидно, что под технопредпринимательством и под проектной деятельностью школьников каждый понимает свое, но нам интересно ваше мнение, заодно вы сможете увидеть по мере прохождения опроса, насколько оно совпадает или отличается от мнения остальных. Ждем ваших ответов!

О наноолимпиаде замолвите слово...

Прошла XII Всероссийская олимпиада "Нанотехнологии - прорыв в Будущее!" Мы надеемся, что нам для улучшения организации последующих наноолимпиад поможет электронное анкетирование. Мы ждем Ваших замечаний, пожеланий, предложений. Спасибо заранее!



 
Сайт создан в 2006 году совместными усилиями группы сотрудников и выпускников ФНМ МГУ.
Сайт модернизирован для ресурсной поддержки проектной деятельности учащихся в рамках ГК 16.647.12.2059 (МОН РФ)
Частичное или полное копирование материалов сайта возможно. Но прежде чем это делать ознакомьтесь с инструкцией.