Виктор БЕЛЯЕВ Научно-образовательный центр (НОЦ) физических и химических исследований материалов и наносистем 1 сентября 2015 Нанотехнологии в Московском. - презентация

1 Виктор БЕЛЯЕВ Научно-образовательный центр (НОЦ) физических и химических исследований материалов и наносистем 1 сентября 2015 Нанотехнологии в Московском государственном областном университете: исследования, разработки, образование

2 История 1931 – Московский областной педагогический институт (МОПИ) 1991 – Московский педагогический университет 2002 – Московский государственный областной университет Нанотехнологии 2007 г. – Научно-образовательный центр физических и химических исследований материалов и наноструктур г. – Учебно-научный центр биологии клетки и прикладной биотехнологии г. – Учебно-научная лаборатория теоретической и прикладной нанотехнологии. Знаменитые физики МОПИ-МГОУ Н.Н. Боголюбов А.А. Власов В.Ф. Ноздрев Б.А. Воронцов-Вельяминов К.Л. Баев

3 Организационная структура НОЦ Кафедра теоретической физики Кафедра общей физики Учебно-научная лаборатория теоретической и прикладной нанотехнологии Физико- математический факультет Кафедра методики преподавания физики Отделение физики Научно- образовательный центр (НОЦ) физических и химических исследований материалов и наноструктур Биолого- химический факультет

4 Формирование современного физического мышления и навыков у сотрудников, студентов и аспирантов МГОУ Создание современных представлений об уровнях организации вещества и материи в целом, роли и значении нано уровня в современном развитии человечества Формирование и выполнение исследовательских, внедренческих и образовательных проектов по заказам федеральных и областных ведомств и других организаций и лиц Миссия

5 Потенциальная продукция УНЛ ТПН 1. Образовательные услуги для научных и образовательных организаций, включая школы, и индивидуальных потребителей 2. Консультирование 3. Выполнение хоздоговорных работ 4. Участие в государственных и областных научных и образовательных программах 5. Методики измерений и сертифицированные 6. Объекты интеллектуальной собственности

6 НИР студентов Темы: 1. Физические свойства жидких кристаллов 2. Оптические свойства анизотропных полимеров с микрорельефом 3. Теория ориентации ЖК на полимерных подложках 4. Теория фото анизотропных материалов Студенческая конференция 20 апреля 2015 г. Доклады по нанотехнологиям: 1. Баранов В.Ю. – 53 гр.физ(кл) «Физические свойства жидких кристаллов» - рук.- Беляев В.В. 2. Волков А.А. – 53 гр.физ(кл) «Ориентация макромолекул на поверхности раздела фаз» - рук. - Дадиванян А.К. 3. Весельев Д.Ю. – 53 гр.физ(кл) «Моделирование спектров электронного парамагнитного резонанса в медьсодержащих фосфатных стеклах» - рук.- Жачкин В.А. 4. Смотрова Л.В. – 41 гр. физ(учит.) «Теория эффекта фото анизотропии» - рук. - Беляев В.В.

7 Практика студентов Руководитель Название мероприятия Место Кол-во студ. Беляев В.В. Произв. практика студентов ФМФ УНЛ ТПН Группа Проведение измерений 2. Моделирование электронных и оптических систем 3. Лекции по нанотехнологии с участием специалистов компаний NT- MDT и Наноиндентор 15 Беляев В.В. Исслед. практика студентов ФМФ УНЛ ТПН Группа Проведение измерений 2. Лекции и семинары по нанотехнологии 9

8 Новые учебные курсы Физические основы нанотехнологий Устройства микро- и нано системной техники Технологии плоскопанельных средств отображения информации Поляризационная оптика наносистем Спецпрактикум по актуальным проблемам физики Предлагаемые учебные курсы Нанотехнологии в аэродисперсных системах Нанотехнологии и полимеры Ударные волны в нано кластерных средах … Тематика и содержание учебных курсов, лабораторных работ и других образовательных мероприятий будет определяться: учебным планом МГОУ, заявками учебных, научных и производственных организаций Московской области, Москвы и других субъектов РФ.

9 Учебный курс «Физические основы нанотехнологий» Лекции 1. Определение нанотехнологий. Основные концепции их развития. 2. Введение в физику наносистем: низкоразмерные структуры, квантовая когерентность и кулоновское взаимодействие, физические принципы наноустройств. 3.Физико-химические основы нанотехнологий. Основные типы наноматериалов – наночастицы, нанокомпозиты, коллоиды и пр. 4. Приборы и методы исследования наноструктур и нанообъектов. 5.Наноэлектроника: устройства, цепи и применения, одноэлектронные устройства. 6.Нано-инженерия и характеризация сложных гетероструктур. 7. Взаимодействие света с наноструктурами (основы квантовой оптики). 8.Нано-электромеханические устройства: нано-пьезомагнетики, резонаторы, сенсоры. 9. Молекулярная электроника: электронная структура атома углерода и некоторых органических молекул, молекулярные проводники, проводящие полимеры. 10. Спинтроника (устройства, манипулирующие электронными спинами и зарядами). 11. Сверхпроводимость и ферромагнетизм в нано масштабах (мезоскопическая сверхпроводимость, основные механизмы взаимодействия сверхпроводимости с ферро-магнетизмом) 12. Введение в теорию когерентных квантовых устройств (основные идеи квантовых алгоритмов, кубиты и логические затворы, де когерентность). 13. Нанобиотехнологии (синтетическая клетка) 14. Нанобиотехнологии (исследования генома)

10 Нанотехнологии в школьном образовании Спецкурс «Физические основы нанотехнологий» для бакалавров, обучающихся по специальности «учитель физики и информатики» С кафедрой методики преподавания физики МГОУ разработаны новые разделы для школьных учебников физики, в которых содержатся знания о современных нанотехнологиях. Доклад «О подготовке учителей и учебных курсов для преподавания основ нанотехнологий в школах Московской области» Первая международная конференция с элементами научной школы «Образование в сфере нанотехнологий: современные подходы и перспективы» РНЦ «Курчатовский институт»

11 Научные и образовательные организации Московской области – потенциальные партнеры и потребители Научные Г. Троицк ГНЦ РВ «ТРИНИТИ» Ин-т спектроскопии РАН ИЗМИРАН… Г. Фрязино ИРЭ РАН НИИ «Платан» НИИ «Исток» Г. Шатура Институт проблем лазерных и информационных технологий РАН Пущинский НЦ РАН (9 ин-тов, 1 лаб.) Г. Купавна ВНЦ по безопасно. биол. активных веществ Г. Мытищи Всероссийский НИИ полимерных волокон 22 ЦНИИИ Минобороны РФ Г. Жуковский ЦАГИ Образовательные Г. Дубна ОИЯИ Межд. ун-т природы, общества и человека Г. Орехово-Зуево Московский областной педагогический институт Г. Коломна Коломенский гос. педагогический институт Г. Серпухов Серпуховский военный ин-т ракетных войск Минобороны РФ Пущинский НЦ РАН (2 университета) Г. Мытищи Моск. гос. ун-т леса

12 Инфраструктура Установки (действующие и планируемые) в к.102 корпуса 2 1. Установка для исследования диэлектрических свойств дисперсных и анизотропных сред при атмосферном и повышенном (до 160 МПа) давлений в широком диапазоне частот 2. Установка для исследования акустических свойств дисперсных и анизотропных сред при атмосферном давлений в широком диапазоне частот 3. Установка для исследования физико- химических свойств жидкокристаллических веществ и материалов 4. Установка для исследования оптических свойств полимеров 5. Установка для исследования дисперсных и анизотропных сред с помощью микроскопа 6. Место для приготовления образцов 7. Компьютерные столы 8. Шкафы для хранения инструментов и материалов 9. Установка для приготовления фото анизотропных пеленок полимеров Расширение

13 y = x V C Вращательная вязкость vs T и P Поглощение ультразвука vs T и P Λ Фото- прием- ник ~ V Кабинет 102 9

14 Приборы Установки кафедры общей физики Приборы лаборатории физического практикума При поддержке Правительства Московской обл. приобретено около 30 приборов общей стоимостью около 5 млн. руб.

15 Исследования в УНЛ ТПН Тема ПреимуществаПрименения Исследования физических свойств ЖК Оригинальные методики, точность Разработка новых веществ и материалов Исследование ориентации ЖК Оригинальные методики, точность Разработка новых ЖКД с повышенной стойкостью Формирование периодического микрорельефа заданного размера и формы в полимерных подложках Простой и дешевый метод Новые оптические элементы Нанопористые стекла Повышенная радиационная стойкость Прозрачность Реакторы Защита от ЭМИ Композитные материалы Нанометровый размер пор Высокое содержание ЖК в композите Композит одновременно жесткий, гибкий и упругий Электронная бумага Гибкие дисплеи Гибкие электронные компоненты «Умная» ткань

16 Исследования в УНЛ ТПН (2) Тема ПреимуществаПрименения Супрамолекулярные наноразмерные частицы для медико- биологического применения снижение порога обнаружения, миниатюризация анализа, сокращение времени его проведения, проведение анализа по новой технологии мульти анализа, одновременное обнаружение в одной пробе множества анализов биоинженерия, геномика, протеомика, клиническая лабораторная диагностика, системы обеспечения биологической безопасноости, Системы противодействия биотерроризму Исследование механизмов образования облаков из нано- аэрозольных частиц Простая и эффективная модель Защита от парникового эффекта Извержение вулканов

17 Разработка перспективных материалов для плоскопанельных дисплеев (жидкокристаллические, органические светодиоды) ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОНТРАКТ Минобрнауки России по теме «Разработка и исследование кремнийорганических и фото анизотропных материалов для жидкокристаллических дисплеев, эксплуатируемых при нормальных и экстремальных условиях, и экологичных технологий их создания» Проект выполняется в рамках Федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на годы. Приглашенный руководитель проекта В.Г. Чигринов профессор В.Г. Чигринов (Гонконгский университет науки и техники) Преимущества и возможности кремнийорганических материалов (КОМ) для ЖКД Работа выполняется совместно с ФГУП ГНИИХТЭОС низкая температура нанесения КОМ покрытия (от комнатной до +100°С; у полиимидов до 400°С) возможность легкого управления параметрами ориентации ЖК энергия сцепления угол наклона стойкость к неблагоприятным внешним воздействиям температура в диапазоне от -80˚С до +240˚С, влажность до 96%, удары до 10g вибрация до 15g Разработаны экологичные схемы синтеза КОМ и химического модифицирования поверхности

18 Преимущества и возможности фото анизотропных материалов для ЖКД: создание перспективных типов электронных дисплеев и оптико-информационной техники, оптическая память средства защиты от подделок и (или) идентификации предметов индивидуальной и общественной собственности (от разнообразных ценных бумаг до изделий промышленного производства, например, в виде аудио-, видеоиндустрии или авто-, аэро-, судостроительной техники). ориентация ЖК увеличение эффективности использования света в модуле подсветки ЖКД. Применение фотоориентантов для сегнетоэлектрических ЖК Светоотражающий гибкий TN- LCD с фотоориентантом, установленный на смарт-карте Оптически перезаписываемые ЖК-дисплеи с высокой контрастностью и длительным сроком службы Поляризаторы на основе фото анизотропных материалов Микро-картинные поляризующие элементы для трехмерных стереоскопических дисплеев

19 СТЕКЛА ДЛЯ ЗАЩИТЫ ОТ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ИЗЛУЧЕНИЙ (МГОУ совместно с Научно-исследовательским институтом ядерной физики (НИИЯФ) МГУ) Цель: Защита технических и биологических объектов от ЭМИ Создание новых видов прозрачных в видимой области спектра радиозащитных стекол путем образования в поверхностном слое наночастиц методом ионной имплантации Области применения: защита от воздействия электромагнитных сигналов в широкой полосе частот от разнообразных источников ЭМИ (радио, телевидение, мониторы персональных компьютеров, радиотелефоны, навигационные приборы и т.д.) ТЕМ микрофотографии стекла S-1, имплантированного Со+ при дозе D= см -2 Преимущество разработанного стекла: Радиозащитный эффект сочетается с прозрачностью стекла

20 Установки для исследования релаксационных свойств жидкостей в электрическом и магнитном поле различной конфигурации

21 Reduced diamagnetic permittivity vs T and P Rotational viscosity vs T and P Rotational viscosity vs at P (MPa): 1 – 0.1; 2 – 20; 3 – 40; 4 – 60; 5 – 80

22 Технология супрамолекулярных наноразмерных частиц для медико-биологического применения Цель : определение и оптимизация структуры и состава наноразмерных аналитических реагентов для лантанидного анализа биоспецифического связывания. создание наночастиц, допированных хелатирующими флуорогенами, применимых в медико-биологическом анализе. Краткое описание: Разработана технология органополимерных и силикатных наночастиц диаметром нм с длительно люминесцирующими новыми соединениями группы платиновых комплексов порфиринов и дибензогетероциклических дикетонатных ионов европия. Комплексы с люминесценцией в области 380 – 400 нм, в отличие от коммерческих комплексонов (340 – 360 нм), могут использоваться для обнаружения метки непосредственно в живом организме in situ, например, в онкодиагностике. Применения: биоинженерия, геномика, протеомика, клиническая лабораторная диагностика, системы обеспечения биологической безопасноости, Системы противодействия биотерроризму Преимущества: снижение порога обнаружения, миниатюризация анализа, сокращение времени его проведения, проведение анализа по новой технологии мульти анализа, одновременное обнаружение в одной пробе множества анализов Исполнители: Биолого-химический ф-т, кафедра общей и аналитической химии ГНЦ Государственный научно-исследовательский институт биологического приборостроения Люминесцирующие полимерные наночастицы для биоспецифических взаимодействий Наночастицы с иммобилизованными иммунореагентами

23 Ковалентно-связанные частицы нанопараметрового размера (30 нм), содержащие карбазольные комплексы европия, на основе β- циклодекстрина

24 ЗАЩИТА ОТ ВОЗДЕЙСТВИЯ МАСШТАБНЫХ ПРИРОДНЫХ ЯВЛЕНИЙ Вулкан Эйяфьятлайокудль – коллапс авиационных перевозок в Европе Группа пожаров на границе Рязанской и Московской областей Средство: Создание облаков из нано-аэрозольных частиц, рассеивающих излучение Солнца. Физический эффект: Температура поверхности Земли ниже этих облаков из-за рассеяния солнечных лучей значительно понижается. Нано-аэрозольные облака образуются путем роста из молекул SO 2 и SO 3, содержащихся в выхлопных газах, вытекающих из сопл двигателей аэробусов. Облака возникают на высоте Н < 15 км, что ниже расположения озонового слоя Система защиты от локального перегрева (МГОУ совместно с МФТИ) Выведены уравнения статистической динамики дисперсной фазы в нестационарной газодисперсной системе Возможные применения: Регулировка движения дисперсной фазы в технических установках с газодисперсными средами Описание природных и техногенных явлений, имеющих экологическое значение Эволюция газодисперсного облака в поле потенциальных сил

25 Нанотехнологии и полимеры Ближний ориентационный порядок Фазовые диаграммы Экспериментальные и теоретические данные по раствору поливинилового спирта в воде

26 Мероприятия НОЦ Лекция «Нанотехнологии в современном мире» Институт непрерывного образования Кроме технологических особенностей, рассмотрены социальные культурные юридические и др. факторы применения нанотехнологий 150 слушателей в МГОУ 100 слушателей в 5 городах Московской области

27 1 декабря 2009 г. Научный семинар «Научное и педагогическое наследие академика Н.Н. Боголюбова» Участники из МГОУ, МГУ им. М.В. Ломоносова, ОИЯИ, РНЦ «Курчатовский институт», ФИАН им. П.Н. Лебедева, ГОИ им. С.И. Вавилова, МГППУ 4 доклада по нанотехнологиям: «Теория сверхтекучести и сверхпроводимости Н.Н. Боголюбова» Николай Максимилианович Плакида, Объединенный институт ядерных исследований, Лаборатория теоретической физики им. Н.Н.Боголюбова, Дубна «Высокотемпературная сверхпроводимость в управляемом термоядерном синтезе» Виталий Сергеевич Круглов, Национальный исследовательский центр «Курчатовский институт», Институт сверхпроводимости и физики твёрдого тела «Сегнетоэлектрические и антисегнетоэлектрические жидкие кристаллы: физика и применение» Евгений Павлович Пожидаев, Физический институт РАН им. П.Н. Лебедева «Свойства и особенности наноструктурированных оптических материалов: ЖК-переключатели, фоторефрактивные записывающие среды, прозрачные сверхпрочные покрытия для УФ и ИК» Наталья Владимировна Каманина, ФГУП "НПК "ГОИ им.С.И.Вавилова, Санкт- Петербург

28 RKCM сентября 2010 г. Конференция «Кинетика реакций в конденсированной среде» Мытищи, МГОУ Результаты Участие в конференции ведущих ученых со всего мира Участие студентов и преподавателей с докладами на английском языке Опыт проведения международной конференции на естественно- научных факультетах МГОУ Предварительная договоренность о будущих проектах

29 Международный симпозиум «Передовые дисплейные и световые технологии» 9-12 апреля 2013 г.. В работе симпозиума и молодежной школы приняли участие около 140 специалистов, преподавателей, аспирантов, студентов. Кроме организаций из стран СНГ, в нем участвовали представители организаций Южной Кореи, Гонконга, Германии. Был представлен 71 доклад и 7 изобретений на конкурс.

30 Международная конференция «Физические свойства материалов и дисперсных сред для элементов информационных систем, наноэлектронных приборов и экологичных технологий» апреля 2015 г. В конференции приняли участие более 200 студентов, аспирантов, преподавателей и учёных. Авторами докладов были сотрудники из разных организаций России, Белоруссии, Грузии, Армении, Казахстана, Республики Корея, Великобритании, Китая, Чили, Израиля и других стран. На конференции были представлены следующие секции: ЖК-материалы и дисплеи, другие неизлучательные дисплеи Элементы информационных систем (дисплеи, преобразователи, оптические пленки и др.) Физика дисперсных жидких и газообразных сред Физика и технология жидких кристаллов и материалов органической электроники Материалы и технологии устройств наноэлектроники Методы исследования физических свойств материалов Современные системы отображения информации Электроника, эргономика и прикладное зрение, системы, приложения, рынок. Во время конференции была проведена молодежная школа с докладами ведущих ученых на современные проблемы по тематике конференции

31 Перспективы УНЛ ТПНано Подача заявок на конкурсы РФФИ, Минобразования и науки РФ, Минобразования и Минпромнауки Московской обл., … Регистрация в Национальной нанотехнологической сети Проведение процедуры признания компетентности испытательных лабораторий (центров) и метрологических центров в целях выполнения работ по сертификационным испытаниям в Системе добровольной сертификации продукции наноиндустрии «НАНОСЕРТИФИКА» (по направлениям наноматериалов и наносистем) – в МГОУ: нанокластеры, нанокомпозиты, коллоиды

32 Проблемы (minimum) Инфраструктурные Приборы и оборудование Штат нормативы на НИР студентов Нужно: Программа взаимодействия МГОУ и Московской обл. по нанотехнологиям