Лаборатория образована в 2013 году в результате объединения лаборатории термодинамических основ неорганического материаловедения (основана в 1991 г. академиком Лазаревым Владиславом Борисовичем реорганизацией лаборатории химической термодинамики) и лаборатории дисперсных материалов.
Сотрудники лаборатории
Главный научный сотрудник, доктор химических наук, член-корреспондент РАН
Получение монокристаллических материалов и пленок полупроводников AIIBV, AIIIBV и AIIBVI и эвтектических композиций на их основе. Изучение их термодинамических и физико-химических свойств. Разработка физико-химических основ материаловедения полупроводников AIIBV и AIIIBIVCV2 и нового класса разбавленных магнитных полупроводников на основе халькопиритов. Допирование полупроводниковых соединений и их твердых растворов с целью поиска магнитных материалов для спинтронных устройств.
Исследование процессов выращивания многослойных субмикронных структур твердых растворов полупроводниковых соединений AIIIBV на планарных и профилированных поверхностях. Создание приборов на основе этих структур различного практического назначения (лазеры, фотодиоды, сенсоры и пр.).
Синтез и исследование дисперсных материалов и аэрогелей. Синтез и исследование мелкокристаллических простых и сложных чистых и легированных оксидов в широком диапазоне размеров кристаллов с заданными свойствами: формой и размером кристаллов, степенью дефектности, составом примесей и др. и создание на их основе новых катализаторов, люминофоров, мембран, специальной керамики, абразивов, полимерных композитов.
Теоретическое и экспериментальное изучение Р-Т-Х фазовых равновесий и отклонений от стехиометрии в кристаллических соединениях методами химической термодинамики и физико-химического анализа.
Направленный синтез сложных оксидов с различным типом проводимости и магнитного упорядочения. Определение фазовых состояний (стабильных, метастабильных, неравновесных) в многокомпонентных оксидных системах и построение изобарно-изотермических концентрационных диаграмм. Структурный анализ полиморфных превращений в гомогенных кристаллических фазах. Создание многофазных оксидных композитов для гетерогенной каталитической конверсии.
Изучение фрактальности в неорганических материалах и развитие концепции неорганического материаловедения, заключенной в формуле «состав-структура-фрактальная топология-свойства».
Основные достижения последних лет
На основе антимонида индия, легированного Mn и Zn, синтезированы магнитные полупроводники, имеющие температуру Кюри порядка 320 К, с p - типом проводимости. Получен патент на изобретение «Магнитомягкий полупроводниковый материал» № 2465378. Зарегистрировано в гос. реестре изобретений РФ 27.10. 2012.
Рассмотрена возможность создания принципиально новых магнитных полупроводников, в которых ячейками магнитной памяти служат дислокации, легированные d-элементами.
Проведены фундаментальные исследования и рассмотрены научные основы получения новых функциональных материалов на основе наногетероструктур твердых растворов ZnSe/InP и InGaAsP заданного состава для лазерных диодов, работающих в СВЧ диапазоне на частотах свыше 2,5 ГГц.
Проведено теоретическое и экспериментальное моделирование процессов растворения некоторых оксидов и гидроксидов металлов с позиций гетерогенной кинетики, синергетики (фрактальной геометрии) и электрохимии.
Синтезированы твердые растворы (In,Mn)Sb и (Ga,Mn)Sb с содержанием марганца 0.07 - 2,65 ат.%. Проведен цикл совместного легирования InSb марганцем и цинком, марганцем и теллуром. Синтез РМП сопровождается образованием ферромагнитных кластеров, что подтверждается измерениями магнитных характеристик.
Проведены исследовательские работы по корректировке рабочих гипотез построения математических моделей лазерных структур и лазерных излучателей; расчеты ожидаемых параметров конкретных структур и излучателей по разработанным моделям; технологические исследования по получению эпитаксиальных наногетероструктур и структур зарощенного типа; разработка методик экспериментальных исследований лазерных структур, разработка испытательных установок для исследований параметров структур на постоянном токе; разработка технологической оснастки, комплектов маршрутно-технологических карт, конструкторской документации, изготовление экспериментальных образцов лазерных структур и лазерных излучателей с высоким произведением средней мощности на полосу модуляции.
Изучены тройные фазовые диаграммы Zn-BIVAs2, где BIV- Ge, Si. На основе халькопиритов AIIBIVCV2 создан новый класс разбавленных полупроводников.
Предложена идея поиска разбавленных магнитных полупроводников (DMS) на основе оксидов: исходный полупроводниковый оксид и растворяемый в нем ферромагнитный оксид должны быть изоструктурны. Для реализации была выбрана структура шпинели. При введении до 3 мол.% MgFe2O4 в ZnGa2O4 получена ферримагнитная полупроводниковая керамика с температурой Кюри близкой к 470 K.
Разработаны методы получения порошковых аэрогелей - нанокристаллических оксидов с низкой насыпной плотностью и низким значением коэффициента теплопроводности. Получены порошковые аэрогели алюминия и магния с насыпной плотностью в диапазоне 0,02 – 0,04 г/см3 и коэффициентом теплопроводности 0,025 – 0,04 Вт/мК.
Разработаны методы диспергирования агрегированных нанокристаллов. Получены неагрегированные нанокристаллы бемита, гамма- и альфа-оксида алюминия с минимальным размером кристаллов 20 нм.
Исследованы фазовые состояния композитов Li/W/Mn/SiO2, полученных различными методами: твердофазным синтезом, пропиткой кремнезема, золь-гель синтезом, до и после использования в процессе окислительной конденсации метана (ОКМ).
Сотрудниками и аспирантами лаборатории за последние 10 лет были защищены следующие работы:
Диссертации на соискание ученой степени доктора химических наук.
Гуськов В.Н. «Термодинамические основы направленного синтеза нестехиометрических кристаллов с летучими компонентами». 2008 г.
Диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук
Михайлов С.Г. «Синтез и свойства монокристаллов твердых растворов Cd1-xZnxAs2». 2004 г.
Варнавский С.А. «Разбавленные магнитные полупроводники на основе ZnGeAs2 и CdGeP2». 2007 г.
Федорченко И.В. «Разбавленный магнитный полупроводник на основе ZnSiAs2». 2008 г.
Шабалин Д.Г. «Структурные превращения гидроксида алюминия при гидротермальной, термопаровой и термической обработке». 2008 г.
Козерожец И.В. «Разработка метода получения и исследование субмикронных и наноразмерных частиц оксидов алюминия с низким содержанием примесей». 2011 г.
Заведующий лабораторией, доктор технических наук, профессор Михаил Григорьевич Васильев – профессор инженерного факультета Российского университета дружбы народов.
Член-корреспондент РАН Александр Дмитриевич Изотов участвует в работе 3 диссертационных советов: ИОНХ РАН (специальность-химия твердого тела), МИТХТ (неорганическая химия), РУДН (неорганическая химия). В 2012 году за заслуги в области инженерных наук был награжден памятной медалью им. М.В. Келдыша и медалью им. А.М. Прохорова.
Доктор химических наук, профессор Сергей Федорович Маренкин – профессор НИТУ МИСиС. В 2008 году награжден Академией инженерных наук им. А.М. Прохорова памятной медалью им. К.Э.Циолковского за заслуги в области материаловедения.
В 2014 году Сергей Федорович Маренкин и Ирина Валентиновна Федорченко награждены премией Российской и Польской академии наук за цикл совместных работ «Разработка физико-химических основ технологии новых материалов для спинтроники».
Некоторые публикации лаборатории за последние годы
Монографии:
С.Ф. Маренкин, В.М. Трухан. Фосфиды, арсениды цинка и кадмия. Минск, Издатель А.Н.Вараскин, 2010, 220 c.
А.Д. Изотов, Ф.И. Маврикиди. Фракталы: делимость вещества как степень свободы в материаловедении. (Монография). Изд. СГАУ. Самара. 2011. 128 с.
Статьи:
V.N. Krivoruchko , V.Yu. Tarenkov , D.V. Varyukhin , A.I. D’yachenko, O.N. Pashkova, V.A. Ivanov. Unconventional ferromagnetism and transport properties of (In,Mn)Sb dilute magnetic semiconductor // JMMM, V. 322, 2010, P. 915-923.
Popesku A., Nipan G., Mihaiu S., Constantin V., Olteanu M., Shumilkin N. Structure and behavior of ceramic materials based on SnO2 used as inert anods in electowining processes// Rev.Roum.Chim. 2010. V. 55. No5, p.319-328.
Г. П. Панасюк, В. Н. Белан, И. Л. Ворошилов, И. В. Козерожец. Превращение гидраргиллит-бемит // Неорганические материалы, 2010. Т. 46, № 7, с. 831–837.
Саныгин В.П., Пашкова О.Н., Филатов А.В., Изотов А.Д. Новый ферромагнитный полупроводник на основе InSb, легированного Mn и Zn // Неорганические материалы. - 2011.- Т.47. - № 9. - С. 1029-1032.
L.I. Koroleva, D.M. Zashchirinskii, T.M. Khapaeva, A.I. Morozov, S.F. Marenkin, I.V. Fedorchenko, R.Szymczak. Manganese-doped CdGeAs2, ZnGeAs2 and ZnSiAs2 chalcopyrites: A new materials for spintronic // Journal of magnetism and magnetic materials 323 (2011) 2923-2928
I.V. Fedorchenko, A.Rumiantsev, T. Kuprijanova, L.Kilanski, R.A.Szymczak, W.Dobrowolski, L.I.Koroleva, Making ferromagnetic heterostructures Si/Zn(1-X)MnXSiAs2 and Ge/Zn(1-x) MnxGeAs2 //Solid State Phenomena, 2011, Vols.168-169, 2011, pp.313-316.
Dedov A.G., Nipan G.D., Loktev A.S., Tyunyaev A.A., Ketsko V.A., Parkhomenko K.V., Moiseev I.I. Oxidative coupling of methane: Influence of the phase composition of silica-based catalysts //Applied catalysis A: General. 2011. V.406. No 1-2. p.1-12.
L. Kilanski, W. Dobrowolski, E. Dynowska , M. Wojcik, B.J. Kowalski, N. Nedelko, A. Slawska-Waniewska, D.K. Maude, I.V. Fedorchenko, S.A. Varnavskiy, S.F. Marenkin. Colossal linear magnetoresistance in CdGeAs2:MnAs micro-composite ferromagnet // Solid State Communications. - 2011. – V. 151. - P. 870–873.
I.V. Fedorchenko, A.V. Kochura, S.F. Marenkin, A.N. Aronov et al. Advanced materials for spintronic based on Zn(Si,Ge) As2 chalcopyrites // IEEE transactions on magnetics. – 2012. - Vol. 48, № 4. April 2012. - P. 1581-1584.
М.Г. Васильев, А.М. Васильев, А.Д. Изотов, А.А. Шелякин. Создание и исследование лазерного диода для удаленного контроля метана // Неорганические материалы. - 2012. - Т. 48.- № 3. - С. 305-311.
О.Н. Пашкова, В.П. Саныгин, А.В. Филатов, Н.Н. Ефимов, А.Д. Изотов. Магнитомягкий полупроводник InSb с температурой Кюри 320 К // Журнал неорганической химии. 2012. Т.57. № 7. С. 1073–1075.
В.П. Саныгин, А.А. Филатов, А.Д. Изотов, О.Н. Пашкова. Дислокации в InSb, легированном марганцем // Неорганические материалы. - 2012. - Т. 48. - № 10. - С. 1103–1109.
А.Д. Изотов, Ф.И. Маврикиди. Фракталы в технологии материалов // Наука и технологии в промышленности. – 2012. - №3.
Васильев М.Г., Васильев А.М., Изотов А.Д., Филатов Я.Г., Шелякин А.А. Разработка технологии и изучение параметров зарощенного лазерного диода с длиной волны излучения 1310 нм, работающего в СВЧ-диапазоне // Неорганические материалы. - 2013. - Т. 49. - № 6. - C. 8-16.
М. Г. Васильев, А. М. Васильев, А. Д. Изотов, А. А. Шелякин. Создание и исследование высокотемпературного лазерного диода с длиной волны излучения 1310 нм на основе зарощенных гетероструктур InP/GaInAsP.// Неорганические материалы, 2014. - Т. 50. -№ 9. - С. 963–967.
О. Н. Пашкова, А. Д. Изотов, В. П. Саныгин, А. В. Филатов. Кластерный магнетизм в легированном InSb.//Журнал неорганической химии. 2014. - Т.59.- № 7.- С. 899–903.
I.V. Fedorchenko, A.N. Aronov, L.Kilanski, V. Domukhovski, A. Reszka, B.J. Kowalski, E. Lahderanta, W. Dobrowolski, A.D. Izotov, S.F. Marenkin. Phase equilibria in the ZnGeAs2–CdGeAs2 system.// Journal of Alloys and Compounds. 2014, Vol. 599. P.121–126.
Панасюк Г.П., Изотов А.Д., Азарова Л.А. Шабалин Д.Г. Ворошилов И.Л. Новые методы утилизации отходов из полиэтилентерефталата// Химическая технология. 2014. Т.15. №4. С. 251-255.
G. D. Nipan, V. A. Artukh, V. S. Yusupov, A. S. Loktev, N. A. Spesivtsev, A. G. Dedov, and I. I. Moiseev. Pressure effect on the formation of active components of a catalyst for methane oxidative coupling// Doklady Physical Chemistry. Vol. 455, pp. 60-63. Part: 2, April 2014
