Автоматизированная модификация графен-оксидных и металл-углеродных наноструктур для создания программируемых полимерных функциональных композитов
Актуальность
В настоящее время сенсорные системы становятся все более востребованы. Они применяются в спорте и медицине (например, для контроля водно-солевого баланса в организме), имеют технологическое применение (для контроля ионов в аналите). Обычно используются большие стационарные системы, но сейчас идет переход к компактным, гибким датчикам и персонализированной медицине, что позволяет регулярно следить за определенными показателями. Современные сенсоры должны также обладать высокой чувствительностью, экспрессностью анализа и биосовместимостью. Рынок печатной электроники растет с каждым годом - в течение 10 лет прогнозируется рост в 2 раза, поэтому наша работа не только научно и социально, но и экономически актуальна.
Подробнее
Создание и анализ композитных наноматериалов на основе полимерных сборок для технологии автоматизированного создания гибких селективных систем в виде принта на различных материалах
Цель
Задачи
  • Ознакомление с литературой по тематике проекта
  • Разработка экспрессного и экономичного способа формирования поверхностных наномодифицированных сенсорных систем
  • Изучение полученных структур методами СЗМ, CЭМ, Рамановской и УФ-Вид спектроскопии
  • Автоматизация и печать проводящих покрытий и мембран на основе MXene и GO для создания гибких селективных сенсоров
  • Создание, апробация и совершенствование полученных сенсорных систем
  • Анализ рынка, сопоставление с аналогами и изучение перспектив коммерческого использования
Экспериментальные данные
Синтез MXene
MXene
Обзорный снимок области MXene
АСМ-изображение одного флейка
Толщина флейка ~ 2-3 нм
Поперечное сечение флейка
Оптическая характеризация MXene структур
УФ-видимая спектроскопия
Динамическое светорассеяние
Рамановская спектроскопия
Рентгеновская спектроскопия
Были сделаны мембраны на:
  • катион кальция Ca2+
  • катион аммония NH4+
  • катион натрия Na+
  • катион калия K+
  • катион меди Cu+
  • катион кадмия Cd2+
  • анион йода I-
  • анион хлора Cl-
  • Мембрана сравнения
Мембрана
Создание электродов
Принцип работы сенсоров
Использование структур разных составов и размеров для печати сенсоров
Градуировочные растворы и измерение сенсоров
Схема работы адаптивной мембраны
Толщина:
h1 ~ 8 нм,
h2 ~ 12 нм
Адаптивная мембрана может использоваться для выделения (фильтрации) определенных ионов из аналита в зависимости от кислотности среды.
Автоматизация
Мы собрали коллаборативного робота, позволяющего автоматизировать сборку планарных сенсоров.
Социальный опрос по тематике проекта
Результаты
  • Проведен обзор литературы по тематике проекта
  • Созданы наноструктуры MXene, нанесены электроды и приготовлены градуировочные растворы
  • Проведена характеризация структур MAX, ml, MXene фазы, графена и оксида графена различными методами
  • Подготовлены ион-селективные мембраны (на различные ионы)
  • Созданы и апробированы компактные разноразмерные планарные сенсоры на различных поверхностях
  • Создана адаптивная мембрана на основе оксида графена
  • Проведен анализ рынка и возможных конкурентов, проведен экономический расчет и социологический опрос по тематике проекта
Научный руководитель
zhukov@infochemistry.ru
Ассистент
korolev@infochemistry.ru
Жуков Михаил Валерьевич
Королев Илья Сергеевич
Наша команда
Григорий Овинов
Амина Аглиуллина
Елизавета Выхристюк
Софья Савина
Валентина Минишева
elisaveta.vyhristyuk@yandex.ru
agliullinaamina854@gmail.com
Sony.sawina@yandex.ru
ogr0701@mail.ru
vaminisheva@gmail.com