Научно-исследовательская лаборатория органических полупроводников

Расположение: ул. Генкеля, 4 (ПГНИУ, корп. 16, ауд. 432 – 434, 438)
тел. +7 (342) 2-396-481
Электронная почта: Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

Заведующий лабораторией
Елена Викторовна Шкляева

История

История создания лаборатории органических полупроводников неотделима от научных направлений, в разные годы развиваемых в этом коллективе.

Лаборатория органических полупроводников Естественнонаучного института при Пермском государственном университете была организована в 1974 году, спустя десять лет после появления публикации В. Литтла, касающейся обоснования возможности существования сверхпроводящего состояния органических соединений. Инициаторами создания лаборатории стали физик-теоретик д.ф.-м.н. профессор Иван Григорьевич Шапошников и химик-органик д.х.н. профессор Иван Иванович Лапкин. Первым научным руководителем лаборатории стал И.Г. Шапошников, а ее заведующим вплоть до 1988 года был В.И. Лунегов, окончивший физический факультет ПГУ по специальности «Радиофизика и электроника». Первыми штатными сотрудниками лаборатории, кроме В.И. Лунегова, были Л.А. Юнников и Г.Г. Абашев. Практически сразу после создания с лабораторией стал активно сотрудничать М.А. Марценюк, ученик И.Г. Шапошникова. Вскоре сотрудником лаборатории становится к.х.н. В.С. Русских. В разные годы в лаборатории работали И.М. Батяев, К.В. Вяткин, И.Г. Гуляев, Е. Гуляева, В.М. Жарков, М. Котельников, Н.М. Марценюк, О. Миков, В.С. Павлов, Т.В. Потапова, С.Н. Попов, К.А. Просвирнин, Ю. Пшенников, С.Г. Федосин, Е.В. Шкляева, Л.А. Юнников.

Благодаря усилиям М.А. Марценюка на базе лаборатории Минвузом РСФСР был организован совет по проблеме «Органические полупроводниковые материалы». Под эгидой проблемного совета проводились регулярные конференции, материалы которых публиковались в межвузовском сборнике научных трудов «Органические полупроводниковые материалы» (сборник издавался под грифом «Для служебного пользования»).

Первоначально работы лаборатории носили закрытый характер, как и многие другие исследования, выполняемые в этой области по всей стране, да и не только в нашей стране. Основное направление работ состояло в разработке методов синтеза и последующих исследованиях комплексов с переносом заряда и ион-радикальных солей тетрацианохинодиметана (TCNQ) и его алкильных производных с различными тиурониевыми и селеноурониевыми катионами, а также с различными двухзарядными асимметричными катионами. Описание кристаллических структур некоторых из полученных соединений было опубликовано в таких ведущих журналах как Acta Christallographica, Material Sciences, Physica Status Solidi, Физика твердого тела.

Одним из результатов работы лаборатории стало создание ЭПР-спектрометрического анализатора кислорода «ОППАК-8101» на основе солей TCNQ – совместная разработка лаборатории радиоспектроскопии и ОКБ «Маяк» (разработчики Г.Г. Абашев, И.М. Батяев, М.К. Запольнов, К.А. Просвирнин, М.А. Марценюк, 1980). Кроме того, на основе солей TCNQ был создан тензодатчик для измерения внутриполостного давления, внедренный в использование медсанчастью №9 г. Перми (разработчики Г.Г. Абашев, В.С. Русских, В.И. Лунегов, В.С. Павлов, В. Дворянский, Костылев, В.Н. Репин, 1980).

Накопленный опыт показал необходимость изменения объектов исследований, в результате чего лаборатория начала заниматься синтезом замещенных тетратиафульваленов и их солей с простыми и комплексными анионами. Это исследование было очень сложным и требующим использования сложной аппаратуры для исследования строения получаемых солей и комплексов. В это время началось интенсивное сотрудничество с Институтом химическим проблем физики (г. Черноголовка), а также с Физтехом им. Иоффе (г. Ленинград). С 1989 г. заведующим лаборатории становится В.С. Русских, а ее научным руководителем – Г.Г. Абашев. Численный состав лаборатории в это время составлял 12 человек.

Важнейшее место в работах, выполняемых в лаборатории, занимали теоретические исследования: переходы металл-диэлектрик Мотт-Хаббардовского типа, динамика носителей, свойства сильно коррелированного металла и его отличие от обычного металла, условия существования новых состояний, появляющихся в системах с сильным кулоновским взаимодействием. Этими вопросами активно занимался выпускник физического факультета ПГУ к.ф.-м.н. В.М. Жарков, к сожалению, рано ушедший из жизни.

С 1993 года заведующим лабораторией и научным руководителем становится Г.Г. Абашев; именно благодаря его энергии и оптимизму лаборатория органических полупроводников не только сохранилась как исследовательская единица ЕНИ, но и начала добиваться признания в России и за рубежом. С 1995 года и по настоящее время лаборатория получает финансирование РФФИ. В эти годы лаборатория активно сотрудничает с другими научными коллективами, как внутри института (лаборатория физико-химии полимеров, лаборатория электрохимии – электрохимические исследования получаемых соединений, разработка конденсаторов на основе политиофенов и полианилинов), так и внутри университета (кафедра органической химии ПГУ, кафедра аналитической химии и кафедра физической химии). Кроме того, лаборатория тесно контактирует с ведущими научными организациями города – Институтом технической химии УрО РАН, НПО «Окта», Государственным институтом прикладной химии, некоммерческим партнерством «Неорганические материалы». Налаживаются научные контакты с Сарапульским заводом «ЭЛЕКОНД». Сотрудники лаборатории активно участвуют в научных конференциях разного ранга, молодые сотрудники лаборатории повышают свою квалификацию, участвуя в научных школах-конференциях, а также проходят стажировки в других ВУЗах и даже в других странах. На базе лаборатории студентами химического факультета ПГУ регулярно выполняются дипломные и курсовые работы.

В связи с большой актуальностью получения новых электроактивных сопряженных олигомеров, полимеров и малых молекул для целей молекулярной электроники (материалы для светодиодов, полевых транзисторов, и др.), начиная с 2007 года в лаборатории выполняются работы в этой области. Развитию этого направления способствует вновь налаженное сотрудничество с физическим факультетом ПГНИУ. Совместно с к.ф.-м.н. И.В. Лунеговым (кафедра радиоэлектроники и защиты информации) выполняются инструментальные исследования полученных материалов (поверхностей пленок синтезированных полимеров, их электропроводящих и оптических свойств). Начаты работы по созданию моделей органических светоизлучающих устройств (OLED) и органических полевых транзисторов (OFET) на основе соединений, дизайн и синтез которых разработан в лаборатории. Разработан спецкурс для магистров физического факультета ‑ «Сопряженные полимеры для органической электроники». Исследования выполняются на оборудовании, приобретенном физическим факультетом на средства Федеральной программы Национальных исследовательских университетов.

С 2018 года лаборатория функционирует как научное подразделение кафедры органической химии ПГНИУ, что стало возможным благодаря усилиям декана химического факультета д.х.н. Машевской И.В.

Научные направления исследований

В настоящее время уровень исследований, проводимых в лаборатории, перешел на качественно иной уровень. Для всех синтезируемых в ходе работ соединений (исходных, промежуточных и конечных продуктов реакций) получены электронные спектры поглощения и флуоресценции, с помощью электрохимических исследований определяется донорный/акцепторный характер соединения в целом, определяется возможность их электрохимической полимеризации. На основе полученных данных вычисляются энергия фронтальных орбиталей, ширины запрещенной зоны, квантовый выход люминесценции. Для некоторых соединений эти значения сравнены со значениями, полученными в результате квантово-химических расчетов, что стало возможным благодаря сотрудничеству с д.х.н. Шуровым С.Н. (кафедра органической химии ПГНИУ) и к.х.н. Васяниным А.Н. (кафедра аналитической химии и экспертизы ПГНИУ). Структуры получаемых соединений подтверждаются спектрами (О.А. Майорова – ИТХ УрО РАН, к.х.н. И.Г. Мокрушин, А.Р. Галеев – ПГНИУ), масс-спектрами (к.х.н. Горбунов А.А. – ИТХ УрО РАН), элементным анализом (к.х.н. И.В. Плеханова – ИТХ УрО РАН), рентгеноструктурным анализом (к.х.н. П.А. Слепухин, к.х.н. М.В. Дмитриев). Совместно с кафедрой физической химии ПГНИУ начато изучение поведения синтезированных полимеров в растворах (к.х.н. Н.А. Медведева). Термическая устойчивость синтезированных соединений изучается методами термогравиметрии (к.х.н. И.Г. Мокрушин).

Достаточно новым направлением в работе лаборатории стал синтез и исследование соединений, потенциально пригодных для использования в электрохромных устройствах, в частности в органических фотоэлектрических ячейках, которые в настоящее время рассматриваются как альтернатива традиционным кремниевым солнечным батареям и привлекают все большее внимание, что связано с возможностью использования недорогих способов создания многослойных структур большой площади на гибких подложках.

Альтернативой солнечным батареям на основе полимеров в настоящее время становятся солнечные батареи на основе малых молекул. С одной стороны, они обладают свойствами, характерными для полимеров: гибкостью, технологичностью, способностью формировать изделия из растворов. С другой стороны, эти малые молекулы обладают постоянной молекулярной массой, их структура строго установлена за счет того, что для этих соединений можно достичь высокой степени очистки.

В разное время в НИЛ органических полупроводников под руководством проф. Г.Г. Абашева выпускниками химического факультета ПГНИУ были защищены 11 кандидатских диссертаций. Среди них Шкляева Е.В., Лебедев К.Ю., Сюткин Р.В., Бушуева А.Ю., Соснин Е.А., Игнатенко Е.А., Слободинюк Д.Г., Антуфьева А.Д., Комиссарова Е.А. Бакиев А.Н., Чухланцева А.Н.

Научная деятельность лаборатории органических полупроводников поддерживалась грантами Российского фонда фундаментальных исследований: гранты 95-03-08287-а, 99-03-32872-а, 02-03-32665-а, 02-03-96419-р2002урал_а, 04-03-96035-р2004урал_а, 05-03-32849-а, 05-03-32849-а, 07-03-96023-р_урал_а, 10-03-96038-р_урал_а, 14-03-96003 р_урал_а, 14-03-00341-а, а также грантами Министерства образования. Последний из полученных от РФФИ грантов № 19-43-590014-а «Синтез и исследование хромофоров с нелинейным оптическим откликом второго порядка как перспективных электрооптических материалов» касается одного самых перспективных направлений развития химии материалов.

Оборудование лаборатории
Вытяжные шкафы
Спектрофлуорофотометр RF-5301pc (Spectrofluorophotometer RF-5301pc), фирма-изготовитель «Shimadzu»
UV-VIS спектрофотометр UV- 2600 (UV-VIS Spectrophotometer UV- 2600), фирма-изготовитель – «Shimadzu
Потенциостат-гальвонастат «Potentiostat/Galvanostat/ZRA Research Grade Interface 1000», фирма-изготовитель – Gamry Instruments
Потенциостат-гальвонастат «Potentiostat/Galvanostat/VersaStart 4, фирма-изготовитель – Princeton Applied Research
Перчаточный герметичный бокс «Nitrogen Glove Box 850-NB» фирма изготовитель PlasLabs
Весы аналитические неавтоматического действия HR-AZG, фирма изготовитель A&D Company Ltd
Роторные испарители

Гранты и договоры НИЛ органических полупроводников

Гранты РФФИ
1. 95-03-08287-а «Получение и исследование новых низкоразмерных органических электропроводящих веществ, в том числе для создания пленок Лэнгмюра-Блоджетт и самособирающихся монослоев», 1995 – 1997;
2. 99-03-32872-а «Синтез и исследование новых органических проводящих материалов для молекулярной электроники», 1999 – 2001;
3. 02-03-32665-а «Синтез и исследование органических проводящих материалов – компонентов для органических светодиодов на основе производных тетратиафульвалена, содержащих тиофеновые и другие гетероциклические фрагменты», 2002 – 2004;
4. 02-03-96419-р2002урал_а «Синтез новых органических проводящих материалов для оптоэлектронных устройств», 2002 – 2003;
5. 04-03-96035-р2004урал_а «Синтез новых органических проводящих материалов для оптоэлектронных устройств», 2004 – 2006;
6. 05-03-32849-а «Синтез и исследование замещенных тетратиафульваленов, содержащих карбазольные и флуореновые фрагменты, как перспективных материалов для создания органических транзисторов и светодиодов», 2005 – 2007;
7. 07-03-96023-р_урал_а «Изучение возможности использования реакции Штеттера и бисацилирования для синтеза смешанных олигомеров, содержащих флуореновые, карбазольные, тиофеновые и тетратиафульваленовые фрагменты для целей молекулярной электроники», 2007 – 2009;
8. 10-03-96038-р_урал_а «Создание новых материалов для молекулярной электроники – органических светодиодов, полевых транзисторов, солнечных батарей и электрохромных устройств», 2010 – 2012;
9. 14-03-96003 р_урал_а «Синтез и исследование электропроводящих органических сопряженных систем, включающих электроактивные и хромофорные фрагменты», 2014 – 2016;
10. 14-03-00341 А «Синтез и исследование мономеров и полимеров для органической электроники», 2014 – 2016;
11. 19-43-590014_р-Урал_а «Синтез и исследование хромофоров с нелинейным оптическим откликом второго порядка как перспективных электрооптических материалов».

Гранты Минобразования
1. «Разработка методов синтеза и исследование новых мономеров и олигомеров для создания органических оптоэлектронных устройств, светодиодов, полевых транзисторов, солнечных батарей, многоцветных дисплеев, сенсоров для распознавания молекул», 2003 – 2006, 2007, н.р. Абашев Г.Г.;
2. «Синтез и исследование новых олигомеров и полимеров на основе производных тиофена – материалов для органической электроники», 2005 – 2007, н.р. Абашев Г.Г.;
3. «Разработка методов синтеза и исследование пиримидин-содержащих мономеров и олигомеров для создания n- и p-электропроводящих сопряженных полимеров для молекулярной электроники», 2008 – 2010, н.р. Абашев Г.Г.;
4. «Разработка теории синтеза новых материалов для самособирающихся молекулярных проводов на основе сопряженных мономеров и олигомеров на поверхности различных материалов, в том числе на поверхности наночастиц», 2008 – 2010, н.р. Шкляева Е.В.;
5. «Разработка методов синтеза и исследование новых электропроводящих сопряженных мономеров, олигомеров и полимеров, включающих в состав различные электроактивные фрагменты с целью создания материалов для органической электроники (светодиоды, электрохромные устройства, солнечные батареи)», 2012 – 2014, н.р. Абашев Г.Г.;
6. «Синтез и исследование новых сопряженных мономеров и полимеров с целью органической электроники», 2014 – 2015, н.р. Абашев Г.Г.

Договоры
1. Договор с некоммерческим научным объединением «Неорганические материалы» «Исследование по созданию алюминиевых оксидно-электролитических конденсаторов с повышенной емкостью на основе проводящих полимеров», 2007, н.р. Абашев Г.Г.;
2. Договор с некоммерческим научным объединением «Неорганические материалы» «Разработка теоретической базы по созданию слоя проводящего полимера на поверхности анодного электрода для алюминиевого электролитического конденсатора», 2008, н.р. Абашев Г.Г.;
3. Договор на создание-передачу научно-технической продукции в РФ ОАО «Уральский НИИ композиционных материалов» «Разработка методов функционализации нанотрубок и синтез функционализированных нанотрубок», н.р. Абашев Г.Г.;
4. Договор на создание-передачу научно-технической продукции в РФ Ижевский государственный технический им. М.Т. Калашникова «Обработка технологического процесса нанесения катодного покрытия на основе проводящих полимеров и контактно-переходных покрытий», н.р. Абашев Г.Г.;
5. Договор на создание-передачу научно-технической продукции в РФ ОАО «Элеконд» «Приготовление аммонийных солей разветвленных дикарбоновых кислот», н.р. Абашев Г.Г.

Фотографии

НИЛ органических полупроводников

Посмотреть все фотографии