Интервью Елены Дмитриевны Образцовой, кандидата физико-математических наук, заведующей лаборатории спектроскопии Института общей физики РАН, пресс-секретарю Нанотехнологического общества России Владимиру Тесленко.
Елена Дмитриевна Образцова окончила физический факультет Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова (МГУ) (кафедру квантовой радиофизики) в 1981 г. В 1990 г. в МГУ она защитила кандидатскую диссертацию по специальности “оптика”. С 1992 она работает в Институте общей физики им. А.М. Прохорова РАН, возглавляя в настоящее время лабораторию спектроскопии наноматериалов. Сферу ее научных интересов составляет формирование, оптическая спектроскопия и применение низкоразмерных материалов. Начав с изучения наноструктурного кремния, в последние годы она вовлечена в исследования наноуглерода в различных формах (наноалмазные порошки и пленки, лукообразные углеродные структуры, углеродные нанотрубки и графен). В течение последних 5 лет был выполнен важный цикл пионерских работ по применению одностенных углеродных нанотрубок и сред на их основе в лазерах. Она является соавтором более 145 статей в рецензируемых журналах. Под ее руководством было защищено 5 диссертаций на соискание ученой степени кандидата наук. В настоящее время она читает курс “Физика наноструктур” для студентов 5-го курса физического факультета МГУ (кафедра фотоники и физики микроволн). Она была руководителем нескольких российских и международных исследовательских проектов (включая проекты РФФИ, ИНТАС и 6-ой Европейской рамочной программы). В настоящее время она является членом редакционной коллегии двух международных научных журналов: “Углерод” и “Журнал наноэлектроники и оптоэлектроники”.
ВТ: Насколько перспективен лазерный метод синтеза нанотрубок для промышленного
применения? (американцы, которые первыми разработали этот метод, от его
масштабирования и дальнейшей разработки отказались)?
ЕО: Мы не занимаемся промышленным применением. Наши цели лежат в области научных исследований, главным образом, оптических свойств УНТ. Для получения опытных образцов одностенных углеродных нанотрубок мы используем два метода: электродуговой и химического газофазного осаждения из паров спирта. Лазерный метод довольно широко используется в мире, но нельзя говорить о его лидирующем положении. Кроме того, в рамках международных исследовательских проектов мы обмениваемся образцами с учеными из других стран, например, Германии, Финляндии, Франции, США, Швейцарии и Японии.
ВТ: В 1997 г. первая в России установка по дуговому синтезу одностенных углеродных нанотрубок (ОУН) была сконструирована и введена в действие у Вас. Что насчёт промышленного внедрения?
ЕО: Мы концентрируемся не на производстве и продаже нанотрубочного материала, а на разработке наукоемких применений углеродных нанотрубок, для которых требуется очень небольшое количество материала.
Опытно-промышленные образцы мы разрабатывали по трём проектам.
Во-первых, в 1999-2000 с саратовским ФГУП «НИИ «Волга» при финансировании от Миннауки мы разрабатывали низкополевые эмиссионные катоды на основе УНТ для цифровых индикаторов, источников света и дисплеев. Как известно, одним из перспективных и успешных направлений в области микро- и наноэлектронного приборостроения, в особенности в связи с созданием плоских знакосинтезирующих электронных приборов, являются электролюминесцентные вакуумные приборы с катодами на основе явления холодной электронной эмиссии из углеродных нанотрубных структур. НИИ «Волга» является одним из ведущих предприятий в России по производству различных типов дисплеев, и имеет опыт в разработке более десяти видов катодов.
Работы по исследованию низкополевой эмиссии электронов из углеродных нанотрубок и структур на их основе продолжаются и сегодня. Обнаружен ряд интересных эффектов. Аспирант Виктор Иванович Клещ провел цикл работ по исследованию электро-механических явлений в процессе электронной эмиссии из наноуглеродных материалов. Результаты этого исследования открывают путь к созданию электро-механических преобразователей, частота которых определяется их геометрическими параметрами.
Во-вторых, начиная с 2003 г. коллектив лаборатории спектроскопии наноматериалов начал работать с суспензиями нанотрубок, используя ультразвуковую обработку и ультрацентрифугирование для их приготовления. Здесь нам пришлось решить нетривиальную задачу – выделение фракций чистых металлических или полупроводниковых УНТ с узким распределением по диаметрам (менее 1 Ангстрема). Большой вклад в работу внес аспирант Александр Игоревич Чернов. Эта работа была частью исследований по еврогранту FP6-033350. Наши суспензии впервые использовались как насыщающиеся поглотители в резонаторах различных лазеров (лазера на Er3+-стекле, F2 -:LiF лазере и др.) Во всех случаях был реализован режим пассивной модуляции добротности. Полученные результаты подтвердили перспективность использования суспензий нанотрубок для сверхбыстрой модуляции световых пучков.
В-третьих, проведены работы по использованию нелинейно-оптических элементов на основе одностенных углеродных нанотрубок в волоконных лазерах. Для решения этой задачи разработана технология получения тонких полимерных пленок оптического качества с равномерно распределенными нанотрубками. Пленки всесторонне охарактеризованы методами оптической спектроскопии. Получены результаты по пассивной синхронизации мод в волоконных лазерах на Er3+- стекле (рабочая длина волны 1.56 мкм) и Tm стекле (рабочая длина волны (1.93 мкм). Минимальная достигнутая длительность импульса составила 177 фемтосекунд.
ВТ: Возможно ли сегодня в России исследование нанотрубок методом Раман-спектроскопии с построением графиков Катауры? (до сих пор такой метод был в России не доступен никому).
ЕО: Спектроскопия комбинационного рассеяния света (или Рамановская спектроскопия, как ее называют за рубежом) является нашей основной специализацией. Это был первый аналитический метод, использованный нами для исследования углеродных нанотрубок. Сегодня их уже существенно больше: спектроскопия оптического поглощения света, фотолюминесценция, нелинейная оптическая спектроскопия. Спектроскопия КР является очень информативным методом для исследования углеродных нанотрубок: можно определить их геометрические параметры, степень агрегации в пучки, тип проводимости и т.д. “График Катауры”, демонстрирующий зависимость электронной структуры от диаметра нанотрубки является очень востребованным подспорьем при интерпретации спектров. Что касается профессора Хиромичи Катаура, то мы знакомы лично много лет. Мы всегда с интересом следим за работами его лаборатории. В 2009 по приглашению руководителя нашего Центра естественно-научных исследований ИОФ РАН член-корр. РАН В.И. Конова он выступал с приглашенным докладом Нанотехфоруме 2009).
ВТ: Каковы наиболее перспективные и масштабные области применения нанотрубок?
ЕО: Слово “масштаб” можно понимать по-разному. Если говорить о необходимом количестве материала, то наиболее масштабными областями применения можно считать различного рода сверхлегкие и сверхпрочные композиты для авиационной и автомобильной промышленности, где необходимы тонны нанотрубок. Однако я придерживаюсь мнения, что наиболее перспективными являются наукоемкие области применения нанотрубок – наноэлектроника, нелинейная оптика, сенсоры, биомаркеры – где необходимы индивидуальные УНТ или группы тщательно отобранных, сепарированных УНТ с узкими диапазонами целевых свойств.
ВТ: Какова Ваша позиция по классификации УНТ, их стандартизации? Насколько это важно для практики?
ЕО: Само определение одностенных углеродных нанотрубок классифицирует их. Они определяются двумя индексами (n,m), информирующими о числе гексагонов по окружности и спиральности нанотрубки. По мере исследований складывается всё более и более подробная классификация УНТ. Так, уже разделяют одностенные, двухстенные и многостенные УНТ. Различают и сепарируют металлические и полупроводниковые УНТ. В последние годы созданы наноструктуры на основе УНТ – углеродные стручки (peapods) и нано-почки (nanobuds) – одностенные углеродные нанотрубки, декорированные молекулами С60 изнутри или снаружи. Мы взаимодействуем со специалистами, как за рубежом, так и в нашей стране, системно занимающимися этой проблемой. Одним из них является проф. Владимир Кириллович Неволин из МИЭТ (Зеленоград).
