Лаборатория физико-химических процессов в энергетике

Другим важным направлением исследований лаборатории является лазерное текстурирование твердых тел — процесс, позволяющий формировать устойчивые микро- и наноструктуры на поверхности материалов с заданными свойствами. С использованием наносекундных импульсов лазеров формируются регулярные микротекстуры на поверхности полупроводников и металлов, которые могут быть дополнительно модифицированы методами химической обработки и осаждением покрытий. Контроль параметров текстурирования — плотности энергии, скорости сканирования, атмосферы обработки — позволяет воспроизводимо получать поверхности с различной топографией и функциональными свойствами: от супергидрофильных до анизотропных и бифильных. Такие структуры обладают увеличенной площадью поверхности, повышенным числом активных центров нуклеации и способностью направленно управлять движением жидкости. Лазерная обработка позволяет изменять не только геометрию поверхности, но и её состав, создавая градиенты или комбинированные функциональные зоны. Полученные структуры применяются в задачах управления теплоотводом, усиления процессов кипения, капельного охлаждения, а также в сенсорике и микрофлюидике. Настоящие исследования показывают, что даже незначительные изменения морфологии (нанопористость, конусность, наличие покрытий) существенно влияют на характеристики тепломассообмена и смачивания.

Лаборатория также развивает направление лазерных аддитивных технологий, основанных на локальном осаждении металлов с помощью лазерного излучения. В случае лазерного осаждения из газовой фазы (LCVD) используются прекурсоры, активируемые фокусированным пучком, что позволяет с высокой точностью выращивать металлические микроструктуры различной формы (Cu, Ag, W и др.) на подложках. Также в лаборатории реализовываются методы осаждения из жидкой фазы путём лазерного воздействия на растворы, инициируя фотолитическое или пиролитическое разложение в близи поверхности подложки. Это позволяет получать трёхмерные металлические структуры любой геометрии с высокой скоростью. Метод предоставляет возможность использования различных материалов, а также их комбинаций. Такие технологии перспективны для микроэлектроники, биосенсоров, создания электродов и тонкопленочных схем.

Одним из приоритетных направлений исследований лаборатории является разработка технологий лазерного синтеза прозрачных металлических электродов, используемых в гибких OLED-матрицах и других элементах современной электроники. В рамках этой работы в лаборатории впервые в мире были получены прозрачные золотые электроды толщиной всего 5 нанометров, обладающие рекордными показателями светопропускания, электропроводности и добротности. Уникальная технология синтеза основана на лазерном переносе материала с поверхности золотой пластины на подложку под действием мощных наносекундных лазерных импульсов. В результате облучения происходит испарение материала мишени, после чего он газодинамически транспортируется в среде разреженного фонового газа и осаждается на подложке, формируя тонкий прозрачный электрод с высокой однородностью и стабильностью.