Науково-дослідні роботи МОН України

назад

НАУКОВО-ДОСЛІДНІ РОБОТИ, ЩО ВИКОНУЮТЬСЯ:

«Механізми структурнох релаксації та дефектоутворення в гетеросистемах, тонких плівках і нанокомпозитних матеріалах». Термін виконання – 2022-2024. (№ д/р: 122U000932); Керівник – проф. Фодчук І. М. Обсяг фінанс.: 4 500 000 грн.

АНОТАЦІЯ

Проєкт направлений на розв’язання важливих науково-фундаментальних та загальносвітових проблем, зокрема, на завдання: розвитку багатопараметричної теорії розсіяння Х-променів та електронів в гетерофазних нанорозмірних системах; нового підходу в нанозондових дослідженнях для обробки, аналізу даних та вдосконалення фізичних моделей на основі алгоритмів глибинного навчання та штучних нейронних мереж, розроблення нових методів дослідження дефектоутворення та релаксаційних процесів у складних гетероструктурах та нанокристалічних сполуках та встановлення взаємозв’язків між умовами синтезу, структурно-морфологічними та електрофізичними властивостями; вивчення особливостей структури та морфології композитних систем на основі ультрадисперсних гідроксиду нікелю, оксидів і сульфідів молібдену та вуглецевих наноматеріалів за допомогою нових та вдосконалених методів Х- променевої дифрактометрії та атомно-силової мікроскопі.

Результати роботи можуть бути поширені на суміжні галузі науки, такі як біофізика, охорона навколишнього середовища та медицина, будівельне матеріалознавство

Мета, основні завдання та їх актуальність:

Метою роботи є розробка нових методів неруйнуючої структурно-чутливої Х-променевої дифрактометрії та зондової мікроскопії для діагностики та дослідження структурних змін у складних за кристалічною будовою твердих розчинах, тонких плівках та багатошарових нанорозмірних системах, а також у приповерхневих шарах напівпровідників, підданих зовнішнім впливам, зокрема:

  1. розробка інтелектуальний метод просторової високороздільної діагностики параметрів функціональних плівкових та приладних структур із використанням комплексу взаємоузгоджених методів Х-променевої дифрактометрії та зондової мікроскопії й сучасних алгоритмів збору та аналізу даних з використанням комп’ютерного глибинного навчання й штучних нейронних мереж;
  2. Х-променева дифрактометрія та електронно-растрова мікроскопія релаксаційних процесів та їх вплив на структурні, електричні, оптичні, фотоелектричні та магнітні властивості кристалів, тонких плівок та бар’єрних структур;
  3. встановлення механізмів структурних перетворень після опромінення іонами кристалів телуриду кадмію та епітаксійних структур залізо-іттрієвих гранатів через вибір відповідних моделей дефектної структури, що містять кілька типів домінуючих мікродефектів;
  4. визначення особливостей впливу різних добавок і їх комплексів на формування гідратних фаз і мікроструктури полікристалічних сумішей різного складу;
  5. удосконалення методів  синтезу та легування наночастинок кадмій телуриду йонами Mn, Zn та Hg для розширення діапазону їх фотолюмінесценції і уможливлює використання в оптичних перетворювачах та дисплейних системах;
  6. розробка методів одержання функціональних матеріалів на основі наночастинок, які містять одночасно металеву та напівпровідникову частину;
  7. встановлення впливу умов синтезу (температурні режими карбонізації та активації, концентрація активаційного агента) на морфологічні характеристики вуглецевих матеріалів;
  8. з’ясування впливу структурно-морфологічних (розподіл пор за розмірами, величина питомої площі поверхні) та електрофізичних (питома провідність, величини потенціалу пласких зон, концентрація носіїв) властивостей на питому ємність електродів електрохімічних конденсаторів з виділенням домінуючих механізмів накопичення заряду.


«Особливості Х-променевої діагностики наноструктурної релаксації і дефектоутворення в складних за кристалічною будовою гетеросистемах, тонких плівках та нанокомпозитах». Термін виконання – 2021-2023. (№ д/р: 0121U112391); Керівник – проф. Маслянчук О. Л. (№14-810). Обсяг фінанс.: 3 600 000 грн.

АНОТАЦІЯ

Проєкт направлений на розв’язання проривного для світової практики завдання – розроблення концепції багаторівневого підходу до створення нових методів неруйнуючої Х-променевої діагностики релаксаційних процесів та дефектоутворення в складних за кристалічною будовою сполуках, тонких плівках, нанокомпозитах та багатошарових нанорозмірних системах. Передбачається: подальший розвиток теорії розсіяння Х-променів та електронів у складних халькогенідних системах, металоплівкових залізовмістних сполуках; створення експрес методів рентгено-фазового та кореляційно-оптичного аналізу для визначення хімічного складу ультрависокоміцних композитів; вивчення структури, будови кристалічних сполук, в т.ч. біологічних, за допомогою нових та вдосконалених методів електронно-растрової та атомно-силової мікроскопії; удосконалення технології одержання гетероструктур на основі CdTe та виготовлення високочутливих детекторів Х- і -випромінювання з високою енергетичною і координатною роздільною здатністю.

Отримані результати знайдуть своє практичне застосування у різних галузях, зокрема, у сферах спеціального застосування: у пристроях митного контролю та системах безпеки.

Мета, основні завдання та їх актуальність:

Метою роботи є розробка концепції багаторівневого підходу до створення нових методів неруйнуючої структурно-чутливої Х-променевої діагностики структурних змін у складних за кристалічною будовою твердих розчинах, тонких плівках та багатошарових нанорозмірних системах, а також у приповерхневих шарах напівпровідників, підданих зовнішнім впливам з метою:

  1. пошуку, вдосконаленні і реалізації методів одержання кристалів, тонких плівок та наноматеріалів;
  2. встановлення кореляції між методами обробки поверхні кристалів, що передують нанесенню електричних контактів, та структурними змінами та релаксаційними процесами на границях розділу з метою формулювання рекомендацій щодо оптимальних умов отримання гетероструктур, що можуть бути застосовані як детектори Х- і -випромінювання;
  3. встановлення фізичних механізмів формування деформаційного стану в надграткових структурах та його впливу на поляризаційні поля і оптичні властивості цих систем;
  4. створення нових методів та програмних засобів для комп’ютеризованих інформаційно-вимірювальних систем, які використовують багаторівневий підхід і призначені для підвищення точності та швидкодії обробки електронно-дифракційних та Х-променевих сигналів.


«Характеризація порушень структури кристалів та полікристалічних біологічних шарів методами реконструкції їх дифракційних та томографічних зображень». Термін виконання – 2020–2022. (№ д/р: 0120U102122); Керівник – Борча М.Д. (№14-809)  Обсяг фінанс.: 3 000 000 грн.

АНОТАЦІЯ

Проект відноситься до сфери променевих (Х-променевих, електроно-дифракційних, оптичних) технологій і спрямований на:

  1. розробку системи структурної діагностики кристалічних систем та полікристалічних біологічних шарів методами дифракції Х-променів і електронів та оптичної томографії;
  2. розробку низки багаторівневих методик, які дають змогу отримати кількісні параметри слабких структурних порушень кристалічних систем та фазової неоднорідності біологічних об’єктів оптичними, Х-променево- та електронно-дифракційними методами з використанням засобів штучного інтелекту;
  3. встановлення закономірностей взаємодії високо-енергетичних випромінювань з кристалічними системами з метою визначення параметрів структурних порушень і фазової неоднорідності, у тому числі і в патологічно змінених біологічних кристалічних шарах.

Будуть розроблені оригінальні багаторівневі методи та алгоритми реконструкції структури кристалів та біологічних полікристалічних шарів, а також їх відтворення (2D та 3D візуалізації) у різних масштабах їх геометричних розмірів. Це підвищить ступінь достовірності діагностики структурних порушень різного походження.

Мета і завдання, на вирішення яких спрямовано проект:

Встановлення загальних принципів і механізмів формування Х-променево і електронно-дифракційних та оптично- томографічних зображень з метою кількісної ідентифікації структурних порушень у кристалічних зразках та фазової однорідності нормальних і патологічно змінених біологічних об’єктів; створення нових Х-променевих фракталометричних методів (у межах статистичного, фрактального і багаторівневого підходів, а також із застосування штучних нейронних мереж та генетичних алгоритмів) структурної діагностики досліджуваних зразків. Для цього вирішуватимуться такі завдання:

  1. Розробити теоретичні основи багаторівневого оброблення сигналів, що забезпечують реалізацію ефективних методів фільтрації, апроксимації, локального оброблення і аналізу сигналів та зображень.
  2. Розробити метод обчислення усереднених профілів зображень шляхом їх декомпозиції і синтезу; дослідити існуючі методи апроксимації сигналів, розробити високоточні методи їх багаторівневої апроксимації.
  3. Дослідити існуючі методи підвищення візуальної якості зображень, розробити швидкодійний метод підвищення локального контрасту та видалення неоднорідного фону зображень ісигналів.
  4. Розробити високоточні методи оброблення сигналів, які призначені для суміщення зображень за допомогою генетичних алгоритмів та аналізу параметрів сигналів за допомогою штучних нейронних мереж.
  5. Підвищити стійкість до шумів методу Хафа при детектуванні просторового положення об’єктів на зображеннях, удосконалити існуючі методи фільтрації зображень з метою зменшення розмиття контурів.
  6. Розробити високоточні методи розв’язання оберненої задачі при обчисленні параметрів досліджуваних зразків на основі експериментальних сигналів, виконати програмну реалізацію й апробацію розроблених методів.
  7. Розвинути методику вейвлет-аналізу для диференціації розподілів мап деполяризації і дифузних томограм полікристалічної структури біологічних тканин.

ЗАВЕРШЕНІ НАУКОВО-ДОСЛІДНІ РОБОТИ:

«Нові підходи у розвитку структурно-чутливої Х-променевої спектрометрії та дифрактометрії складних кристалічних сполук, тонкоплівкових та нанорозмірних шаруватих систем». Термін виконання – 2019-2021. (№ д/р: 0119U100731); Керівник – проф. Фодчук І.М. (№14-808). Обсяг фінанс.: 1 620 000 грн.

АНОТАЦІЯ

У проекті буде розроблена на новому рівні концепція багаторівневого підходу до створення нових методів неруйнуючої структурно-чутливої Х-променевої діагностики складних за кристалічною будовою твердих розчинів, тонких плівок та багатошарових нанорозмірних систем, а також отримають подальший розвиток нові підходи адекватного опису розсіяння Х-променів у складних кристалічних сполуках на основі кінематичної та модифікованої узагальненої динамічної теорії, що підвищить однозначність встановлення взаємозв’язку між трансформаціями тонкої структури дво- та багатохвильових областей розсіяння Х хвиль (електронів) та дефектною системою, що містить утворення комплексів із різних типів кластерних утворень (мікродефектів) та високих концентрацій дислокацій.

Мета і завдання, на вирішення яких спрямовано проект:

Розробка на новому рівні концепції багаторівневого підходу до створення нових методів неруйнуючої структурно-чутливої Х-променевої діагностики структурних змін у складних за кристалічною будовою твердих розчинах, тонких плівках та багатошарових нанорозмірних системах, а також у приповерхневих шарах напівпровідників, підданих зовнішнім впливам з метою:

  1. встановлення фізичних механізмів формування деформаційного стану в надграткових структурах та його впливу на поляризаційні поля і оптичні властивості цих систем;
  2. аналізу карт оберненого простору для розорієнтованих поверхонь, а також адаптація принципово нових можливостей високороздільної Х-променевої спектроскопії із застосуванням характеристичного та синхротронного випромінювання для дослідження розподілів напруг у багатошарових системах (БШС) та нанопористих структурах;
  3. створення нових методів та програмних засобів для комп’ютеризованих інформаційно-вимірювальних систем, які використовують багаторівневий підхід і призначені для підвищення точності та швидкодії обробки електронно-дифракційних та Х-променевих сигналів.
  4. створення нових оригінальних методик кількісної оцінки структурної неоднорідності кристалічних сполук, а також характеру структурних змін (розподілів деформацій), отриманих при дії різних зовнішніх чинників при використанні методів Х променевої багатохвильової дифрактометрії (методу Реннінгера) та дифракції повільних електронів на відбивання (методу Кікучі);
  5. розробка нових програмних продуктів (алгоритми та відповідне програмне забезпечення) для обробки даних експериментів у випадку реалізації різних схем дифракції Х-променів, які дозволять виявити структурні зміни у кристалах, підданих зовнішньому впливу (атермічним процесам мікрохвильового випромінювання, швидкій термічній обробці та іонізуючій радіації);
  6. прецизійне визначення змін параметрів гратки і кількісний опис структурних порушень у кристалічних матеріалах розподілу внутрішніх напруг, параметрів точкових і об’ємних дефектів за допомогою методів багатокристальної високороздільної дифрактометрії Х-променів та методів електронно-растрової мікроскопії;
  7. розробка теоретичних основ багаторівневої обробки експериментальних Х-променевих та електронних сигналів, що містять концепцію обчислення й аналізу додаткових рівнів сигналів, забезпечують реалізацію ефективних методів фільтрації, апроксимації, локальної обробки і аналізу сигналів з використанням засобів штучного інтелекту, які призначені для суміщення зображень за допомогою генетичних алгоритмів та аналізу параметрів сигналів за допомогою штучних нейронних мереж;
  8. встановлення механізмів структурних перетворень після опромінення іонами кристалів телуриду кадмію та епітаксійних структур залізо-іттрієвих гранатів через вибір відповідних моделей дефектної структури, що містять кілька типів домінуючих мікродефектів та певним чином розподілений порушений поверхневий шар;
  9. розробка та обґрунтування теоретичної моделі дослідження морфології поверхні кристалів CdTe та її вплив на явища переносу заряду і механізми детектування Х- і γ-випромінювання;
  10. дослідження деформаційного стану короткоперіодних AlGaN/GaN надграток при різних співвідношеннях товщини бар’єр/яма та встановлення ролі деформацій у формуванні фізичних властивостей НГ, зокрема величини спонтанної та наведеної поляризації;
  11. визначення особливостей релаксації напружень в GaN/AlN надгратках, вирощених на GaN (0001) поверхнях, методами ВРХД і AСM.


«Х-променево-оптична томографія полікристалічних мереж біологічних шарів». Термін виконання – 2017–2019; ( д/р: 0117U001149); Керівник – Борча М. Д. (№ 14.807). Обсяг фінанс.: 1 200 000 грн.

АНОТАЦІЯ

Проект відноситься до сфери Х-променево-оптичних технологій і спрямований на:

  1. розробку системи Х-променево-оптичної томографії (ХПОТ) полікристалічних мереж біологічних шарів;
  2. розробку низки методик виявлення слабких структурних порушень біологічних систем та фазової неоднорідності біологічних об’єктів оптичними та Х-променевими дифракційними методами;
  3. встановлення загальних принципів і механізмів процесів взаємодії Х-променів з біологічними системами з метою ідентифікації структурних порушень у полікристалічних мережах біологічних шарів і фазової неоднорідності нормальних і патологічно змінених біологічних об’єктів.

Шляхом комплексного статистичного та фрактального аналізу механізмів формування поляризаційно-неоднорідних лазерних та Х-променево топографічних зображень, перетворених оптико-анізотропними полікристалічними біологічними шарами будуть розроблені оригінальні методи та алгоритми відтворення (2D та 3D візуалізації) структури біологічних полікристалічних мереж у різних масштабах їх геометричних розмірів. На цій основі будуть вперше сформульовані об’єктивні критерії діагностики різних патологічних станів (запалення, передрак, рак) органів людини.

Мета і завдання, на вирішення яких спрямовано проект:

Мета: Встановлення загальних принципів і механізмів формування Х-променевих томографічних зображень з метою ідентифікації структурних порушень фазової однорідності нормальних і патологічно змінених біологічних об’єктів; створення нових Х-променевих фракталометричних методів (у межах статистичного і фрактального підходів) діагностики медико-біологічних об’єктів при різних патологіях та впливах.

Завдання:

  1. Дослідження впливу різноманітних факторів на формування томографічних зображень.
  • Комплексне теоретичне та експериментальне дослідження можливостей статистичного, кореляційного і фрактального аналізу проявів лінійного і циркулярного двопроменезаломлення біологічних тканин органів людини.
  • Дослідження взаємозв’язку впливу зміни планарної густини нормальних та патологічно змінених біологічних об’єктів на інтенсивність, період та контрастність Х-променевої картини.
  • Пошук зв’язку між статистичними і фрактальними параметрами, які характеризують координатні розподіли значень параметрів вектора Стокса лазерних зображень біологічних шарів, та поляризаційно-відтвореними розподілами напрямів оптичних осей і фазових зсувів оптико – анізотропної полікристалічної мережі.
  1. Реконструкція Х-променевих та оптичних томографічних зображень
  • Встановлення та обґрунтування нових принципів Х-променево-оптичної томографії полікристалічних мереж біологічних шарів;
  • Розробка нових методик цифрової обробки томографічних зображень на основі вейвлет-аналізу
  • Розробка статистичних і фрактальних методів відтворення Х-променевих та оптичних зображень біологічних та медичних обєктів, зміни яких  зумовлені патологією різної важкості.
  • Розробка нових алгоритмів комп’ютерного моделювання процесів взаємодії Х-променів з біологічними системами.
  1. Створення комплексної системи Х-променево-оптичної томографії.
  • Розробка принципів побудови та функціонування комплексної системи Х-променево-оптичної томографії гістологічних зрізів препаратів біологічних тканин органів людини
  • Розробка нових Х-променевих методів діагностики внутрішньої структури слабопоглинаючих об’єктів шляхом застосування фазочутливих методів підсилення контрасту.
  • Реалізація на практиці принципів Х-променево-оптичної томографії полікристалічних мереж біологічних шарів для ранньої діагностики різноманітної патології організму людини.


«Структурні та електрофізичні характеристики напівізолюючих кристалів матеріалів АІІВVI (CdTe, Cd1-хHgхTe, Cd1-хZnхTe) після впливу зовнішніх чинників». Термін виконання – 2016–2018; (№ д/р: 0116U001451); Керівник – проф. Фодчук І. М. (№14-806). Обсяг фінанс.: 1 514 000 грн.

АНОТАЦІЯ

Проект направлений на створення комплексу нових експериментальних та теоретичних підходів неруйнуючої Х-променевої структурної діагностики складних за будовою низькоом-них та напівізолюючих твердих розчинів та тонких плівок на основі CdTe (Cd1 xZnxTe, Cd1 xMnxTe), зокрема: нових методів адекватного опису  розсіяння Х променів у складних кри-сталічних сполуках на основі модифікованої узагальненої динамічної теорії; встановлення взаємозв’язку між трансформаціями тонкої структури дво- та багатохвильових областей розсі-яння Х хвиль (електронів) та порушеннями стехіометричних співвідношень основних компо-нент, характером формування комплексів із точкових та об’ємних дефектів; виявлення особ-ливостей впливу будови дефектної підсистеми на явища переносу заряду і механізми детекту-вання Х  і γ-випромінювання твердих розчинів; з’ясування механізмів фізичних процесів, що визначають електропровідність та спектральний розподіл ефективності детектування Х  і γ-випромінювання кристалів CdTe з омічними контактами і бар’єрами Шотткі; дослідження ате-рмічних впливів та опромінення γ-випромінюванням на кількісні зміни концентрацій точко-вих і об’ємних дефектів та ступінь структурної однорідності та досконалості матеріалів.

Мета і завдання, на вирішення яких спрямовано проект:

Створення комплексу нових експериментальних та теоретичних підходів неруйнуючої Х-променевої структурної діагностики складних за будовою низькоомних та напівізолюючих твердих розчинів та тонких плівок на основі CdTe (Cd1-xZnxTe, Cd1-xMnxTe) для з’ясування осо-бливостей впливу дефектної структури на механізми фізичних процесів, що визначають елект-ропровідність напівізолюючих кристалів CdTe і твердих розчинів на його основі (а також тон-ких плівок на цих матеріалах) та спектральний розподіл ефективності детектування Х  і γ-випромінювання.

Завдання:

  1. створення нових оригінальних методик кількісної оцінки структурної неоднорідності кристалів CdTe та твердих розчинах на його основі, а також характеру структурних змін (розподілів деформацій), отриманих при дії різних зовнішніх чинників з використанням методів Х променевої багатохвильової дифрактометрії (методу Реннінгера) та дифракції повільних електронів на відбивання (методу Кікучі);
  2. розробка нових програмних продуктів (алгоритми та відповідне програмне забезпечен-ня) для обробки даних експериментів у випадку реалізації різних схем дифракції Х променів, які дозволять виявити структурні зміни у кристалах, підданих зовнішньому впливові (атермічним процесам мікрохвильового випромінювання, швидкій термічній обробці та іонізуючій радіації);
  3. прецизійне визначення змін параметрів гратки і кількісний опис структурних порушень у кристалічних матеріалах CdTe:Cl.  CdTe:Zn та CdTe:Mn, розподілу внутрішніх напруг, параметрів точкових і об’ємних дефектів за допомогою методів багатокристальної висо-короздільної дифрактометрії Х-променів та методів електронно-растрової мікроскопії;
  4. дослідження особливостей дефектної підсистеми точкових дефектів низькоомних та на-півізолюючих кристалів CdTe, Cd1-xZnxTe, Cd1-xMnxTe, а також тонких плівок CdTe;
  5. визначення характеристик дефектної мікроструктури досліджуваних кристалів у залеж-ності від особливостей їх виготовлення;
  6. встановлення механізмів структурних перетворень після опромінення іонами кристалів CdTe, епітаксійних структур Cd1-xMnxTe, через вибір відповідних моделей дефектної структури, що містять кілька типів домінуючих мікродефектів та певним чином розподі-леного порушеного поверхневого шару;
  7. дослідження морфології поверхні кристалів CdTe та її вплив на явища переносу заряду і механізми детектування Х і γ- випромінювання;
  8. створення оригінальних алгоритмів та програмного забезпечення для обробки зображень дефектів на Х променевих топограмах (адаптація вейвлет-аналізу для Х променевої топографії);
  9. розробка та обґрунтування теоретичної моделі, яка дозволить розрахувати ефективність детектування Х і γ- променів в залежності від структурних та електрофізичних параме-трів матеріалу.