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:
- 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;
- 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;
- 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;
- визначення особливостей впливу різних добавок і їх комплексів на формування гідратних фаз і мікроструктури полікристалічних сумішей різного складу;
- 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;
- розробка методів одержання функціональних матеріалів на основі наночастинок, які містять одночасно металеву та напівпровідникову частину;
- встановлення впливу умов синтезу (температурні режими карбонізації та активації, концентрація активаційного агента) на морфологічні характеристики вуглецевих матеріалів;
- 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:
- пошуку, вдосконаленні і реалізації методів одержання кристалів, тонких плівок та наноматеріалів;
- 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;
- встановлення фізичних механізмів формування деформаційного стану в надграткових структурах та його впливу на поляризаційні поля і оптичні властивості цих систем;
- 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:
- розробку системи структурної діагностики кристалічних систем та полікристалічних біологічних шарів методами дифракції Х-променів і електронів та оптичної томографії;
- 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;
- 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:
- Розробити теоретичні основи багаторівневого оброблення сигналів, що забезпечують реалізацію ефективних методів фільтрації, апроксимації, локального оброблення і аналізу сигналів та зображень.
- Розробити метод обчислення усереднених профілів зображень шляхом їх декомпозиції і синтезу; дослідити існуючі методи апроксимації сигналів, розробити високоточні методи їх багаторівневої апроксимації.
- Дослідити існуючі методи підвищення візуальної якості зображень, розробити швидкодійний метод підвищення локального контрасту та видалення неоднорідного фону зображень ісигналів.
- Розробити високоточні методи оброблення сигналів, які призначені для суміщення зображень за допомогою генетичних алгоритмів та аналізу параметрів сигналів за допомогою штучних нейронних мереж.
- Підвищити стійкість до шумів методу Хафа при детектуванні просторового положення об’єктів на зображеннях, удосконалити існуючі методи фільтрації зображень з метою зменшення розмиття контурів.
- Розробити високоточні методи розв’язання оберненої задачі при обчисленні параметрів досліджуваних зразків на основі експериментальних сигналів, виконати програмну реалізацію й апробацію розроблених методів.
- 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:
- встановлення фізичних механізмів формування деформаційного стану в надграткових структурах та його впливу на поляризаційні поля і оптичні властивості цих систем;
- 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;
- 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.
- 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);
- 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);
- 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;
- 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;
- 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;
- розробка та обґрунтування теоретичної моделі дослідження морфології поверхні кристалів CdTe та її вплив на явища переносу заряду і механізми детектування Х- і γ-випромінювання;
- 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;
- 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:
- розробку системи Х-променево-оптичної томографії (ХПОТ) полікристалічних мереж біологічних шарів;
- розробку низки методик виявлення слабких структурних порушень біологічних систем та фазової неоднорідності біологічних об’єктів оптичними та Х-променевими дифракційними методами;
- 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:
- 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.
- 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.
- 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:
- 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);
- 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);
- 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;
- дослідження особливостей дефектної підсистеми точкових дефектів низькоомних та на-півізолюючих кристалів CdTe, Cd1-xZnxTe, Cd1-xMnxTe, а також тонких плівок CdTe;
- визначення характеристик дефектної мікроструктури досліджуваних кристалів у залеж-ності від особливостей їх виготовлення;
- 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;
- дослідження морфології поверхні кристалів CdTe та її вплив на явища переносу заряду і механізми детектування Х і γ- випромінювання;
- створення оригінальних алгоритмів та програмного забезпечення для обробки зображень дефектів на Х променевих топограмах (адаптація вейвлет-аналізу для Х променевої топографії);
- розробка та обґрунтування теоретичної моделі, яка дозволить розрахувати ефективність детектування Х і γ- променів в залежності від структурних та електрофізичних параме-трів матеріалу.