Выпускник НГУ разрабатывает эффективный экологически безопасный фоторезистор на основе графена

Разработкой высокочувствительного и экологически безопасного фоторезистора на основе графена с наночастицами титана занимается выпускник магистратуры Новосибирского государственного университета, научный сотрудник лаборатории синтеза новых материалов Института теплофизики им. С.С. Кутателадзе СО РАН Олег Зайцев под руководством заведующего данной лабораторией, старшего преподавателя кафедры общей физики Физического факультета НГУ, доктора физико-математических наук Дмитрия Смовжа. Разрабатываемый ими проект «Создание фоторезистора на основе графена» при поддержке Стартап-студии НГУ вошел в число победителей конкурса Фонда содействия инновациям «Студенческий стартап» Платформы университетского технологического предпринимательства за 2026 год. В рамках своего проекта молодой ученый намерен создать экологически безопасное устройство для реагирования на свет изменением сопротивления в видимом, УФ и инфракрасном диапазонах. Данная разработка найдет широкое применение в качестве встраиваемого элемента в устройствах интернета вещей (IoT), системах «умного дома» и сенсорных устройствах. Прототип фотодетектора для испытаний в реальных условиях будет создан в течение года.

— «В настоящее время на рынке представлены фоторезисторы на основе CdS, содержащих кадмий, запрещенный к распространению на территории евразийского экономического союза (технический регламент ЕАЭС 037/2016). В рамках своего проекта мы разработаем безопасную альтернативу этим устройствам, существующую на текущий момент лишь в рамках отдельных лабораторий и не имеющую промышленных аналогов. Основной упор нами делается на отсутствие в наших фоторезисторах токсичного кадмия, который оказывает негативное воздействие на здоровье человека. Важно, что по техническим характеристикам наш фоторезистор сопоставим с имеющимися фоторезисторами на основе кадмия. Ранее были показаны уникальные сенсорные свойства графена, например, измерение фотопроводимости. Наша цель — создание коммерческого продукта на основе фоторезистивного композита графена и наночастиц, а также оптимизация процесса производства чипов, удовлетворяющих потребности отечественных производств», — рассказал Олег Зайцев.

Тимур Гареев и Олег Зайцев в лаборатории

Фоторезистор — полупроводниковый радиоэлектронный компонент, изменяющий свое электрическое сопротивление в зависимости от интенсивности падающего на него света. Представляет собой элемент электрической цепи, который используется для детектирования изменения уровня освещенности. При облучении его поверхности светом, устройство меняет величину электрического сопротивления.

В рамках проекта будет подготовлен прототип коммерческого устройства и проведены его тестовые испытания. Конечным продуктом станет графеновый фоторезистор, представляющий собой компонент микроэлектроники. Его основное назначение — реагировать на световое излучение изменением своего сопротивления, выступая в роли датчика света. По замыслу ученых устройство будет обладать высокой чувствительностью, быстрым откликом, долговечностью, а также экологической безопасностью благодаря отсутствию кадмия, соответствуя международным стандартам.

В настоящее время получены образцы графена, легированные наночастицами оксида титана. Выпущено несколько публикаций, в которых описана зависимость фоточувствительных свойств от структуры данного композитного материала.

При создании образцов исследователи использовали отработанную технологию CVD-синтеза графена (химическое осаждение паровой фазы), что позволило получить малослойный графен на медной подложке с высокой степенью воспроизводимости характеристик, таких, как однородность покрытия и дефектность. Также была применена технология магнетронного напыления для легирования графена наночастицами оксида титана, с последующим их окислением на воздухе, что критически важно для модификации его свойств.

— «Данные образцы уже показывают отклик на изменение света. Наша дальнейшая работа будет направлена на улучшение фоточувствительных характеристик и упаковку продукта в конечный доступный для покупателя вид. Этой работой мы займемся в рамках гранта «Студенческий стартап», — пояснил Олег Зайцев.

В ближайшее время участники проекта намерены приступить к маркетинговым исследованиям и проверке своей гипотезы о необходимости присутствия на рынке экологической альтернативы фоторезисторам с содержанием кадмия и изучению спроса на разрабатываемый ими продукт. Затем будет составлено техническое задание, которое будет включать в себя характеристики конечного устройства. После этого ученые приступят к поиску платформы для пилотных испытаний и тестовых запусков. При успешном прохождении этого этапа они перейдут к первым коммерческим промышленным поставкам готового продукта непосредственно потребителям.

— «Я настроен оптимистически и не сомневаюсь, что реализуемый нами проект выльется в успешную кампанию. Наша команда, состоящая из молодых ученых, работающих в лаборатории синтеза новых материалов Института теплофизики им. С.С. Кутателадзе СО РАН, имеет все необходимые компетенции для того, чтобы реализовывать данный проект, начиная от подготовки и синтеза графена, до его модификации и тестирования свойств», — сказал Олег Зайцев.

Проект поддержан Фондом содействия инновациям в рамках программы «Студенческий стартап» мероприятия «Платформа университетского технологического предпринимательства» федерального проекта «Технологии».

Фото из архива ИТ СО РАН.

Материал и фото на обложке: Елена Панфило, пресс-служба НГУ