| |
|
|
Руководитель
Колесов Владимир Владимирович
вед. науч. сотр., действительный член Российской академии естественных наук
эл. почта: kvv@cplire.ru
тел.: +7 (495) 629-33-68
|
|
| |
Научные направления
|
| |
-
Применение информационных технологий для передачи, обработки, хранения и защиты информации
|
Руководитель направления
Колесов Владимир Владимирович
вед. науч. сотр., действительный член Российской академии естественных наук
эл. почта: kvv@cplire.ru
тел.: +7 (495) 629-33-68
|
|
Разрабатываются и исследуются информационные технологии на основе динамического хаоса для передачи, обработки, хранения и защиты информации.
На основе нелинейных систем с хаотической динамикой разрабатываются конечномерные порождающие математические алгоритмы для синтеза хаотических кодирующих сигналов с повышенной структурной сложностью. Численными методами анализируется влияние основных параметров порождающего хаотического алгоритма с запаздыванием на статистические, корреляционные, структурные и фрактальные характеристики непериодических псевдослучайных целочисленных и бинарных последовательностей, формируемых алгоритмом. Моделирование проводится с использованием среды программирования Matlab.
Разработанные технологии могут быть применены в широкополосных системах передачи информации, в которых используются сложные сигналы с большой базой, построенные на основе систем с хаотической динамикой. Показано, что цифровые системы передачи информации на основе технологии хаотического расширения спектра и динамической сменой хаотических кодов обладает высокой помехозащищенностью, скрытностью, электромагнитной совместимостью и обеспечивает надежную и конфиденциальную передачу сообщений в условиях сложной электромагнитной обстановки и активных помех.
Результаты измерения отношения сигнал/помеха (Sс/Sп) в дБ на выходе широкополосного приемного устройства в зависимости от соотношения уровней помехи и информационного сигнала на входе приемника (Sп/Sс) для двух видов помехи: узкополосной 1 и широкополосной 2.
На основе разработанных информационных технологий реализованы схемы для маскировки, защиты, хранения, обработки и передачи информации.
|
| |
-
Разработка биотопливных элементов и молекулярных биосенсоров на основе биохимических реакций и электродов с наноуглеродными покрытиями
|
Руководитель направления
Колесов Владимир Владимирович
вед. науч. сотр., действительный член Российской академии естественных наук
эл. почта: kvv@cplire.ru
тел.: +7 (495) 629-33-68
|
|
Исследуются новые направления, связанные с созданием альтернативных источников энергии, на основе биотопливных элементов- устройств, основанных на биологическом материале и производящих в биохимической реакции прямую генерацию электрической энергии при окислении субстратов. Исследовано функционирование микробного биотопливного элемента, окисляющего этанол и глюкозу. Биоэлектрокатализатором являлись интактные клетки бактерий Gluconobacter oxydans и их мембранные фракции. Рассмотрено применение наноуглеродных материалов при создании электродов биотопливных элементов. Экспериментально исследована ячейка биотопливного элемента на основе терморасширенного графита. Рассмотрены особенности использования графена как основы электродов в биотопливных элементах при формировании электродов.
Биохимические каталитические реакции активно используются в различных биосенсорах. Все биосенсоры содержат два основных функциональных блока: биоселективный элемент, использующий различные биологические структуры, и физический преобразователь, трансформирующий концентрационную зависимость в электронный сигнал. Современные нанотехнологии позволяют разрабатывать биосенсоры на основе единичной молекулы белка-фермента.
Биосенсор на основе молекулы фермента глюкозооксидазы, встроенного в зазор между золотыми наноэлектродами.
Исследуются структурные и электрофизические свойства новых нанокомпозитных материалов, таких как терморасширенный графит, пористая никелевая пена, полимерные композиты PEDOT:PSS/графен/нафион для применения их в качестве покрытий электродов соответствующих биотопливных элементов и биосенсоров.
Используется сканирующая электронная микроскопия, рамановская спектроскопия, электронная литография, атомно-силовая микроскопия.
|
| |
-
Разработка и создание малогабаритных энергоемких автономных источников питания долговременного действия на основе нестабильных источников энергии и суперконденсаторов
|
Руководитель направления
Колесов Владимир Владимирович
вед. науч. сотр., действительный член Российской академии естественных наук
эл. почта: kvv@cplire.ru
тел.: +7 (495) 629-33-68
|
|
Разрабатываются и исследуются автономные системы с накоплением энергии для микромощных электронных устройств, которые могут непрерывно преобразовывать в электричество и накапливать различные типы избыточной энергии технологических и природных процессов из окружающей среды: механическую, химическую, биологическую, солнечную, радиочастотную, акустическую, тепловую, радиационную.
Одной из наиболее актуальных проблем в современной науке и промышленности является проблема накопления энергии. Суть проблемы заключается в необходимости обеспечения максимальной удельной мощности энергонакопителя при максимальном удельном запасе энергии. Наиболее перспективными энергонакопителями являются суперконденсаторы (ионисторы), обладающие оптимальным для практического применения
соотношением «плотность энергии- плотность мощности- время зарядки/разрядки»: они могут быть полностью заряжены или разряжены за несколько секунд.
Наращивание емкости суперконденсаторов в первую очередь связано с использованием материалов с очень развитой поверхностью с высокой удельной площадью. Для чего широко используются наноуглеродные материалы. Достаточно перспективным материалом для этих целей является графен и графеноподобные материалы типа терморасширенного графита.
Микрофотография структуры терморасширенного графита на различных масштабах.
Сравнительные исследования электродов суперконденсатора на основе наноуглеродных материалов с высокой удельной поверхностью показали, что на них можно реализовать удельные емкости порядка 200 Ф/г, что является вполне приемлемой величиной для прикладных применений.
|
| |
-
Экспериментальное исследование физических характеристик новых нанокомпозитных материалов на основе полимерных материалов с внедренными наночастицами металлов и их оксидов и влияния на них внешних магнитных и электрических полей
|
Руководитель направления
Фионов Александр Сергеевич
ст. науч. сотр., к.т.н.
эл. почта: asfionov@gmail.com
тел.: +7 (495) 629-33-68
|
|
Разрабатываются методы получения новых структурированных композитных материалов и радиометаматериалов с управляемыми свойствами для телекоммуникационной аппаратуры и информационных технологий. Проводится анализ электрофизических свойств нанокомпозитных материалов в широком диапазоне частот, исследуются коэффициенты отражения и прохождения электромагнитного излучения в широком диапазоне частот 1 МГц – 30 ГГц.
Технологическая карта создания структурированных полимерных эластомеров с магнитным наполнителем в присутствии магнитного поля.
|
| |
-
Экспериментальное исследование физических характеристик новых нанокомпозитных материалов на основе полимерных материалов с внедренными наночастицами металлов и их оксидов и влияния на них внешних магнитных и электрических полей
|
Руководитель направления
Кашин Вадим Валерьевич
науч. сотр., к.ф.-м.н.
эл. почта: vadim_kashin@mail.ru
тел.: +7 (495) 629-33-68
|
|
Разрабатываются наноэлектронные устройства реализующие квантово-размерные эффекты. Стремительное развитие полупроводниковой микроэлектроники и элементной базы для нее уже сейчас привело к созданию элементов субмикронного размера. Дальнейший прогресс микроэлектроники скоро будет возможен только при создании новых элементов с размерами порядка десятков и единиц нанометров. Одной из перспективных ветвей дальнейшего развития электроники является молекулярная электроника и одноэлектроника.
 
Структурная схема молекулярного транзистора и ВАХ одноэлектронного туннельного перехода при малых напряжениях.
При уменьшении размеров электронных устройств в них начинают проявляться качественно новые эффекты, связанные, в частности, с дискретной природой электрического заряда и квантово-волновой природой электронов.
Изучение квантовых эффектов и создание на их основе новых приборов и устройств является одной из первоочередных задач современной физики конденсированного состояния. На основе планарной нанотехнологии создаются и исследуются экспериментальные образцы наноэлектронных структур.
|
| |
-
Создание сенсорных пленок на основе Ленгмюр-Блоджетт технологий, исследование их электрофизических свойств и разработка на их основе газовых и биологических датчиков
|
Руководитель направления
Горбачев Илья Андреевич
ст. науч. сотр., к.х.н.
эл. почта: iliyagor36@gmail.com
тел.: +7 (495) 629-33-68
|
|
Разрабатываются методы получения новых ленгмюровских пленок с включением квантовых точек и биологических объектов для разработки сенсорных покрытий для химических и биологических датчиков. Проводится исследование влияния количества ленгмюровских слоев на сенсорные характеристики создаваемых пленок. При исследовании электрофизических и структурных свойств создаваемых ЛБ-пленок используются методы импедансометрии и атомно-силовой микроскопии.
 
Технология Ленгмюра-Блоджетт для получения мономолекулярных высокоупорядоченных слоев.
|
| |
Основные результаты
|
| |
-
Разработаны и исследованы интегральные наноструктуры, совмещенные с акустическими линиями задержки, что дает возможность разработки акусто-наноэлектронных датчиков с высокой чувствительностью и селективностью. Разработана технология формирования нанопроводов на поверхности пластины ниобата лития. Наноструктура, состоящая из нескольких нанопроводов размером 20 нм x 180 нм, была помещена в центр линии акустической задержки между ВШП. Исследовались вольтамперные характеристики нанопроводов в присутствии акустической волны. Продемонстрировано наличие акусто-электронного эффекта, заключающегося в увлечении электронов пьезоактивной акустической волной и появлении акустоэлектронной эдс, проявляющейся в смещении вольтамперных характеристик.
Публикации:
- Kolesov V.V.,Kuznetsova I.E., Soldatov E.S., Melnikov A.E., Dagesyan S.A. Influence of plate acoustic waves on electronic transport in nanowires// Nanotechnology, 2020, v.31, #14, p.145205
|
| |
-
Методом струйной печати при помощи серебряных чернил были изготовлены встречно-штыревые преобразователи для акустической линии задержки на основе пластины Y-X ниобата лития для диапазона частот от 1 до 14 МГц. Были исследованы морфологические, структурные и электрофизические характеристики в зависимости от температуры спекания полученных электродов. Показано, что традиционная струйная печать может заменить сложный фотолитографический метод изготовления встречно-штыревых преобразователей для акустических линий задержки, работающих до 14 МГц. Полученные электродные структуры позволяют эффективно возбуждать акустические волны с высоким значением коэффициента электромеханической связи в пьезоэлектрических пластинах.
Публикации:
- Kuznetsova I.E., Smirnov A.V., Ansimkin V.I., Gubin S.P., Signoria M.-A., Francioso L., Kondoh J., Kolesov V.V. Inkjet printing of plate acoustic wave devices // Sensors, 2020, v.20, p.3349
|
| |
-
Методом конечных элементов проведено моделирование фрактальной ректенны с центральной частотой 5 ГГц. Построены диаграммы направленности. Проведено сравнение результатов моделирования с образцом реальной антенны, созданной на основании расчётов. Показана возможность использования разработанной фрактальной ректенны для сбора электромагнитной энергии Wi-Fi сетей нового поколения.
Публикации:
- Smirnov A.V., Gorbachev I.A., Gorbunova A.V., Fionov A.S., Kolesov V.V.,Kuznetsova I.E. Fractal rectenna for collecting energy in the Wi-Fi range //Radioelektronika, Nanosystemy, Informacionnye Tehnologii, 2020, v.12, #3, pp.313-318
|
| |
|
| |
-
Усовершенствована технология получения двусторонних гибких пьезоэлектрических структур на основе пьезоэлектрических пленок ZnO и различных гибких материалов. Исследованы структурные свойства пленок ZnO, нанесенных на различные подложки (кремний (a), ITO стекло (b), сапфир (c) и каптон(d)). Измерен пьезомодуль полученной пленки. Полученные структуры применены для создания вибро-пьезо-преобразователя, который генерирует переменное напряжение около 35 мВ.
Публикации:
- E. Golovanov, V. Kolesov, V. Osipenko, V. Anisimkin, I. Kuznetsova. ZnO piezoelectric films for acoustoelectronic and microenergetic applications. Coatings, 2022, v.12, 709
|
| |
-
Исследовано влияние дополнительного терморасширения графита (ТМРГ) на электрохимические свойства биосенсоров на основе мембранных фракций уксуснокислых бактерий Gluconobacter oxydans. Для исследования использовали рамановскую спектроскопию, сканирующую электронную микроскопию и электрохимический анализ. Спектры КР показали, что образование ТМРГ привело к его расслоению на более мелкие частицы и более упорядоченной слоистой структуре с высокой степенью «графенизации». Модификация ТРГ приводила к образованию дополнительных полостей, в которые могли иммобилизоваться бактериальные клетки или фракции бактериальных мембран, что положительно влияло на электропроводность биосенсоров Показана возможность разработки безмедиаторных биосенсоров третьего поколения для детекции глюкозы на основе ТМРГ, а также медиаторных биосенсоров второго поколения для детекции глюкозы, этанола и глицерина.
 
Публикации:
- Plekhanova Y., Tarasov S., Kitova A., Kolesov V., Kashin V. , Sundramoorthy A.K., Reshetilov A., Modifcation of thermally expanded graphite and its effect on the properties of amperometric biosensor // 3 Biotech. 2022., V. 12. P. 42.
|
| |
-
На основе нелинейных систем с хаотической динамикой разработаны конечномерные порождающие математические алгоритмы для синтеза хаотических кодирующих сигналов с повышенной структурной сложностью. Проведен анализ структурной и фрактальной сложности псевдослучайных целочисленных и бинарных последовательностей. Показано, что сложные кодирующие сигналы такого типа обладают высокой информационной емкостью и по статистическим, корреляционным и фрактальным свойствам практически совпадают с параметрами случайных последовательностей и могут эффективно использоваться в различных многопользовательских радиотехнических системах, где требуется высокая помехоустойчивость, защита от несанкционированного доступа и криптостойкость.
Публикации:
- Nikita A. Ageykin, Vladimir I. Grachev, Viktor I. Ryabenkov, Vladimir V. Kolesov. Information Technologies Based on Noise-like Signals: I. Discrete Chaotic Algorithms. RENSIT: Radioelectronics. Nanosystems. Information Technologies, 2022, 14(1):47-64
|
| |
-
Численными методами проанализировано влияние основных параметров порождающего хаотического алгоритма с запаздыванием на статистические, корреляционные, структурные и фрактальные характеристики непериодических псевдослучайных целочисленных и бинарных последовательностей, формируемых алгоритмом. Показано, что непериодические псевдослучайные последовательности (ПСП), формируемые хаотическим алгоритмом с запаздыванием, при всех значениях основных параметров обладают хорошими статистическими, корреляционными, структурными и фрактальными характеристиками, близкими к случайным последовательностям независимых испытаний. Показано, что данные характеристики обеспечиваются на длинном цикле ПСП в многомерном фазовом пространстве при всех основных параметрах хаотического алгоритма и произвольном выборе начальных условий. Такие бинарные ПСП достаточно эффективно могут быть применены в телекоммуникационных системах, использующих поточное кодирование больших блоков информационных сообщений с точки зрения скрытности, помехоустойчивости и криптостойкости канала связи.
Публикации:
- Vadim V. Kashin, Vladimir I. Grachev, Viktor I. Ryabenkov, Vladimir V. Kolesov. Information Technologies Based on Noise-like Signals: II. Statistical and Fractal Properties of Chaotic Algorithms. RENSIT: Radioelectronics. Nanosystems. Information Technologies, 2022, 14(2):151-164e
|
| |
-
Методом термического разложения диацетата палладия были получены композиционные наноматериалы, представляющие собой палладийсодержащие наночастицы, локализованные в объеме матрицы полиэтилена высокого давления (ПЭВД). Полученные композиты были охарактеризованы методами ПЭМ, РФА и EXAFS. Установлено, что Pd-содержащие наночастицы имеют средний размер 7.0±0.5 nm, состоят из металлической Pd и оксидной PdO2 компонент. Наряду с установлением размеров и состава наночастиц были проведены исследования методом ЭПР. Для всех образцов наблюдается узкие (3÷5 Oe) линии ЭПР при g ≈2.00. Исследование кривых насыщения показало, что спектры ЭПР неоднородно уширены, причём релаксационные свойства неодинаковы для различных спектральных компонент, что приводит к зависимости ширины спектра от мощности микроволнового поля. В первом приближении спектры ЭПР могут быть представлены суммой двух лоренцианов, обусловленными, возможно, парамагнитными центрами в объёме и на поверхности частиц. Увеличение концентрации наночастиц в полимерной матрице приводит к росту среднего размера частиц и уменьшению доли поверхностных центров. Исследованы электрофизические свойства полученных нанокомпозитов, установлены их зависимости от концентрации наполнителя.
Публикации:
- Gleb Yurkov, Yury Koksharov, Alexander Fionov, Nikolai Taratanov, Vladimir Kolesov, Vladislav Kirillov, Mstislav Makeev, Pavel Mikhalev, Dmitriy Ryzhenko and Vitaliy Solodilov, Polymer Nanocomposite Containing Palladium Nanoparticles: Synthesis, Characterization, and Properties, Polymers 2022, 14, 3795
|
| |
-
Исследован процесс формирования ЛБ-матрицы на основе смешанного монослоя арахиновой кислоты и квантовых точек, стабилизированных молекулами триоктилфосфин оксида. Изучено изменение морфологии и физико-химических свойств создаваемых смешанных монослоев в зависимости от мольного соотношения компонентов. Показано, что изменение морфологии монослоев начинает происходить при мольном соотношении компонентов квантовые точки/молекулы арахиновой кислоты 1:24. В смешанном монослое появляются дендримерные структуры с толщиной порядка 30-40 нм. Информация о зависимости морфологии подобных структур от мольного соотношения компонентов необходима при создании упорядоченных двумерных наноструктур, содержащих нульмерные и одномерные объекты на квантовых связях. Подобные наноструктуры могут быть использованы в наноэлектронных и оптоэлектронных устройствах в качестве чувствительного сенсорного элемента.
Публикации:
- Gorbachev I., Smirnov A., Glukhovskoy E., Kolesov V., Ivanov G., Kuznetsova I. Morphology of mixed Lamgmuir and Langmuir-Schaefer monolayers with covered CdSe/CdS/ZnS quantum dots and arachidic acid// Langmuir, 2021, 37(38), 1405-1413, 10.1021/acs.langmuir.1c02345.
|
| |
Дополнительно
Информация о лаборатории доступна также на сайте labsensors.org
Выполняемые гранты:
1. Проект РНФ 20-19-00708 (2020-2024) Исследование фазовых переходов в жидких средах при помощи акустоэлектронных методов и разработка новых датчиков физических величин на этой основе. Руководитель: Кузнецова И.Е. Основные исполнители: Колесов В.В., Кашин В.В.
2. Проект РНФ-NSFC (Китай) 21-49-00062 (2021-2023) Исследование характеристик жидких суспензий при помощи акустоэлектронных технологий и разработка нового поколения сенсоров. Руководитель: Кузнецова И.Е. Основной исполнитель: Колесов В.В.
3. Проект РФФИ-Итал-т №20-57-7804 «Мультифункциональный Lung-on-Chip с использованием акустоэлектронных элементов для изучения вирусных заболеваний и перепрофилирования антивирусных препаратов» (2021-2023). Руководитель: Анисимкин В.И. Основные исполнители: Колесов В.В., Горбачев И.А.
4. Проект МОН-MOST (Китай) 13.2251.21.0203 (2023-2025) Ключевые технологии исследования и разработки высокоэффективных акустических датчиков жидкости. Руководитель: Кузнецова И.Е. Основной исполнитель: Колесов В.В.
5. Грант Президента РФ для государственной поддержки молодых российских ученых – кандидатов и докторов наук МК-1587.2022.4 (2022-2023) Разработка системы автономного питания и коммуникации для распределенных сенсорных сетей нового поколения Руководитель: Смирнов А.В. Научный консультант: Колесов В.В.
6. Проект РНФ-Москва 22-29-20317 (2022-2023) Исследование сорбционных свойств пленок Ленгмюра-Блоджетт на основе графена и его соединенийакустоэлектронными методами для разработки датчика монооксида и диоксида углерода. Руководитель: Горбачев И.А.
7. Проект РНФ-Москва 22-29-20176 (2022-2023) Структурированные композитные магнитоактивные материалы с управляемыми электрофизическими свойствами. Руководитель: Фионов А.С.
Научная коллаборация:
1. State Key Laboratory of Mechanics and Control of Mechanical Structures, Nanjing University of Aeronautics and Astronautics (SKL MCMS NUAA), Nanging, China — Prof. Zhenghua Qian
2. Department of Physics, Faculty of Hydraulic Engineering, University of Architecture, Civil Engineering and Geodesy (UACEG), Sofia, Bulgaria – Dr. George Ivanov
3. Multifunctional Devices Design and Characterization Laboratory, Institute for Microelectronics and Microsystems of CNR (CNR-MMM), Lecce, Italy – Dr. Maria Assunta Signore, Dr. Luca Francioso.
4. ФГБНУ «Научно-исследовательский институт по изысканию новых антибиотиков имени Г.Ф. Гаузе» (НИИНА) – д.б.н. Л.М. Краснопольская
5. НИИ Пульманологии ФМБА России – д.м.н. К.А. Зыков
6. ФГБУН Институт биохимии и физиологии микроорганизмов им. Г. К. Скрябина РАН – д.х.н. А.Н. Решетилов
7. Московский государственный университет им. М.В.Ломоносова, физический факультет, лаборатория «Криоэлектроника» – д.ф.-м.н. Е.С.Солдатов
8. Институт синтетических полимерных материалов им. Н.С. Ениколопова РАН, к.х.н. Яблоков М.В.
9. Институт биохимической физики им. Н.М. Эмануэля РАН, к.ф.-м.н. В.Н.Горшенев
10. Московский технологический университет (МИРЭА),Кафедра химии и физики полимеров и полимерных материалов, д.х.н. Е.Э. Потапов
|
