Облаcть научных интересов: ионно-плазменные процессы и технологии формирования пленочных покрытий и тонких фольг, структура и физические свойства получаемых материалов.
Соавтор более 50 научных работ в области радиационной физики твердого тела, астрофизики, синтезу сверхпроводящих покрытий а также области ионно-плазменного синтеза новых сплавов и материалов, а также соавтора свыше 20 патентов РК и РФ.
Окончил инженерно-физическое отделение Восточно-Казахстанского Государственного Университета Казахского государственного университета в 2002 году. Затем в 2004 году окончил магистратуру Восточно-Казахстанского университета им. Д.Серикбаева. По завершению обучения в университете устроился на работу в Институт ядерной физики. В 2010 году защитил кандидатскую диссертацию на тему «Размерный эффект при формировании нитридов титана и ниобия» по специальности 01.04.07 – физика конденсированного состояния. Свою научную деятельность в институте начинал с должности лаборанта лаборатории ионно-плазменных технологий, в настоящее время является заведующим лаборатории ионно-плазменных технологий Института ядерной физики. Награжден издательством Springer Казахстан за публикации «Springer Top Author» в 2017 году.
подробнее
История создания
Лаборатория создана в 1998 году. Численный состав лаборатории – 12 человек, из них Лаборатория оснащена ионно-плазменными установками с магнетронами оригинальной конструкции, двумя вакуумными печами, шестью компьютерами и другим оборудованием для проведения научных и технологических работ.
Исследовательские работы по ионно-плазменному формированию покрытий были начаты в средине 90-х годов в лаборатории ионной имплантации металлов Института ядерной физики Национального ядерного центра Республики под руководством Тулеушева А.Ж. С созданием лаборатории ионно-плазменных технологий (в сентябре 1999г.) исследованиям, испытаниям и конструкторским разработкам для реализации плазменных технологий был придан дополнительный импульс. Причем, если вначале становления лаборатории выполняемые исследования носили выраженный прикладной характер применительно к проблеме сильноточных сверхпроводников гелиевого уровня температур, то в последние годы преобладающими стали исследования структуры и механизма образования плазменно-сформированных наноразмерными частицами материалов - приоритетного направления современной физики конденсированного состояния. Физические свойства полученных таким образом систем значительно отличаются от свойств массивных образцов - понижается температура плавления, увеличиваются интервалы растворимости в ограниченно растворимых системах, изменяются структурно-зависимые свойства.
Основные направления исследований
BR18574073 Разработка и развитие новых инновационных устройств, материалов и наукоемких технологий для внедрения и использования водородной энергетики в Казахстане.
BR09158958 Развитие ядерно-физических методов и технологий для инновационной модернизации экономики Казахстана.
BR10965191 Комплексные исследования по ядерной и радиационной физике, физике высоких энергий и космологии для развития конкурентных технологий.
Ранее лабораторией были успешно выполнены проекты грантового финансирования и программно-целевого финансирования.
МНТЦ (2013-2015) «Разработка технологии стабилизации параметров фотоэлектрических преобразователей».
Проект ГФ-2 (2012-2014) «Разработка инновационной ионно-плазменной технологии производства тонкопленочных фотоэлементов на основе аморфного кремния, легированного нанокаплями серебра».
Проект ГФ-4 (2014-2016) «Изучение влияния кристаллических структур дейтеридов металлов на выходы нейтронов в dd-реакциях при ультранизких энергиях».
Международные проекты и сотрудничество
По международному проекту с Белорусским Государственным университетом, г. Минск (Беларусь) «Разработка инновационной технологии получения износостойких и химически стойких покрытий на основе тройных и четверных нитридных систем вольфрама, молибдена, циркония, алюминия и тантала»
В рамках проекта грантового финансирования «Разработка инновационной ионно-плазменной технологии производства тонкопленочных фотоэлементов на основе теллурида кадмия с расширенной областью гомогенности» лаборатория активно сотрудничала с Государственным инженерным университетом Армении, г. Ереван
Краткое описание работ, ведущихся в лаборатории ИПТ
Таким образом, полученные результаты завершенных и продолжающихся исследований свидетельствуют о перспективности и больших возможностях нового направления в области материаловедения – ионно-плазменного формирования материалов и покрытий наночастицами и получения наноструктур.
Понижение температуры плавления малых частиц металлов и расширение границ областей растворимости вследствие влияния размерного фактора особенно привлекательны применительно к сверхпроводящим сплавам, имеющим в своем составе тугоплавкие металлы, такие как ниобий и тантал, и легкоплавкие металлы с низкой температурой кипения – олово, свинец, алюминий, бериллий и др.
Разработанная методика понижения температуры плавления наноразмерных частиц с образованием растворов в пленках впервые позволила проследить механизм образования бинарных сплавов в системах ниобий-олово и ниобий-алюминий вследствие термофлуктуационного плавления компонентов (при температуре менее 150оС) с одновременным увеличением растворимости олова (до 25,5 ат. %) и алюминия (до 32,2 ат. %) в ниобии. Непосредственное получение твердых растворов в процессе напыления – сплавов с концентрацией компонентов, соответствующей стехиометрической для сверхпроводящих интерметаллических соединений – позволило снизить температуры процесса синтеза вследствие исключения диффузии второго компонента в зону реакции.
Термической обработкой твердые растворы преобразованы в интерметаллические соединения, при этом температура синтеза снижена до 400оС для станнида ниобия и 900оС в случае алюминида ниобия. Реализована возможность инициирования реакции образования интерметаллических соединений (на примере Nb3Sn) радиационным воздействием и предложены технологические решения получения сверхпроводящих соединений в пленках, на поверхности и во внутренних слоях.
Непосредственно в процессе напыления получены твердые растворы свинца в переходных металлах (не смешивающихся традиционными способами) с концентрацией, соответствующей стехиометрическому составу интерметаллических соединений Nb3Pb и Ta3Pb (25 ат.% Pb). Термическим инициированием реакции по типу мартенситного превращения синтезированы пленочные покрытия на основе Nb3Pb впервые – новое соединение Ta3Pb со структурой А15. Определены рентгеноструктурные данные для идентификации соединений. Криогенными испытаниями установлено, что критическая температура перехода в сверхпроводящее состояние для Nb3Pb составляет 5,6 К при критической плотности тока 4´108 А×м-2.
Впервые с использованием размерного фактора получены твердые растворы высокой концентрации бериллия в ниобии в интервале до 22,8 ат. % Ве. Исследована их структура в зависимости от концентрации бериллия. Термическим инициированием реакции синтезировано новое интерметаллическое соединение Nb3Be, определены данные для идентификации и температурный интервал существования. Криогенными испытаниями критическая температура перехода в сверхпроводящее состояние найдена равной 10,0 К.
С использованием наноразмерного формирования структур получены пленочные сверхпроводящие композиционные материалы на основе свинца и алюминия, свинца и бериллия. Определена структура и критические характеристики покрытий, в которых свинец представлен кристаллами менее 1000 нм, ориентированными ортогонально поверхности подложки. Криогенными испытаниями установлено увеличение критической плотности тока более чем в 103 раз по сравнению с компактным свинцом, достигающей 3,3´109 А×м2 в покрытиях системы свинец-алюминий и 2,5´108 А×м2 в системе свинец-бериллий, что является следствием увеличения центров пиннинга, которыми являются включения второго металла, введенные в матрицу свинца. Критическая температура перехода в сверхпроводящее состояние оказалась равной в системе свинец-алюминий 5,8-6,9 К, в системе свинец-бериллий – 6,8-7 К при ширине перехода до 2,0 К.
Наноразмерное легирование свинца в покрытиях висмутом (до 40 ат.%) определило образование Pb7Bi3 без инициирования реакции получения интерметаллического соединения. В системе свинец-сурьма обнаружено образование твердых растворов до концентрации 10-11 ат.% сурьмы. Криогенными испытаниями сверхпроводящих покрытий установлено многократное до (1,5-3,0)×109 А×м2 увеличение критической плотности тока и увеличение критической температуры до 8,1 К. Для покрытий свинец-сурьма плотность достигла величины 8,6´109 А×м2 при сохранении критической температуры, равной 6,9 К.
Уменьшение размеров ориентированных ортогонально поверхности носителя кристаллов в свинцовом покрытии до 150-200 нм, обусловленное формированием кластерами наноразмерной величины и сверхбыстрой закалкой (106-107 К/с) привело к увеличению критической плотности тока в 104 раз (6,4´109 А×м2 при толщине 150 нм) по сравнению с компактным свинцом, что явилось следствием увеличения количества центров пиннинга, в качестве которых выступают межзеренные границы, дефекты структуры, обусловленные спецификой процесса напыления и анизотропии свойств.
На основании результатов исследований разработана технологическая схема изготовления сильноточных пленочных сверхпроводников, включающая получение металлов-претендентов, предварительную и финишную подготовку поверхности ленточного носителя, ионно-плазменное формирование сверхпроводящего покрытия и возможное нанесение защитного покрытия из материала носителя. Испытаниями, проведенными на разработанном оборудовании, подтверждена оптимальность технологических параметров. Получены длинномерные образцы пленочного сверхпроводника и электротехнические изделия из него – сверхпроводящие соленоиды, криогенные испытания которых подтвердили высокие критические характеристики пленочных сверхпроводников. Так критическая плотность тока сверхпроводника на основе свинца в изделии достигает (6,13-6,4)´109 A×м-2, что в 104 превышает величину для линейных образцов проволочного свинца. Полученные величины критической силы и плотности тока сопоставимы с аналогичными характеристиками технически применяемых сверхпроводников из Nb3Sn – (1-8)´109 A×м-2 и на порядок превосходят таковые из сплава NbTi – (3-8)´108 A×м-2 .
Разработана ионно-плазменная установка для реализации процесса синтеза.
Для проведения криогенных испытаний разработана криогенная установка на базе крионасоса, работающего по принципу Гиффорда-Мак-Магона, позволяющая проводить измерения криогенных характеристик полученных покрытий вплоть до температуры 12 К. Для проведения измерений зависимости сопротивления от температуры впервые разработана методика регистрации перехода для тонких пленочных образцов. На данную тему получен патент Республики Казахстан.
