Силиконы благодаря своей высокой гибкости, биоинертности и прекрасным тепло- и электроизоляционным свойствам являются одними из наиболее востребованных полимерных материалов в различных сферах жизнедеятельности человека и наукоёмких технологий. Однако присущие им диэлектрические свойства являются как преимуществом (электроизоляция), так и существенным препятствием в ряде новых приложений (мягкая робототехника, (опто)электроника, нейрохирургия). При этом за последние 5 лет существенно вырос спрос на разнообразные функциональные силиконовые материалы, в частности, на редокс-активные, электропроводящие, люминесцирующие и самозалечивающиеся (self-healing), т.е. полимеры, которые перспективны для создания электрохимических датчиков, сенсоров, светоизлучающих диодов, нейроимплантов и др. В связи с этим молекулярный дизайн новых электроактивных силиконовых материалов и создание на их основе гибких полупроводниковых нанокомпозитов нового поколения представляет собой АКТУАЛЬНОЕ направление исследований.
Настоящий проект ориентирован на создание новых электроактивных силиконовых материалов, содержащих в своей структуре редокс-активные центры (электроактивные звенья или заместители, координационные сшивки типа металл–лиганд) или электропроводящие фрагменты (цепи сопряжённых органических полимеров, проводящие филлеры) при сохранении их гибкости, растяжимости (в идеале прозрачности, а также появлении уникальной способности к самозалечиванию, т.е. свойства восстанавливать свои исходные характеристики при механическом или электрическом повреждении). Основная ФУНДАМЕНТАЛЬНАЯ ЗАДАЧА проекта — макромолекулярный дизайн сополисилоксанов различной архитектуры, модифицированных редокс-активными центрами, а также выявление взаимосвязей структура–свойство для прогнозирования свойств получаемых силиконовых материалов. Основная ПРИКЛАДНАЯ ЗАДАЧА — получение функциональных (электроактивных и электропроводящих) силиконовых материалов, которые могут быть использованы в различных приложениях, в первую очередь, для создания гибких полупроводниковых оптоэлектронных устройств.
НАУЧНАЯ НОВИЗНА предлагаемого проекта заключается в макромолекулярном дизайне и синтезе новых электроактивных материалов за счет модификации силоксановой цепи, а не за счет традиционного применения наполнителей (филлеров). Предполагается создание (i) гибридных сополисилоксанов с поли(3,4-этилендиокситиофеном) с помощью окислительной полимеризации, которая (в отличие от электрохимического подхода) не требует специального оборудования и позволяет получать полимерные пленки бóльшей площади, а не только на электродах ограниченного размера; (ii) нанокомпозитов ферроценилсодержащих сополисилоксанов. Хотя примеры функционализации электропроводящих наполнителей полимерами известны, использование ферроценилсодержащих сополисилоксанов для модификации углеродных нанотрубок предлагается впервые, что позволит не только сохранить редокс-свойства и электропроводность, но существенно улучшить диспергируемость нанотрубок в силиконовой матрице и качество получаемого наноматериала; (iii) электроактивных кобальтоцений-содержащих сополисилоксанов, которые перспективны в качестве электрохромных материалов для «умных» окон; (iv) самозалечивающихся и одновременно люминесцирующих комплексов сополисилоксанов, которые могут использоваться в составе светодиодов в качестве люминофоров; (v) разработка прототипов оптоэлектронных устройств (в первую очередь, гибких светодиодов) на основе А3В5 полупроводников с использованием синтезированных функционализированных силиконовых материалов, которая будет проводится совместно с научной группой проф. И.С. Мухина (СПбАУ). Разрабатываемые гибридные сополисилоксаны будут рассматриваться в качестве вспомогательных (механическая поддержка слоев или наноструктур А3В5 полупроводниковых соединений), так и функциональных слоев (эластичные электроды, люминофоры).