грант Российского научного фонда, проект № 23-29-00345

Руководитель проекта: Печерская Е.А., д-р техн. наук, доцент, зав. кафедрой "Информационно-измерительная техника и метрология"

Коллектив исполнителей: Зинченко Т.О., Карпанин О.В., Голубков П.Е.

Проект направлен на решение научной проблемы отсутствия единого системного описания взаимосвязей факторов, влияющих на параметры функциональных слоев «умных» стекол в зависимости от используемых материалов, методов нанесения, технологических режимов. К основным материалам, используемым в качестве токопроводящего слоя, относятся оксид индия, оксид цинка, оксид кадмия и оксид олова, которые для повышения значения проводимости покрытия легируют примесями.

Для решения данной проблемы коллективом заявленного проекта будут достигнуты следующие новые научные результаты:

–  разработка теоретико-эмпирических моделей взаимосвязи влияющих факторов и свойств тонкопленочных функциональных покрытий; системный подбор оптимальных по технико-экономическим показателям материалов, примесей, режимов для синтеза прозрачных проводящих покрытий с заданными свойствами;

– минимизация погрешностей адекватности предложенных моделей взаимосвязей электрофизических, оптических, морфологических параметров "умных" стекол и функциональных тонкопленочных слоев электрохромных панелей посредством выполнения метрологического анализа (заключается в выявлении причин возникновения методических погрешностей, их формализации, выработке способов минимизации методических погрешностей с целью повышения точности моделей, входящих в состав цифрового двойника технологического процесса);

– новые методики синтеза прозрачных проводящих покрытий посредством предложенной автоматизированной системы; методики оптимизации технологических режимов управляемого синтеза прозрачных проводящих покрытий; методики измерений оптических, морфологических и электрофизических свойств прозрачных проводящих покрытий;

– уникальное программное обеспечение для управления основными технологическими режимами, базы знаний свойств экспериментальных образцов, синтезированных из различных материалов (диоксида олова, легированного сурьмой и фтором; оксида цинка, легированного алюминием и галлием, оксида индия, легированного оловом, оксида галлия, легированного индием и оловом), и полученных при различных технологических режимах нанесения;

– фундаментальные основы цифрового двойника процесса управляемого синтеза функциональных тонкопленочных покрытий методом спрей-пиролиза, включая разработанные модели, алгоритмы, методики;

– цифровой двойник процесса управляемого синтеза функциональных тонкопленочных покрытий методом спрей-пиролиза. В его состав будет входить совокупность моделей взаимосвязи влияющих факторов и свойств тонкопленочных функциональных покрытий; методов получения функциональных тонкопленочных покрытий; методик синтеза прозрачных проводящих покрытий посредством модернизированной автоматизированной установки; методик оптимизации технологических режимов управляемого синтеза прозрачных проводящих покрытий; методик измерений параметров (электрофизических, оптических) прозрачных проводящих покрытий.
Полученные новые результаты будут соответствовать современному мировому научно-техническому уровню, что способствует повышению эффективности технологии получения покрытий с заданными свойствами вследствие сокращения времени отработки техпроцесса посредством его моделирования, минимизации ошибок и погрешностей (до 0,5 %) при достижении требуемых параметров качества и надежности покрытий.

Цель исследования – разработка фундаментальных основ цифрового двойника автоматизированного процесса синтеза функциональных прозрачных проводящих покрытий с заданными свойствами методом спрей-пиролиза.

Задачи проекта:
В совокупности задачи проекта направлены на формирование единой методологии  управляемого  синтеза прозрачных проводящих, что способствует решению фундаментальной проблемы отсутствия единого системного описания взаимосвязей факторов, влияющих на параметры функциональных проводящих слоев (полученных из различных материалов, различными методами, при различных технологических режимах) и способствует созданию умных стекол, элементов функциональной электроники, обладающих конкурентоспособными преимуществами (по технико-экономическим показателям) на мировом рынке.

Ожидаемые результаты проекта:
1. Модели взаимосвязей электрофизических, оптических, морфологических параметров умных стекол на основе фундаментальных физико-химических закономерностей; модели взаимосвязи функциональных тонкопленочных слоев электрохромных панелей (в том числе, моделирование времени переключения, прозрачности, тока переключения, параметров надежности).
2. Метрологический анализ предложенных моделей взаимосвязей электрофизических, оптических, морфологических параметров умных стекол и функциональных тонкопленочных слоев электрохромных панелей. Выявление причин возникновения методических погрешностей, их формализация, разработка способов минимизации методических погрешностей.
3. Модели взаимосвязи электрофизических, оптических, морфологических свойств прозрачных проводящих покрытий и технологических параметров, которые будут разработаны на основе методологии системного анализа, теории графов, что позволит оптимизировать технологические режимы по заданным критериям.
4. Методика оптимизации параметров умных стекол по критерию максимальной эффективности, позволяющая рассчитать оптимальную толщину слоя прозрачного проводящего покрытия.
5. Методики оптимизации и алгоритмы синтеза тонкопленочных прозрачных проводящих покрытий с заданными  свойствами методом спрей - пиролиза на основе разработанных  моделей взаимосвязи электрофизических, оптических, морфологических свойств прозрачных проводящих покрытий и технологических параметров.
6. Модернизированный макет автоматизированной  системы синтеза тонкопленочных прозрачных проводящих покрытий методом спрей-пиролиза с учетом требований, выявленных в процессе оптимизации методик и алгоритмов.
7. Методики автоматизированных измерений электрофизических, оптических параметров прозрачных проводящих покрытий.
8. Базы знаний свойств экспериментальных образцов, синтезированных из различных материалов (диоксида олова, легированного сурьмой и фтором; оксида цинка, легированного алюминием и галлием, оксида индия, легированного оловом, оксида галлия, легированного индием и оловом), и полученных при различных технологических режимах.
9. Теоретико-эмпирические модели, описывающие оптические, электрофизические  свойства прозрачных проводящих покрытий, созданных из различных материалов, при различных технологических режимах и  анализ их адекватности.
10. Фундаментальные основы цифрового двойника процесса управляемого синтеза функциональных тонкопленочных покрытий методом спрей-пиролиза.

Область применения. Достигнутые результаты могут быть практически использованы  при управляемом синтезе функциональных слоев в технологических процессах изготовления "умных" стекол, солнечных элементов; в научно-исследовательских организациях, на промышленных предприятиях, занимающихся созданием прозрачных проводящих покрытий, электрохромных панелей, солнечных элементов с повышенными значениями КПД.