Разработка технологии и экспериментального образца аппаратно-программного комплекса для потокового шифрования и расшифрования интерфейса Ethernet 100G

Выполнение работ по теме:
«Разработка технологии и экспериментального образца аппаратно-программного комплекса для потокового шифрования и расшифрования интерфейса Ethernet 100G»

 

В ходе выполнения проекта по Соглашению с Минобрнауки России о предоставлении субсидии от «11» ноября 2015 г. № 14.587.21.0021 в рамках федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014 – 2020 годы» на этапе №1 в период с 11.11.2015 г. по 31.12.2015 г. выполнялись следующие работы:

  • Проведен экспертный анализ современного состояния исследований в предметной области исследований. Выполнен аналитический обзор современной научно-технической, нормативной, методической литературы, затрагивающей научно-техническую проблему, исследуемую в рамках исследований. Выбраны приоритетные направления исследований.
  • Проведены патентные исследования по теме.
  • Разработана конструкторская документация и изготовлена система сканирования образцов наноматериалов, совмещенная с системой модификации поверхности образца и модулем оптического микроскопа.
  • Проведены экспериментальные исследования нанокомпозитных материалов на основе холестерических жидкокристаллических матриц, допированных полупроводниковыми квантовыми точками.
  • Изготовлены нанокомпозитные материалы на основе холестерических жидкокристаллических матриц, допированных полупроводниковыми квантовыми точками.
  •  Разработана процедура пробоподготовки и предварительной характеризации нанокомпозитных материалов на основе холестерических жидкокристаллических матриц, допированных полупроводниковыми квантовыми точками.

При этом были получены следующие результаты:

  • Проведен экспертный анализ современного состояния исследований и выполнен аналитический  обзор более 100 (статей в ведущих журналах, монографий) источников по следующим направлениям исследований: корреляционная микроскопия, сравнение электронной микроскопии и сканирующей зондовой микроскопии (СЗМ), определены преимущества СЗМ, зондово-оптические методики СЗМ и зондовая наноскопия, 3D-технологии в СЗМ - разработка метода сканирующей зондовой нанотомографии. Определены приоритетные направления исследований: объединение различных методов оптической микроскопии и методики сканирующей зондовой нанотомографии в едином приборном комплексе представляет собой наиболее перспективное направление работ по созданию методики 3D наномасштабного мультипараметрического корреляционного анализа оптических, спектральных и морфологических свойств нанообъектов
  • Показано, что объект разработки соответствует современному техническому уровню и является патентоспособным.
  • вания нанокомпозитных материалов на основе холестерических жидкокристаллических матриц, допированных полупроводниковыми квантовыми точками с помощью трех различных методик – поляризационной оптической микроскопии (ПОМ), УМТ, АСМ. Было установлено, что в случае попадания спектра флуоресценции КТ в область селективного отражения ЖК-матрицы, для лево-закрученной холестерической ЖК-спирали левая циркулярно-поляризованная компонента флуоресценции КТ подвержена существенной модуляции.
  • Смесевые нанокомпозитные материалы были приготовлены на основе холестерических матриц с применением различных допантов: фотохромных и хирально-фтохромных. Также льзованы фотополимеризующиеся смеси холестерического типа. Все выбранные для формирования ЖК-матриц вещества позволяли изменять полосу селективного отражения.
  •  Разработанная процедура пробоподготовки и предварительной характеризации нанокомпозитных материалов предназначена для последующих исследований методами оптической и сканирующей зондовой микроскопии и нанотомографии.

Полученные на первом этапе результаты полностью соответствуют поставленным задачам, согласно Плану-графику и Техническому заданию проекта, и будут использованы на следующих этапах выполнения соглашения.

Комиссия Минобрнауки России признала обязательства по Соглашению на отчетном этапе исполненными надлежащим образом.

 

Этап №2

В ходе выполнения проекта по Соглашению с Минобрнауки России о предоставлении субсидии от «11» ноября 2015 г. № 14.587.21.0021 в рамках федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014 – 2020 годы» на этапе №2 в период с 01.01.2016 г. по 31.12.2016 г. выполнялись следующие работы:

  • Разработана конструкторская документация (КД) на модуль конфокального оптического микроскопа с прецизионной системой позиционирования объектива, механически и оптически сопряженной с системой модификации поверхности образца.
  • Разработана КД на измерительный модуль сканирующего зондового микроскопа, адаптированный для высокоразрешающей оптической микроскопии и совмещенный с системой модификации поверхности образца и модулем оптического микроскопа.
  • Разработана КД на блок микропроцессорного управления и универсальное программное обеспечение.
  • Изготовлен модуль конфокального оптического микроскопа с прецизионной системой позиционирования объектива, механически и оптически сопряженной с системой модификации поверхности образца.
  • Разработана КД на систему сканирования оптическим пучком в фокальной плоскости объектива оптического микроскопа.
  • Изготовлен измерительный модуль сканирующего зондового микроскопа, адаптированного для высокоразрешающей оптической микроскопии и совмещенный с системой модификации поверхности образца и модулем оптического микроскопа.
  • Проведены экспериментальные исследования нанокомпозитных материалов на основе полимерных микросфер, допированных полупроводниковыми квантовыми точками.
  • Изготовлен блок микропроцессорного управления и универсальное программное обеспечение.
  • Подготовлена заявка на регистрацию полученных РИД.
  • Проведены работы по сопряжению изготовленных на предыдущих этапах модулей. Проведено тестирование, отладка и калибровка макета экспериментального комплекса для реализации высокоразрешающего многопараметрического корреляционного анализа нанокомпозитных материалов.
  • Проведены экспериментальные исследования нанокомпозитных материалов на основе активных слоев фотовольтаических устройств, представляющих собой многослойные структуры органических полимеров и полупроводниковых квантовых точек.
  • Проведены работы по сопряжению макета экспериментального комплекса с системой сканирования оптическим пучком в фокальной плоскости объектива оптического микроскопа. Тестирование, отладка и калибровка макета экспериментального комплекса для реализации высокоразрешающего многопараметрического корреляционного анализа нанокомпозитных материалов.
  • Проведены экспериментальные исследования тестовых образцов оптических преобразователей на основе полимерных матриц из полиметилметакрилата, полистирола и полисилоксанов содержащих полупроводниковые квантовые точки.
  • Проведена технико-экономическая оценка результатов исследований.
  • Изготовлены нанокомпозитные материалы на основе полимерных микросфер, допированных полупроводниковыми квантовыми точками.
  • Разработана процедура пробоподготовки и предварительной характеризации нанокомпозитных материалов на основе полимерных микросфер, допированных полупроводниковыми квантовыми точками.
  • Изготовлены нанокомпозитные материалы на основе активных слоев фотовольтаических устройств, представляющие собой многослойные структуры органических полимеров и полупроводниковых квантовых точек.
  • Разработана процедура пробоподготовки и предварительной характеризации нанокомпозитных материалов на основе активных слоев фотовольтаических устройств, представляющих собой многослойные структуры органических полимеров и полупроводниковых квантовых точек.
  • Изготовлены тестовые образцы оптических преобразователей на основе полимерных матриц из полиметилметакрилата, полистирола и полисилоксанов содержащих полупроводниковые квантовые точки.
  • Разработана процедура пробоподготовки и предварительной характеризации тестовых образцов оптических преобразователей на основе полимерных матриц из полиметилметакрилата, полистирола и полисилоксанов содержащих полупроводниковые квантовые точки.
  • Проведено общественные мероприятие (семинар, конференция, и т.д.) посвященное демонстрации и популяризации научных результатов и достижений, полученных при выполнении исследований.

 

При этом были получены следующие результаты:

  • КД на модуль конфокального оптического микроскопа с прецизионной системой позиционирования объектива, механически и оптически сопряженной с системой модификации поверхности образца. Прецизионная система позиционирования объектива представляющая собой систему из трех ортогонально соединенных ультранизкопрофильных прецизионных линейных трансляторов закрепленных на станине модуля конфокального оптического микроскопа.
  • КД на измерительный модуль сканирующего зондового микроскопа, адаптированный для высокоразрешающей оптической микроскопии и совмещенный с системой модификации поверхности образца и модулем оптического микроскопа, выполнена в соответствии с нормами ЕСКД.
  • КД на блок микропроцессорного управления и универсальное программное обеспечение выполнена в соответствии с нормами ЕСКД. Блок микропроцессорного управления представляет собой контроллер для управления единым устройством СЗНТ.
  • Модуль конфокального оптического микроскопа с прецизионной системой позиционирования объектива, механически и оптически сопряженной с системой модификации поверхности образца представляет собой собранную в черненом алюминиевом корпусе оптическую схему состоящую из следующих основных компонент: навесной твердотельный лазер, зеркала, блок двухлинзового шестикратного расширителя-коллиматора возбуждающего излучения, оптический НЧ-фильтр, светоделительный кубик и система сопряжения с тринокуляром, прецизионная система позиционирования объектива, блок выходного фокусирующего объектива, монохроматор.
  • КД на систему сканирования оптическим пучком в фокальной плоскости объектива оптического микроскопа выполнена в соответствии с нормами ЕСКД. В основе системы находится XYZ-пьезоэлектрический нанопозиционер с вмонтированным объективом, что также позволяет высокоточную фокусировку объектива вдоль оптической оси Z.
  • Измерительный модуль сканирующего зондового микроскопа адаптирован для высокоразрешающей оптической микроскопии и совмещен с системой модификации поверхности образца и модулем оптического микроскопа.
  • Экспериментальные исследования нанокомпозитных материалов на основе полимерных микросфер, допированных полупроводниковыми квантовыми точками показали значительный вклад нерезонансного переноса энергии от более синих КТ к более красным и требуется существенное увеличения буферного слоя между КТ - значительно больше Ферстеровского радиуса.
  • Блок микропроцессорного управления и универсальное программное обеспечение изготовлены в соответствии с разработанной КД. Блок микропроцессорного управления представляет собой контроллер для управления единым устройством СЗНТ.
  • Подготовлена и подана заявка на регистрацию полученных РИД.
  • Проведены работы по сопряжению всех изготовленных модулей. Выполнено тестирование, отладка и калибровка макета экспериментального комплекса.
  • Проведено исследование микро- и нанострукутры нанокомпозитных материалов на основе активных слоев фотовольтаических устройств, представляющих собой многослойные структуры органических полимеров и полупроводниковых квантовых точек, методами сканирующей зондовой микроскопии и нанотомографии с высокой точностью.
  • Сопряжение макета экспериментального комплекса с системой сканирования оптическим пучком в фокальной плоскости объектива оптического микроскопа является финальным этапом сопряжения всех разработанных блоков макета экспериментального комплекса для реализации высокоразрешающего многопараметрического корреляционного анализа нанокомпозитных материалов. После сопряжения всех блоков макета было проведено тестирование, отладка и калибровка.
  • Тестовые образцы оптических преобразователей на основе полимерных матриц из полиметилметакрилата, полистирола и полисилоксанов, содержащие полупроводниковые квантовые точки, были исследованы в соответствии с методикой получения ЗD-данных. Матрицы из полиметилметакрилата и полистирола оказались однотипные с неудовлетворительным распределением КТ - почти 100% в виде кластеров различного типа при почти полном отсутствии единичных КТ. В случае использования полисилоксанов существенная часть КТ находится в гомогенном состоянии и весьма равномерно распределена в объеме полисилоксановой матрицы.
  • Проведена технико-экономическая оценка результатов исследований.
  • Нанокомпозитные материалы изготавливали на основе полимерных микросфер с диаметром 5 мкм, допированных полупроводниковыми квантовыми точками двух цветов, с длиной волны флуоресценции 610 нм и 560 нм. Полученные флуоресцентные конструкции характеризовались коллоидной устойчивостью.
  • В ходе разработки процедур пробоподготовки и предварительной характеризации нанокомпозитных материалов на основе полимерных микросфер, допированных полупроводниковыми квантовыми точками, были решении следующие задачи: 1. Предварительная характеризация нанокомпозитных материалов полимерных микросфер, допированных полупроводниковыми квантовыми точками. 2. Подготовка поверхности выбранной области образца наноматериала для исследований при помощи СЗМ и СЗНТ с применением ультрамикротомии. Также был подобран наиболее оптимальный для данной смеси состав эпоксидной смеси.
  • Изготовленные нанокомпозитные материалы на основе активных слоев фотовольтаических устройств представляют собой два слоя наногибридных полимерных слоя на основе полимерной матрицы ароматического полиимида, допированного полупроводниковыми КТ и слоя фталоцианин меди. В фотовольтаических устройствах оба эти слоя по очереди наносили на прозрачный электрод покрытый слоем ITO, а затем запыляли слоем алюминия в качестве второго электрода.
  • В ходе процедур пробоподготовки и предварительной характеризации нанокомпозитных материалов на основе активных слоев фотовольтаических устройств, представляющих собой многослойные структуры органических полимеров и полупроводниковых квантовых точек, была решена проблема подготовки поверхности выбранной области образца наноматериала для дальнейших исследований при помощи СЗМ и СЗНТ с применением ультрамикротомии. Разработанная предварительная характеризация образцов основана на исследовании микро- и нанострукутры методами сканирующей зондовой микроскопии и нанотомографии с минимальным количеством артефактов на поверхности, что повышает точность измерений.
  • Тестовые образцы оптических преобразователей на основе полимерных матриц из полиметилметакрилата, полистирола и полисилоксанов содержащих полупроводниковые квантовые точки, изготавливались при массовом соотношении КТ/полимер в пределах диапазона от 1:1000 до 1:100. На основании проведенных оценок установлено, что при этом весовом соотношении и выполнении условий гомогенного распределения КТ в объеме полимера среднее расстояние между центрами КТ находится в диапазоне от 8d до 15d, где d – диаметр КТ, что соответствует расстоянию от 20 до 75 нм абсолютных величинах.
  • Отличие процедур пробоподготовки и предварительной характеризации тестовых образцов оптических преобразователей на основе полимерных матриц из полиметилметакрилата, полистирола и полисилоксанов содержащих полупроводниковые квантовые точки, состоит в применении следующего состава эпоксидной смеси для матриц из полистировла: данного материала является следующий состав эпоксидной смеси: эпоксидная смола (Эпон 812 или аналог) (массовая доля 65%), дуркупан (Durcupan ACM, массовая доля 30%), дибутилфталат (массовая доля 5%). Полученная смесь смешивается с равным по массе количеством отвердителя заливочной среды (додеценилянтарный ангидрид DDSA) и 4% по массе 2,4,6-трис-(диметиламинометил)-фенола (DMP-30).
  • Проведен международный семинар, посвященный демонстрации и популяризации научных результатов и достижений, полученных при выполнении исследований.

 

Полученные на втором этапе результаты полностью соответствуют поставленным задачам, согласно Плану-графику и Техническому заданию проекта, и будут использованы на следующих этапах выполнения соглашения.

28