ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

2021, №08

Сольватохромные эффекты в спектрах поглощения и люминесценции и стабильность квантового выхода эмиссии углеродных наночастиц (часть II)


С. А. Казарян, В. Н. Неволин, С. Х. Пилосян


Исследованы и анализированы спектроскопические особенности сольватохромных эффектов полос поглощения и люминесценции, а также параметров квантового выхода эмиссии (QYE) протонных и апротонных растворов углеродных наночастиц (CNPs), синтезированных методом микроволнового излучения из смеси лимонной кислоты и мочевины. Установлено, что квантовый выход эмиссии частиц имеет экспоненциальную зависимость от полярности и суммы кислотности и основности растворителей. Изучено влияние водородной связи и взаимодействия частиц с электромагнитным излучением на параметры сольватохромных эффектов полос поглощения, люминесценции и квантовый выход эмиссии наночастиц. В рамках моделей Липперта – Матага, Билота – Кавского, Липтая, Макрея, Камлета – Тафта, Каталана и методом линейного регрессивного анализа установлено, что сольватохромные эффекты углеродных наночастиц, кроме универсальных взаимодействий, также в значительной мере зависят от специфических взаимодействий. Рост полярности и суммы кислотности и основности растворителей создает гипсохромный сдвиг полосы поглощения 410 нм и батохромный сдвиг полосы зеленой люминесценции углеродных наночастиц. Показано, что оптические центры зеленой эмиссии локализованы на поверхностях частиц. Предложена модель энергетических уровней центров зеленой эмиссии частиц. Установлено, что дипольный момент возбужденного состояния центров больше дипольного момента основного состояния.


Ключевые слова: люминесценция наночастиц, флуоресценция наночастиц, углеродные наночастицы, квантовый выход эмиссии наночастиц, синтез углеродных наночастиц, сольватохромный эффект наночастиц, дипольные моменты наночастиц, Стоксов сдвиг.


DOI: 10.30791/1028-978X-2021-8-5-21

Казарян Самвел Авакович — Физический институт имени П.Н. Лебедева Российской Академии Наук (119991, Москва, Ленинский проспект, 53), кандидат физико-математических наук, начальник отдела, специалист в области люминесценции полупроводников, алмазов, наноразмерных углеродов, а также технологии синтеза нанопористых материалов и электрохимических суперконденсаторов. E-mail: skazaryan.fian@gmail.com.

Неволин Владимир Николаевич — Физический институт имени П.Н.  Лебедева Российской Академии Наук (119991, Москва, Ленинский проспект, 53), доктор физико-математических наук, профессор, главный научный сотрудник, специалист в области физики тонкопленочных структур. E-mail:
nevolin@sci.lebedev.ru.

Пилосян Сергей Хачикович — Физический институт имени П.Н. Лебедева Российской Академии Наук (119991, Москва, Ленинский проспект, 53), старший научный сотрудник, специалист в области физики тонких пленок, технологий полупроводниковых и высокотемпературных керамических материалов. E-mail: pilosyans@lebedev.ru.

Ссылка на статью: 

Казарян С.А., Неволин В.Н., Пилосян С.Х. Сольватохромные эффекты в спектрах поглощения и люминесценции и стабильность квантового выхода эмиссии углеродных наночастиц (часть II). Перспективные материалы, 2021, № 8, c. 5 – 21. DOI: 10.30791/1028-978X-2021-8-5-21

 

Исследование реологических
и структурных свойств растворов модифицированной карбоксиметилцеллюлозы с использованием сшивающих агентов на основе
замещенных оксиранов


А. Н. Венжик, Д. А. Николаев, И. В. Романова


Исследованы реологические и структурные свойства модифицированных гелей на основе модифицированной карбоксиметилцеллюлозы (КМЦ) с новым сшивающим агентом, свойства которые сравнивали со свойствами как немодифицированной КМЦ, так и модифицированной КМЦ с использованием сшивающих агентов из группы замещенных оксиранов — 1,4-бутандиолдиглицидилового эфира (БДДЭ) и полиэтиленгликольдиглицидилового эфира (ПЭГДЭ). Показано, что модифицированные образцы имеют в 2 – 3 раза большую вязкость по сравнению с немодифицированной КМЦ. Наибольшую вязкость и усилие сдвига показал образец, модифицированный ППГДЭ, однако отличие по сравнению с остальными образцами по вязкости и усилию сдвига невелико. Степень модификации всех гелей схожа, однако степень поперечной сшивки у ППГДЭ практически отсутствует. Однако, вследствие невысокой степени сшивки у остальных образцов, данный параметр не влияет на вязкость раствора. Также была проверена цитотоксичность всех гелей, которая подтвердила их низкую токсичность. Таким образом, гели с использованием нового сшивающего агента — ППГДЭ — проявляют схожие свойства как с БДДЭ, так и ПЭГДЭ, что позволяет прогнозировать схожие свойства и эффект при практическом применении.


Ключевые слова: карбоксиметилцеллюлоза, сшитый гель, имплантируемые материалы, химическое сшивание полимеров, биополимерные составы.


DOI: 10.30791/1028-978X-2021-8-22-32

Венжик Антон Николаевич — АО “Медтехнопроект” (143026, Москва, территория инновационного центра “Сколково”, Большой бульвар, 42/1), главный технолог, специалист в области синтеза и изучения биополимерных композиций для медицинского применения. E-mail: a.venzhik@medtp.ru.

Николаев Денис Александрович — АО “Медтехнопроект” (143026, Москва, территория инновационного центра “Сколково”, Большой бульвар, 42/1), директор по производству, специалист в области высокомолекулярных соединений. E-mail: d.nikolaev@medtp.ru.

Романова Ирина Викторовна — АО “Медтехнопроект” (143026, Москва, территория инновационного центра “Сколково”, Большой бульвар, 42/1), генеральный директор, специалист в области биомедицинских технологий. E-mail: i.romanova@medtp.ru.

Ссылка на статью: 

Венжик А.Н., Николаев Д.А., Романова И.В. Исследование реологических и структурных свойств растворов модифицированной карбоксиметилцеллюлозы с использованием сшивающих агентов на основе замещенных оксиранов. Перспективные материалы, 2021, № 8, c. 22 – 32. DOI: 10.30791/1028-978X-2021-8-22-32

 

Влияние температуры титановой
подложки на фазовый состав плазменного
покрытия гидроксиапатита


Т. Р. Чуева, Н. В. Гамурар, В. И. Калита,
Д. И. Комлев, А. А. Радюк, В. С. Комлев,
 А. Ю. Тетерина, В. Ф. Шамрай, А. Б. Михайлова


Определены режимы напыления плазменных покрытий гидроксиапатита (ГА) на Ti подложки, позволяющие получать минимальную пористость, максимальные величины механических свойств, стабильность структуры и фазового состава. ГА покрытие, напыленное на Ti подложки с начальной температурой 20 °С, дополнительно содержало 14,19 % высокотемпературной фазы α-Ca3(PO4)2и небольшое количество CaO. При напылении на Ti подложку с начальной температурой 550 °С содержание α-Ca3(PO4)2 снизилось вдвое. Предварительный подогрев Ti подложки до 550 °С повышает содержание равновесной ГА фазы в покрытии до 92 %. Методом дифференциальной сканирующей калориметрии (ДСК) показано отсутствие локального тепловой эффекта выделения тепла при 723 °С, который наблюдается у покрытия, напыленного на не подогретую подложку. У ГА покрытия, напыленного на подложку с начальной температурой 550 °С отсутствует гало на рентгенограмме. Гидротермическая обработка (ГТО) ГА покрытия при 650 °С увеличивает содержание ГА до 98 % не зависимо от температуры предварительного подогрева Ti подложки. После ГТО α-Ca3(PO4)2фаза отсутствует. Не зависимо от состояния покрытий методом ДСК фиксируется плавное выделение тепла в интервале 450 – 1000 °С, количество которого больше у ГА покрытий после ГТО. Причина такого явления требует дополнительных исследований. Размер кристаллитов в напыленных покрытиях, 42,1 – 43,1 нм, повышается после ГТО до 64,4 – 68,3 нм и соизмерим с размером кристаллитов в напыляемом порошке, 57,4 нм.


Ключевые слова: гидроксиапатит, плазменные покрытия, гидротермическая обработка, дифференциальная сканирующая калориметрия.


DOI: 10.30791/1028-978X-2021-8-33-43

Чуева Татьяна Равильевна — Институт металлургии и материаловедения им. А.А.Байкова РАН (119334, Москва, Ленинский проспект, 49), научный сотрудник, специалист в области дифференциальной сканирующей калориметрии. E-mail: chueva.tr@gmail.com

Гамурар Надежда Витальевна — Институт металлургии и материаловедения им. А.А.Байкова РАН (119334, Москва, Ленинский проспект, 49), кандидат технических наук, старший научный сотрудник, специалист в области дифференциальной сканирующей калориметрии. E-mail: kurakova_n@mail.ru.

Калита Василий Иванович — Институт металлургии и материаловедения им. А.А.Байкова РАН (119334, Москва, Ленинский проспект, 49), доктор технических наук, главный научный сотрудник, специалист в области плазменного напыления. E-mail: vkalita@imet.ac.ru.

Комлев Дмитрий Игоревич — Институт металлургии и материаловедения им. А.А.Байкова РАН (119334, Москва, Ленинский проспект, 49), кандидат технических наук, ведущий научный сотрудник, специалист в области плазменного напыления. E-mail: imet-lab25@yandex.ru.

Радюк Алексей Александрович — Институт металлургии и материаловедения им. А.А.Байкова РАН (119334, Москва, Ленинский проспект, 49), младший научный сотрудник, специалист в области плазменного напыления, E-mail: imet-lab25@yandex.ru.

Комлев Владимир Сергеевич — Институт металлургии и материаловедения им. А.А.Байкова РАН (119334, Москва, Ленинский проспект, 49), член-корреспондент РАН, доктор технических наук, директор института, специалист в области керамических композиционных материалов.

Тетерина Анастасия Юрьевна — Институт металлургии и материаловедения им. А.А.Байкова РАН (119334, Москва, Ленинский проспект, 49), кандидат технических наук, научный сотрудник, специалист в области керамических композиционных материалов.

Шамрай Владимир Федорович — Институт металлургии и материаловедения им. А.А.Байкова РАН (119334, Москва, Ленинский проспект, 49), доктор физико-математических наук, главный научный сотрудник, специалист в области кристаллоструктурных исследований. E-mail: shamray@imet.ac.ru.

Михайлова Александра Борисовна — Институт металлургии и материаловедения им. А.А.Байкова РАН (119334, Москва, Ленинский проспект, 49), кандидат технических наук, старший научный сотрудник, специалист в области рентгенофазового анализа. E-mail: sasham1@mail.ru.

Ссылка на статью: 

Чуева Т.Р., Гамурар Н.В., Калита В.И., Комлев Д.И., Радюк А.А., Комлев В.С., Тетерина А.Ю., Шамрай В.Ф., Михайлова А.Б. Влияние температуры титановой подложки на фазовый состав плазменного покрытия гидроксиапатита. Перспективные материалы, 2021, № 8, c. 33 – 43. DOI: 10.30791/1028-978X-2021-8-33-43

 

Особенности термического расширения
пирита на воздухе


А. М. Клюшников, Е. Н. Селиванов, С. М. Пикалов


Методами атомно-эмиссионной спектроскопии, рентгеновской порошковой дифракции, растровой электронной микроскопии и рентгеноспектрального микроанализа исследован состав природного пирита. По данным высокотемпературного рентгенофазового анализа изучены фазовые превращения измельчённого (< 0,1 мм) образца на воздухе. Показано, что нагрев пирита до 500 °C ведёт к его окислению с образованием смеси магнетита (до 44,5 масс. %) и гематита (до 55,5 масс. %). Низкая температура воспламенения (360 – 400 °C) возможна из-за окисления примесной серы. С использованием результатов полнопрофильного анализа дифракционных данных, выполненного методом Ритвельда, определены параметры элементарной ячейки и рассчитаны коэффициенты термического расширения пирита. Предложены эмпирические уравнения, описывающие изменение периода решётки пирита при нагреве на воздухе в интервале температур 20 – 380 °C. Значение линейного коэффициента термического расширения пирита — 9,72·10–6 °C–1, близко к известным оценкам. Выше 234 °C отмечено действие химического фактора, которое вблизи 380 °C повышает коэффициент термического расширения до 62,96·10–6 °C–1. Показано, что значительное увеличение межатомных расстояний может повлиять на адсорбционную способность минерала, определяющую его каталитическую активность применительно к разложению оксидов азота.


Ключевые слова: пирит, окисление, параметры элементарной ячейки, термическое расширение, коэффициент термического расширения.


DOI: 10.30791/1028-978X-2021-8-44-54

Клюшников Александр Михайлович — Институт металлургии Уральского отделения РАН (620016, Екатеринбург, ул. Амундсена, 101), кандидат технических наук, старший научный сотрудник, специалист в области физической химии металлургических процессов. E-mail: amk8@mail.ru.

Селиванов Евгений Николаевич — Институт металлургии Уральского отделения РАН (620016, Екатеринбург, ул. Амундсена, 101), доктор технических наук, главный научный сотрудник, специалист в области физической химии металлургических процессов. E-mail: pcmlab@mail.ru.

Пикалов Сергей Михайлович — Институт металлургии Уральского отделения РАН (620016, Екатеринбург, ул. Амундсена, 101), научный сотрудник, специалист в области рентгенофазового анализа. E-mail: s.pikalov@mail.ru.

Ссылка на статью: 

Клюшников А.М., Селиванов Е.Н., Пикалов С.М. Особенности термического расширения пирита на воздухе. Перспективные материалы, 2021, № 8, c. 44 – 54. DOI: 10.30791/1028-978X-2021-8-44-54

 

Влияние технологических условий
при формировании электропроводящих термопластичных полимерграфитовых композитов


В. Н. Горшенев


Рассмотрены синтез и свойства электропроводящих полимерных композиционных материалов на основе малозольного графита марки ГСМ-1, модифицированного кислотами по бисульфатной технологии. Исследовано влияние таких технологических операций, как прессование и прокатка на вальцах с переменным зазором на проводимость композиционных материалов на основе терморасширенного графита и терморасширенных полимерграфитовых композиций, содержащих модифицированный кислотами графит. Показано, что, применяя к полимерным композициям технологические приёмы терморасширения, прессования, прокатки на вальцах можно, во-первых, совмещать наполнители различной природы, форм и размеров, и, во-вторых, получать композиты с необходимой величиной проводимости электропроводящего полимерного композита. Сделан вывод о преимуществе применения терморасширенного графита по сравнению с его другими формами для получения высокопроводящих полимерных композиций.


Ключевые слова: графит, полимерные электропроводящие композиты, терморасширенный графит, электропроводность.


DOI: 10.30791/1028-978X-2021-8-55-64

Горшенев Владимир Николаевич — Институт биохимической физики
им. Н.М. Эммануэля Российской академии (119334, Москва, ул. Косыгина. 4), кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник наук, специалист в области физики полимеров и полимерных композитов, биополимерных композитов медицинского назначения. E-mail:
gor@sky.chph.ras.ru.

Ссылка на статью: 

Горшенëв В.Н. Влияние технологических условий при формировании электропроводящих термопластичных полимерграфитовых композитов. Перспективные материалы, 2021, № 8, c. 55 – 64. DOI: 10.30791/1028-978X-2021-8-55-64

 

Селективное поглощение водорода
порошком Ni – Ti вблизи эквиатомного
 состава после его высокоинтенсивной
механической обработки


Е. В. Абдульменова, С. Н. Кульков


Исследован фазовый состав и структурные параметры порошка Ni – Ti вблизи эквиатомного состава после его высокоинтенсивной механической обработки в планетарной шаровой мельнице и последующего гидрирования электрохимическим методом. Показано, что в исходном состоянии порошок Ni – Ti состоит из смеси фаз TiNi (аустенит, мартенсит), Ti2Ni и TiNi3, а после механической обработки порошка формируется рентгеноаморфная фаза, относительное содержание которой с увеличением времени обработки повышается. По уширению рентгеновских линий оценена плотность дислокаций и показано, что она в разных фазах изменяется по-разному, так значение плотности дислокаций для фазы Ti2Ni значительно больше, чем в фазах TiNi и Ni3Ti. После электрохимического гидрирования параметры кристаллических решёток TiNi и Ni3Ti в пределах ошибки не изменяются и соответствуют литературным данным, в то время как параметр решётки фазы Ti2Ni значительно возрастает, что свидетельствует о преимущественном взаимодействии водорода с фазой Ti2Ni, по-видимому, вследствие высокой плотности дислокаций и содержания достаточно крупных октаэдрических/тетраэдрических пустот. Показано, что существует “инкубационный период” гидрирования равный 90 минутам, когда параметр фазы Ti2Ni не изменяется. В зависимости от времени механической обработки и времени гидрирования параметр решётки фазы Ti2Ni возрастает и соответствует гидридам со стехиометриями Ti2NiH0,5 и Ti2NiH0,8.


Ключевые слова: порошок Ni – Ti, механическая обработка, электрохимическое гидрирование, водород, параметр решётки, фазовый состав.


DOI: 10.30791/1028-978X-2021-8-65-73

Абдульменова Екатерина Владимировна — Инженерная школа новых производственных технологий (ИШНПТ) НИ ТПУ (634050, Томск, пр. Ленина, 30), аспирантка; Институт физики прочности и материаловедения СО РАН (634055, Томск, просп. Академический, 2/4), инженер, cпециалист в области порошковой металлургии и рентгеноструктурного анализа. E-mail: Ekaterina.V.Abdulmenova@yandex.ru

Кульков Сергей Николаевич — Институт физики прочности и материаловедения СО РАН (634055, Томск, просп. Академический, 2/4), доктор физико-математических наук, профессор, заведующий лабораторией; Инженерная школа новых производственных технологий (ИШНПТ) НИ ТПУ (634050, Томск, пр. Ленина, 30), профессор, cпециалист в области керамических и композиционных материалов, порошковой металлургии, рентгеноструктурного анализа, физики твердого тела. E-mail: kulkov@ms.tsc.ru.

Ссылка на статью: 

Абдульменова Е.В., Кульков С.Н. Селективное поглощение водорода порошком Ni – Ti вблизи эквиатомного состава после его высокоинтенсивной механической обработки. Перспективные материалы, 2021, № 8, c. 65 – 73. DOI: 10.30791/1028-978X-2021-8-65-73

 

Особенности заполнения пор
трековых мембран при синтезе
 нанопроволок из сплава FeNi


И. М. Долуденко


Методом матричного синтеза получены нанопроволоки из сплава Fe – Ni с элементным составом приближенным к пермаллою — 20 масс. % железа и 80 масс. % никеля. В качестве матрицы использовали трековые мембраны из полиэтилентерефталата с порами диаметром 100 нм. Перед осаждением матрицу подготавливали специальным образом, для создания сплошного контакта на дне поры. Заполнение пор матрицы металлами проводили методом электрохимического осаждения. Исследована кинетика роста нанопроволок, получена зависимость длины нанопроволок от времени осаждения. Изучение морфологии и геометрии получаемых нанопроволок проводили методом растровой электронной микроскопии. Показано, что скорость роста на различных этапах заполнения пор матрицы различна, и она меняется нелинейно. Рассчитаны показатели выхода по току на различных этапах заполнения матрицы, изменения данного показателя совпадают с изменением скорости роста. Предложены объяснения нелинейности скорости роста. Методом линейной интерполяции выведено уравнение описывающее зависимость длины средних нанопроволок от времени осаждения.


Ключевые слова: матричный синтез, трековые мембраны, электрохимическое осаждение, нанопроволоки, кинетика роста.


DOI: 10.30791/1028-978X-2021-8-74-80

Долуденко Илья Михайлович — Национальный исследовательский университет “Высшая школа экономики” (101000, Москва, Мясницкая, 20), аспирант;
ФНИЦ “Кристаллография и фотоника” РАН (119333, Москва, Ленинский проспект, 59), младший научный сотредник, специализируется в области матричного синтеза, растровой электронной микроскопии. E-mail: doludenko.i@yandex.ru.

Ссылка на статью: 

Долуденко И.М. Особенности заполнения пор трековых мембран при синтезе нанопроволок из сплава FeNi. Перспективные материалы, 2021, № 8, c. 74 – 80. DOI: 10.30791/1028-978X-2021-8-74-80

 

Методика контроля подзатворного
диэлектрика МДП-структур на основе
сильнополевой инжекции заряда


Д. В. Андреев


Предложен новый метод исследования зарядовых характеристик и контроля качества тонких диэлектрических плёнок МДП-структур, основанный на модификации метода сильнополевой инжекции заряда в диэлектрик в режиме возрастающего тока. Методика основана на приложении к исследуемой МДП-структуре возрастающей токовой нагрузки, в которой помимо параметров, характеризующих пробой диэлектрика, проводится контроль изменения его зарядового состояния. С этой целью при плотностях инжекционного тока, когда становятся заметными изменения зарядового состояния МДП-структуры, перед переключение тока на ступеньку с большим значением тока, проводится кратковременное переключение на режим инжекции измерительным уровнем тока (Jm). Плотность тока Jm выбирается из условия, что при ней не должно наблюдаться заметного изменения зарядового состояния диэлектрика и переключения в измерительный режим не должны оказывать заметного влияние на процесс испытания. В результате удается получить зависимость изменения напряжения на МДП-структуре от времени или величины инжектированного заряда при постоянной фиксированной величине измерительного инжекционного тока Jm во всем диапазоне возрастающего стрессового токового воздействия. Из этих зависимостей можно определять основные параметры, характеризующие зарядовые процессы, протекающие в МДП-структуре при сильнополевой инжекции электронов и определяющие деградационные явления, наблюдающиеся в пленке подзатворного диэлектрика.


Ключевые слова: МДП-структура, методика контроля, подзатворный диэлектрик, инжекционный ток, накопление заряда, стрессовое воздействие.


DOI: 10.30791/1028-978X-2021-8-81-88

Андреев Дмитрий Владимирович — Калужский филиал Московского государственного технического университета им. Н.Э.Баумана (248000, Калуга, ул. Баженова, 2), кандидат технических наук, доцент, специалист в области физики полупроводниковых и диэлектрических материалов. E-mail: dmitrii_andreev@bmstu.ru.

Ссылка на статью: 

Андреев Д.В. Методика контроля подзатворного диэлектрика МДП-структур на основе сильнополевой инжекции заряда. Перспективные материалы, 2021, № 8, c. 81 – 88. DOI: 10.30791/1028-978X-2021-8-81-88