ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

2022, №11

Исследование механизма фото-активированного
выделения водорода на кремниевом фотокатоде
с тонкопленочным катализатором a-MoSx


О. В. Рубинковская, В. Н. Неволин, Д. В. Фоминский,
Р. И. Романов, П. Ф. Карцев, В. Ю. Фоминский, Х. Цзян


Созданы и исследованы кремниевые катоды для эффективного получения водорода в фотоэлектрохимическом процессе расщепления воды. Фотоактивный слой на p-Si получен импульсным лазерным легированием кремниевой пластины фосфором из раствора ортофосфорной кислоты. На поверхность модифицированной пластины n+p-Si наносили пленку аморфного сульфида молибдена (a-MoSx) толщиной до 4 нм. Это обеспечивало значительное увеличение фототоков в кислотном растворе по сравнению с исходным n+p-Si. Состав каталитической пленки и химическое состояние подложки изменялись в процессе фотоэлектрохимического выделения водорода. Исследование энергетических зон на интерфейсе гетероперехода a-MoSx c n+-Si слоем показало, что реакция выделения водорода протекала, вероятно, в результате туннелирования электронов через пленку а-MoSx. C применением теории функционала плотности проведен термодинамический анализ возможного влияния химических изменений на поверхности кремния и в самой пленке a-MoSx на эффективность катализа водорода.


Ключевые слова: фотоэлектрохимическое расщепление воды, кремниевый фотокатод, сульфид молибдена, лазерное легирование, теория функционала плотности, гетеропереход.


DOI: 10.30791/1028-978X-2022-11-5-15

Рубинковская Оксана Владимировна — Национальный исследовательский ядерный университет “МИФИ” (115409, Москва, Каширское ш., 31), аспирант, специалист в области получения и исследования полупроводниковых катализаторов на основе халькогенидов переходных металлов. E-mail: ovrubinkovskaya@mephi.ru.

Неволин Владимир Николаевич — Национальный исследовательский ядерный университет “МИФИ” (Москва, 115409 Каширское ш., 31), доктор физико-математических наук, профессор, специалист в области физики тонких пленок и наносистем. E-mail: vnnevolin@mephi.ru.

Фоминский Дмитрий Вячеславович — Национальный исследовательский ядерный университет “МИФИ” (Москва, 115409, Каширское ш., 31), инженер, специалист в области импульсного лазерного осаждения тонких пленок и наноструктур. E-mail: dmitryfominski@gmail.com.

Романов Роман Иванович — Национальный исследовательский ядерный университет “МИФИ” (Москва, 115409 Каширское ш., 31), кандидат физико-математических наук, научный сотрудник, специалист в области физико-химических методов получения и исследования тонкопленочных структур различного функционального назначения. E-mail: limpo2003@mail.ru.

Карцев Петр Федорович — Национальный исследовательский ядерный университет “МИФИ” (Москва, 115409 Каширское ш., 31), кандидат физико-математических наук, доцент, специалист в области теоретического анализа квантово-механических эффектов в каталитических процессах расщепления воды. E-mail: pfkartsev@mephi.ru.

Фоминский Вячеслав Юрьевич — Национальный исследовательский ядерный университет “МИФИ” (Москва, 115409, Каширское ш., 31), доктор физико-математических наук, профессор, главный научный сотрудник, специалист в области физики тонких пленок, наноструктур и пучковых технологий модифицирования поверхности. E-mail: vyfominskij@mephi.ru.

Цзян Хуалин — Наньчанский университет Хангконга, профессор, специалист в области получения и исследования новых наноматериалов-фотокатализаторов для фото-активированного расщепления воды, сопровождающегося выделением водорода и ее очистки от различных загрязняющих веществ. E-mail: hua20022000@126.com.

Рубинковская О.В., Неволин В.Н., Фоминский Д.В., Романов Р.И., Карцев П.Ф., Фоминский В.Ю., Цзян Х. Исследование механизма фото-активированного выделения водорода на кремниевом фотокатоде с тонкопленочным катализатором a-MoSx. Перспективные материалы, 2022, № 11, c. 5 – 15. DOI: 10.30791/1028-978X-2022-11-5-15

 

Роль наноструктур в формировании
эмиссионных свойств
оксидно-никелевых катодов


В. И. Капустин, И. П. Ли, Н. Е. Кожевникова


Методами электронной спектроскопии и прецизионного рентгеноструктурного анализа исследована электронная и кристаллическая структура оксидно-никелевых композиций на основе тройных карбонатов бария-кальция-стронция, содержащих наночастицы никеля и нанокристаллы карбоната бария. Установлено, что наночастицы никеля оказывают существенное влияние на параметры электронной структуры кристаллитов оксида бария, формирующихся в указанных композициях при их термообработке. Показано, что рентгеноструктурный анализ может быть положен в основу методики контроля качества тройных карбонатов для эффективного применения их в составе оксидно-никелевых катодов.


Ключевые слова: металлопористые катоды, катодный материал, влияние микропримесей, термоэлектронная эмиссия.


DOI: 10.30791/1028-978X-2022-11-16-28

Капустин Владимир Иванович — Российский технологический университет — МИРЭА (119454, Москва, пр. Вернадского, 78), доктор физико-математических наук, профессор, главный специалист, специалист в области материалов и технологий электронной техники.E-mail: kapustin@mirea.ru.

Ли Илларион Павлович — АО Плутон (Россия, 105120, Москва, ул. Нижняя Сыромятническая, 11), доктор технических наук, директор технического центра Базовые технологии ЭВП, специалист в области материалов и технологий электронной техники. Е-mail: ork@pluton.msk.ru.

Кожевникова Наталья Евгеньевна — АО Плутон (Россия, 105120, Москва, ул. Нижняя Сыромятническая, 11), начальник лаборатории синтеза эмиссионно-активных соединений, специалист в области материалов и технологий электронной техники. E-mail: azariia@bk.ru.

Капустин В.И., Ли И.П., Кожевникова Н.Е. Роль наноструктур в формировании эмиссионных свойств оксидно-никелевых катодов. Перспективные материалы, 2022, № 11, c. 16 – 28. DOI: 10.30791/1028-978X-2022-11-16-28

 

Зарядовое состояние композитов
полиэтилена с полупроводниковым
наполнителем TlGaTe2


М. А. Нуриев, А. П. Абдуллаев, И. М. Нуруев,
А. А. Шукюрова, В. Г. Мамедов


Изучено зарядовое состояние полимерных композитов на основе полиэтилена высокой плотности (ПЭВП) с сегнетополупроводниковым наполнителем TlGaTe2 при объемном содержании 3, 7, 10 об. %, и самого сегнетополупроводника TlGaTe2, а также исследованы температурные зависимости их диэлектрической проницаемости ε(Т) и электропроводности ρ(Т). Показано, что введение полупроводникового наполнителя TlGaTe2 в полимерную матрицу ПЭВП позволяет управлять зарядовым состоянием полимерных композитов ПЭВП/TlGaTe2, которое может способствовать целенаправленному изменению электрофизических свойств этих материалов.


Ключевые слова: полимерные композиты, сегнетополупроводниковый наполнитель, зарядовое состояние, токи термостимулированной деполяризации (ТСД), межфазная граница, диэлектрическая проницаемость, электропроводность.


DOI: 10.30791/1028-978X-2022-11-29-35

Нуриев Муса Абдулали оглы — Институт радиационных проблем
Национальной Академии наук Азербайджана (Баку, Азербайджан, АZ 1143, ул. Б. Вахабзаде, 9), кандидат физико-математических наук, ведущий научный сотрудник, специалист по диэлектрической и термоактивационной спектроскопии полимерных композитов и радиационного материаловедения. E-mail: musa_nuriev@mail.ru.

Абдуллаев Адил Ролад оглы — Институт радиационных проблем
Национальной Академии наук Азербайджана (Баку, Азербайджан, АZ 1143, ул. Б. Вахабзаде, 9), доктор физико-математических наук, профессор; Азербайджанский Архитектурно-Строительный Университет (Баку, Азербайджан, АZ 1143, ул. Aйнa Султанова, 11), заведующий физико-химической кафедрой, специалист в области полупроводников и диэлектриков, диэлектрической спектроскопии твердых тел и радиационного материаловедения. Email: adilabdullayev@rambler.ru.

Нуруев Ибрагим Муса оглы — Институт радиационных проблем
Национальной Академии наук Азербайджана (Баку, Азербайджан, АZ 1143, ул. Б. Вахабзаде, 9), младший научный сотрудник, специалист в области полимерных микро- и нанокомпозитов, диэлектрической спектроскопии. Email: nuruyev_ibrahim@mail.ru.

Шукюрова Адалат Али кызы — Институт радиационных проблем Национальной Академии наук Азербайджана (Баку, Азербайджан, АZ 1143,
ул. Б. Вахабзаде, 9), доктор философии по физике, старший научный сотрудник, специалист в области разработки композиционных материалов, а также нанокомпозитов на основе полимеров с нано частицами, по диэлектрической и термоактивационной спектроскопии и радиационного материаловедения. E-mail: shukurova.adalat@mail.ru.

Мамедов Валех Гулу оглы — Азербайджанское высшее военное училище (Баку, Азербайджан, AZ 1018, ул. Полада Гашимова, 18), доктор философии по физике, доцент, специалист по диэлектрической спектроскопии твердых полупроводников и диэлектриков. E-mail: elitinshaat@rambler.ru.

Нуриев М.А., Абдуллаев А.П., Нуруев И.М., Шукюрова А.А., Мамедов В.Г. Зарядовое состояние композитов полиэтилена с полупроводниковым наполнителем TlGaTe2. Перспективные материалы, 2022, № 11, c. 29 – 35. DOI: 10.30791/1028-978X-2022-11-29-35

 

Пористые трубчатые каркасы
для тканеинженерных конструкций
кровеносных сосудов малого диаметра


Е. А. Немец, В. А. Сургученко, В. Ю. Белов,
А. И. Хайруллина, В. И. Севастьянов


Разработана технология формирования пористых трубчатых полимерных каркасов (ПТПК) из поликапролактона (ПКЛ) с необходимыми физико-механическими характеристиками (модуль Юнга — 5,5 ± 1,1 МПа, усилие до разрыва — 10,9 ± 1,6 Н и максимальное удлинение — 477 ± 38 %). Образцы, полученные методом электроспиннинга из 2 мл 10 %-го раствора ПКЛ в дихлорметане (напряжение между электродами 25 кВ, скорость подачи раствора 4 мл/ч, расстояние до коллектора 100 мм, скорость вращения стержня-подложки 1000 об/мин), показали минимальную хирургическую проницаемость, составляющую 30,4 ± 1,5 мл/(см2·мин). Доказано, что предложенное биоактивное покрытие на основе гепарина и лизата тромбоцитов не влияет на структуру поверхности и физико-механи-ческие характеристики каркаса. Показано in vitro, что образцы модифицированных ПТПК не проявляют цитотоксичности и гемолитической активности, а улучшение гемосовместимых свойств происходит за счет снижения количества и степени активации адгезированных тромбоцитов.


Ключевые слова: сосуды малого диаметра, электроспиннинг, пористый матрикс, поликапролактон, гепарин, лизат тромбоцитов, биологическая безопасность.


DOI: 10.30791/1028-978X-2022-11-36-46

Немец Евгений Абрамович — ФГБУ “Федеральный научный центр трансплантологии и искусственных органов имени академика В.И. Шумакова” Минздрава России (123182 Москва, ул. Щукинская, 1), доктор биологических наук, ведущий научный сотрудник, специалист в области биоматериаловедения, тканевой инженерии, разработки гемосовместимых материалов и покрытий. E-mail: evgnemets@yandex.ru

Сургученко Валентина Александровна — ФГБУ “Национальный медицинский исследовательский центр трансплантологии и искусственных органов имени академика В.И. Шумакова” Минздрава России (Москва, 123192,
ул. Щукинская, 1), кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник, специалист в области тканевой инженерии и регенеративной медицины. E-mail: valent.surg@yandex.ru.

Белов Вячеслав Юрьевич — АНО “Институт медико-биологических исследований и технологий” (123557, Москва, Б. Тишинский переулок, 43/20, стр. 2), ведущий инженер, специалист в области биоматериаловедения и методов формирования пористых матриксов. E-mail: w.000000000@yandex.ru.

Хайруллина Алина Ирековна — Московский физико-технический институт (Национальный исследовательский университет, 141701, Московская область, Долгопрудный, Институтский пер., 9), студентка магистратуры. E-mail: alinka26di@mail.ru.

Севастьянов Виктор Иванович — ФГБУ “Национальный медицинский исследовательский центр трансплантологии и искусственных органов имени академика В.И. Шумакова” Минздрава России (Москва, 123192, ул. Щукинская, 1), доктор биологических наук, профессор, заведующий отделом, cпециалист в области биоматериаловедения, тканевой инженерии и регенеративной медицины, систем доставки лекарственных веществ. E-mail: viksev@yandex.ru.

Немец Е.А., Сургученко В.А., Белов В.Ю., Хайруллина А.И., Севастьянов В.И. Пористые трубчатые каркасы для тканеинженерных конструкций кровеносных сосудов малого диаметра. Перспективные материалы, 2022, № 11, c. 36 – 46. DOI: 10.30791/1028-978X-2022-11-36-46

 

Влияние модификатора текучести
расплава на физико-механические свойства
полимерного композита на основе
вторичного полипропилена
 и алюмосиликатных микросфер


А. А. Псянчин, Е. М. Захарова, В. П. Захаров


Для термопластов в процессе рециклинга характерна механическая и термоокислительная деструкция, что приводит к ухудшению эксплуатационных свойств готовых пластмассовых изделий. Рассмотрена возможность придания вторичному сырью оптимальных характеристик при переработке путем включения алюмосиликатных микросфер и модификаторов, повышающих текучесть расплава. Изучены реологические, а также физико-механических свойства полимерных композитов на основе вторичного полипропилена, наполненного алюмосиликатными микросферами в присутствии стеариновой кислоты. Показано, что стеариновая кислота повышает текучесть расплава, улучшает технологические показатели при механической переработке, в том числе способствует равномерному распределению частиц алюмосиликатных микросфер в объеме полимера. Оптимальной концентрацией стеариновой кислоты является 0,5 масс. %, при которой наблюдается максимальное увеличение показателя текучести расплава, снижение прочности при разрыве не более 16 %, а также повышение устойчивости к динамическому воздействию при ударе без существенного изменения модуля упругости, характеризующего жесткость материала.


Ключевые слова: вторичный полипропилен, алюмосиликатные микросферы, стеариновая кислота, полимерные композиты.


DOI: 10.30791/1028-978X-2022-11-47-52

Псянчин Артур Альбертович — Башкирский государственный университет (БашГУ, 450076, Республика Башкортостан, Уфа, ул. Заки Валиди, 32), аспирант, специалист в области высокомолекулярных соединений. E-mail: Artps96@yandex.ru.

Захарова Елена Михайловна — Башкирский государственный университет (БашГУ, 450076, Республика Башкортостан, Уфа, ул. Заки Валиди, 32), кандидат химических наук, доцент, специалист в области высокомолекулярных соединений. E-mail: lena991999@mail.ru.

Захаров Вадим Петрович — Уфимский федеральный исследовательский центр Российской академии наук (450054, Республика Башкортостан, Уфа, проспект Октября, 71), доктор химических наук, профессор, специалист в области высокомолекулярных соединений. E-mail: zaharovvp@mail.ru.

Псянчин А.А., Захарова Е.М., Захаров В.П. Влияние модификатора текучести расплава на физико-механические свойства полимерного композита на основе вторичного полипропилена и алюмосиликатных микросфер. Перспективные материалы, 2022, № 11, c. 47 – 52. DOI: 10.30791/1028-978X-2022-11-47-52

 

Исследование свойств глин вскрышных
пород Корниловского месторождения
Томской области для применения
в огнеупорной, керамической
и нефтяной промышленности


А. С. Апкарьян, Т. Ю. Саблина


Исследованы глины вскрышных пород Корниловского месторождения Томской области. Определены физико-химические свойства глин: химический состав, минеральный состав, гранулометрический состав, пластичность и огнеупорность глин. Исследована чувствительность глинистого сырья к сушке, кажущаяся плотность, водопоглощение, усадка. Для определения возможности использования глины Корниловского месторождения Томской области в огнеупорной, керамической, электротехнической, строительной и нефтяной промышленности взамен глины “Веско-Прима” Веселовского месторождения г. Дружковка (Донбасс) приведены сравнительные характеристики глин обоих месторождений.


Ключевые слова: глина, минеральный состав, химический состав, гранулометрический состав, плотность, огнеупорность, усадка, оксид железа, оксид титана, водопоглощение, температура обжига, глины “Веско-Прима”, глины Корниловского месторождения.


DOI: 10.30791/1028-978X-2022-11-53-60

Апкарьян Афанасий Саакович — Институт физики прочности и материаловедения
СО РАН (ИФПМ СО РАН, 634021 Томск, пр. Академический 8/2), руководитель структурного подразделения; Томский университет систем управления и радиоэлектроники (634050, Томск, пр. Ленина, 40), профессор, доктор технических наук, специалист в области теплофизики. E-mail: asaktc@ispms.tsc.ru.

Саблина Татьяна Юрьевна — Институт физики прочности и материаловедения
СО РАН (ИФПМ СО РАН, (634021 Томск, пр. Академический 8/2), кандидат технических наук, старший научный сотрудник, специалист в области материаловедения, керамики. E-mail: sabtat@ispms.ru.

Апкарьян А.С., Саблина Т.Ю. Исследование свойств глин вскрышных пород Корниловского месторождения Томской области для применения в огнеупорной, керамической и нефтяной промышленности. Перспективные материалы, 2022, № 11, c. 53 – 60. DOI: 10.30791/1028-978X-2022-11-53-60

 

Топливопроницаемость термопластичных
 полиуретанов после воздействия
соляного тумана


О. Г. Чернова, В. А. Захарова, Д. С. Калугина,
Н. В. Черноусова, А. В. Дедов


Исследовали влияние соляного тумана на структуру поверхности и проницаемость термопластичного полиуретана, используемого в производстве резервуаров временного хранения и транспортирования дизельного топлива. Обнаружено выравнивание поверхности полимерного слоя материала резервуаров после воздействия соляного тумана. Методом ИК-спектроскопии установлено изменение химического состава термопластичного полиуретана, и появление четвертичной аммонийной соли, что приводит к возрастанию полярности макромолекул полимера и увеличивает скорость релаксации структуры полимерного материала. Предложен подход к моделированию естественной убыли дизельного топлива при хранении в эластичных резервуарах. Параметры модели позволили количественно оценить влияние соляного тумана на диффузионную проницаемость термопластичного полиуретана по дизельному топливу. При температуре хранения ниже 60 °С после воздействия соляного тумана увеличивается время герметичности и снижается естественная убыль дизельного топлива при хранении в резервуаре.


Ключевые слова: термопластичный полиуретан, соляной туман, структура поверхности, проницаемость по дизельному топливу.


DOI: 10.30791/1028-978X-2022-11-61-68

Чернова Ольга Геннадьевна — Московский политехнический университет (107023, Москва, ул. Б. Семеновская, 38), кандидат технических наук, доцент кафедры инновационных материалов принтмединдустрии, специалист в области материалов полиграфической промышленности.

Захарова Василина Александровна — Российский государственный университет им. А.Н. Косыгина (Технологии. Дизайн. Искусство), (117997, Москва, ул. Садовническая, 33, стр.1), преподаватель кафедры Химии и технологии полимерных материалов и нанокомпозитов, специалист в области полимерных пленочных материалов и искусственной кожи, упаковочных материалов.

Калугина Дарья Сергеевна — Российский государственный университет им. А.Н. Косыгина (Технологии. Дизайн. Искусство), (117997, Москва,
ул. Садовническая, 33, стр.1), преподаватель кафедры Химии и технологии полимерных материалов и нанокомпозитов, специалист в области полимерных пленочных материалов и искусственной кожи, упаковочных материалов.

Черноусова Наталья Владимировна — Российский государственный университет им. А.Н. Косыгина (Технологии. Дизайн. Искусство), (117997, Москва, ул. Садовническая, 33, стр.1), кандидат технических наук, доцент кафедры Химии и технологии полимерных материалов и нанокомпозитов, специалист в области полимерных пленочных материалов и искусственной кожи, упаковочных материалов. E-mail: chersov@gmail.com.

Дедов Александр Васильевич — Московский политехнический университет (107023, Москва, ул. Б. Семеновская, 38), доктор технических наук, профессор кафедры инновационных материалов принтмединдустрии, специалист в области полимерных материалов. E-mail: dedovs55@rambler.ru.

Чернова О.Г., Захарова В.А., Калугина Д.С., Черноусова Н.В., Дедов А.В. Топливопроницаемость термопластичных полиуретанов после воздействия соляного тумана. Перспективные материалы, 2022, № 11, c. 61 – 68. DOI: 10.30791/1028-978X-2022-11-61-68

 

Микро- и наномодификация структуры
при циклической окислительно-восстановительной
обработке пористого никеля, спеченного
с использованием порообразователя


В. А. Зеленский, В. С. Шустов, А. Г. Гнедовец, М. И. Алымов


Проведением высокотемпературной циклической окислительно-восстановительной (редокс) постобработки бипористого никеля, полученного в процессе спекания-растворения с использованием микронного порошка никеля и хлорида натрия в качестве порообразователя, созданы проницаемые материалы с многоуровневой иерархической пористостью. После стадии окисления в атмосфере воздуха формировался пористый материал со структурой ядро – оболочка Ni – NiO с ячеистым подслоем микронных пор Киркендалла. Последующее восстановление в среде водорода приводило к образованию у спеченных частиц никеля развитой нанопористой бугристой поверхности. Полученные металлические никелевые и керамические никель-оксидные материалы содержат иерархическую систему пор разного происхождения четырех типов: (а) макропоры, образованные после удаления порообразователя; (б) межчастичные микропоры, остающиеся из-за неполного спекания порошка никеля; (в) созданные на стадии окисления внутричастичные поры Киркендалла и (г) нанопоры, сформированные на стадии восстановления. Пористость и гидравлическая проницаемость никелевых образцов в зависимости от дисперсности порошка порообразователя составляли 80 – 82 % и 35·10–12 – 101·10–12 м2 соответственно.


Ключевые слова: окислительно-восстановительная (редокс) обработка, никель, оксид никеля, порошки, процесс спекания-растворения, иерархическая пористость, поры Киркендалла, нанопоры.


DOI: 10.30791/1028-978X-2022-11-69-82

Зеленский Виктор Александрович — Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова Российской академии наук (119334 Москва, Ленинский пр., 49), кандидат физико-математических наук, ведущий научный сотрудник, специалист в области порошковой металлургии и синтеза пористых материалов. E-mail: zelensky55@bk.ru.

Шустов Вадим Сергеевич — Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова Российской академии наук (119334 Москва, Ленинский пр., 49), кандидат технических наук, научный сотрудник, специалист в области порошковой металлургии и синтеза пористых материалов. E-mail:
vshscience@mail.ru.

Гнедовец Алексей Григорьевич — Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова Российской академии наук (119334 Москва, Ленинский пр., 49), кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник, специалист в области лазерно-плазменной обработки материалов и порошковой металлургии. E-mail: agg@imet.ac.ru.

Алымов Михаил Иванович — Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова Российской академии наук (119334 Москва, Ленинский пр., 49), доктор технических наук, профессор, член-корреспондент РАН, заведующий лабораторией, ведущий специалист в области физикохимии поверхности, порошковой металлургии и наноматериалов. E-mail: alymov@ism.ac.ru.

Зеленский В.А., Шустов В.С., Гнедовец А.Г., Алымов М.И. Микро- и наномодификация структуры при циклической окислительно-восстановительной обработке пористого никеля, спеченного с использованием порообразователя. Перспективные материалы, 2022, № 11, c. 69 – 82. DOI: 10.30791/1028-978X-2022-11-69-82