Формирование аллотропной наномодификации
Sb — мультиантимонена при спонтанной кристаллизации расплава
Т. В. Куликова, Л. А. Битюцкая, А. В. Тучин, А. А. Аверин
Проведена структурная и морфологическая характеризация поверхности и объема сфероидальных структур сурьмы в интервале размеров 10–4 – 10–6 м, полученных в одностадийном процессе в результате спонтанной кристаллизации расплава. Обнаружено, что все структуры массива являются оболочечными, состоящими из разных структурных форм одного и того же вещества: ядро представляет собой монокристаллическую серую сурьму, оболочка — деформированную полупрозрачную для электронов пленку сурьмы толщиной не более 40 нм, содержащую локальные диэлектрические нанообласти. Спектр КР поверхности сфероидальных структур сурьмы характеризуется возникновением дублета в области 1300 – 1700 см–1. Полученные экспериментальные спектры находятся в согласии с результатами квантово-химического моделирования спектров КР многослойного аллотропа сурьмы — мультиантимонена, для которого наиболее сильными являются высокочастотные моды.
Ключевые слова: антимонен, мультиантимонен, ядро-оболочка, зарядовый контраст, комбинационное рассеяние.
Куликова Татьяна Валентиновна — Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждения высшего образования “Воронежский государственный университет” (394018 Воронеж, Университетская пл., д.1), аспирант, специализируется в области наноматериалов, неравновесных процессов, сканирующей электронной микроскопии . E-mail: kaimt@mail.ru.
Битюцкая Лариса Александровна — Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждения высшего образования “Воронежский государственный университет” (394018 Воронеж, Университетская пл., д. 1), кандидат химических наук, доцент, специалист в области неравновесных процессов, нелинейных метастабильных систем и наноматериалов. E-mail: me144@phys.vsu.ru.
Тучин Андрей Витальевич — Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждения высшего образования “Воронежский государственный университет” (394018 Воронеж, Университетская пл., д.1), кандидат физико-математических наук, специалист в области квантово-механического моделирования и углеродных наноматериалов. E-mail: a.tuchin@bk.ru.
Аверин Алексей Александрович — Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина Российской академии наук (119071 Москва, Ленинский проспект, д. 31), младший научный сотрудник, специалист в области спектроскопии комбинационного рассеяния света. E-mail: alx.av@yandex.ru.
Ссылка на статью:
Куликова Т. В., Битюцкая Л. А., Тучин А. В., Аверин А. А.
Формирование аллотропной наномодификации Sb — мультиантимонена при спонтанной кристаллизации расплава. Перспективные материалы, 2017, № 3, с. 5 – 13.
Комбинированные матрицы для отверждения органических жидких радиоактивных отходов, содержащих Cs-137 и Sr-90
А. В. Никитин, Ю. В. Кондакова, А. Б. Сазонов
Предложено использовать комбинированные цементные матрицы для отверждения органических жидких радиоактивных отходов (отработавший трибутилфосфат в углеводородном разбавителе, технологические масла), содержащих радионуклиды 137Сs и 90Sr. Высокое наполнение матриц отходами достигается предварительным смешиванием последних с терморасширенным графитом. Для прочного удержания цезия в компаунды следует включать добавки бентонитовой глины с содержанием монтмориллонита не менее 65 об. %. Показано, что оптимальное содержание экстрагента в компаунде составляет 25 об. %, а масла 20 об. %. Минимальное время выдержки компаундов перед отправкой на длительное хранение или захоронение должно составлять не менее 42 суток с момента затворения цемента. Покрытие поверхности компаундов влагоустойчивой эмалью не создает существенного барьера для диффузии 137Сs, однако замедляет поглощение цементом воды, отдаляя начало выхода 137Сs и других радионуклидов в жидкую фазу. Прочность полученных в работе компаундов удовлетворяет нормированным значениям (ГОСТ Р 51883 – 2002). Средняя скорость выщелачивания 137Cs — не более 1 мг·см–2·сут–1, 90Sr + 90Y — не более 0,1 мг·см–2·сут-1. Кинетика выщелачивания радионуклидов цезия из компаундов имеет диффузионный, а стронция и иттрия — сорбционно-десорбционный характер. Скорости выщелачивания радионуклидов элементов I, II и III групп образуют следующий ряд: R(137Cs) > R(90Sr) >> R(90Y).
Ключевые слова: радиоактивные масла, экстрагент, цезий, стронций, цементные компаунды, терморасширенный графит, механическая прочность, скорость выщелачивания.
Никитин Антон Владимирович — Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева (Москва, 125047, Миусская пл. 9), аспирант, специалист в области обращения с радиоактивными отходами и радиохимии. E-mail: nikitin_89@mail.ru.
Кондакова Юлия Владимировна — Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева (Москва, 125047, Миусская пл. 9), аспирант, специалист в области обращения с радиоактивными отходами и радиохимии. E-mail: yuliochik@mail.ru.
Сазонов Алексей Борисович — Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева (Москва, 125047, Миусская пл. 9), кандидат химических наук, доцент кафедры химии высоких энергий и радиоэкологии, специалист в области радиохимии и радиоэкологии. E-mail: absazonov@mail.ru.
Ссылка на статью
Никитин А. В., Кондакова Ю. В., Сазонов А. Б.
Комбинированные матрицы для отверждения органических жидких радиоактивных отходов, содержащих Cs-137 и Sr-90. Перспективные материалы, 2017, № 3, с. 14 – 25.
Cравнительный анализ способов повышения биостабильности пленок коллагена
Е. А. Немец, А. П. Панкина, В. И. Севастьянов
Исследована in vitro биодеградация пленочных образцов из склерального коллагена (СК), стабилизированных различными физическими и химическими методами. Исходные пленки СК сельскохозяйственных животных получали методом полива (толщина образцов ~ 150 мкм) с последующей сушкой при 37 °С до постоянной массы на воздухе. Для 1 группы образцов дегидротермосшивку пленок СК осуществляли при остаточном давлении 10 – 20 мм рт.ст. и 120 °С. Образцы 2-й группы стабилизировали ультрафиолетовой (УФ) сшивкой — обработкой поверхности лампой Philips CLEO Compact (16 Вт, 254 нм, расстояние от облучателя до образца — 3 см). Сшивку пленок СК 3-й группы проводили в парах глутарового альдегида (ГА) при комнатной температуре в течение выбранного интервала времени (от 30 мин до 18 ч). В 4-ю группу входили образцы СК, стабилизированные традиционным методом сшивки биотканей — обработкой водным 25 % раствором ГА с конечной концентрацией в растворе коллагена от 0,0005 до 1,0 % (время обработки составляло 24 ч при комнатной температуре). Биодеградацию образцов оценивали методом ускоренных испытаний в фосфатном буфере (рН = 7,4, 37 °С, 1 ч), содержащем коллагеназу из расчёта 1 единица фермента на 1 мг сухого образца, реакцию останавливали при 4 °С (1 ч). При выборе оптимального метода сшивки контролем служили исходные пленки СК (потеря массы 66 ± 9 %). Обработка УФ-облучением слабо влияла на биодеградацию образцов СК (потеря массы 55 ± 5 %). В результате дегидротермосшивки степень биодеградации линейно уменьшалась по мере увеличения времени инкубации, и после 18 ч обработки потеря массы образцов СК практически отсутствовала. Было обнаружено, что уменьшение концентрации сшивающего агента ГА с 1,0 % до 0,001 % в растворе СК приводит к существенному снижению потери массы образцов от 20 ± 3 % до 5 ± 1 %. Сшивка образцов СК в парах ГА также вела к увеличению биостабильности пленок СК (потеря массы от 35 ± 5 % до 12 ± 2 %). В ряду исследованных 4-х методов сшивки оптимальными, с точки зрения повышения биостабильности коллагенсодержащих материалов, являются дегидротермообработка и сшивка в парах глутарового альдегида.
Ключевые слова: склеральный коллаген, дегидротермосшивка, глутаровый альдегид, УФ-облучение, коллагеназа, биодеградация.
Немец Евгений Абрамович — ФГБУ “ФНЦ трансплантологии и искусственных органов им. акад. В.И. Шумакова” Минздрава России (123182, г. Москва, Щукинская улица, д. 1), доктор биологических наук, специалист в области биоматериаловедения, тканевой инженерии, разработки гемосовместимых материалов и покрытий. E-mail: evgnemets@yandex.ru.
Панкина Анна Павловна — АНО “Институт медико-биологических исследований и технологий” (123557, г. Москва, Б. Тишинский переулок, д. 43/20 стр.2), лаборант-исследователь, специалист в области биоматериаловедения и биодеградации. E-mail: amagniya@yandex.ru.
Севастьянов Виктор Иванович — ФГБУ “ФНЦ трансплантологии и искусственных органов им. акад. В.И. Шумакова” Минздрава России (123182, г. Москва, Щукинская улица, д. 1), заведующий отделом биомедицинских технологий и тканевой инженерии, профессор, доктор биологических наук, специалист в области биоматериаловедения, тканевой инженерии и регенеративной медицины, систем доставки лекарственных веществ. E-mail: viksev@yandex.ru.
Ссылка на статью:
Немец Е. А., Панкина А. П., Севастьянов В. И.
Cравнительный анализ способов повышения биостабильности пленок коллагена. Перспективные материалы, 2017, № 3, с. 26 – 32.
Исследование влияния модифицирующих добавок
на газочувствительные свойства пленок на основе полиакрилонитрила к хлору
С. П. Коноваленко, Т. А. Бедная
Получены газочувствительные материалы на основе металлсодержащего полиакрило нитрила (ПАН) с различными добавками в виде солей металлов методом пиролиза под действием некогерентного ИК-излучения. Показано, что пленки ИК-пиролизованного ПАН обладают газочувствительными свойствами и могут быть применены в качестве чувствительного слоя энергоэффективных датчиков газов резистивного типа. Проведен анализ газочувствительных свойств материалов на основе ПАН с модифицирующими добавками в виде солей меди, серебра, кобальта для создания неподогревного сенсора газа. Рассчитан коэффициент газочувствительности к газу-окислителю хлору. Показано, что материалы на основе кобальтсодержащего ПАН имеют коэффициент газочувствительности не ниже 3,69 и на порядок превосходят значения коэффициента газочувствительности образцов медь- и серебросодержащего ПАН при идентичной концентрации детектируемого газа. Для изготовления чувствительного элемента сенсора на основе материала пленок кобальтсодержащего ПАН оптимальное содержание кобальта в растворе составляет 0,25 и 0,75 масс. %.
Ключевые слова: газочувствительные материалы, нанокомпозитные материалы, металлсодержащие органические полимеры, чувствительный элемент сенсора, ИК-отжиг.
Коноваленко Светлана Петровна — Таганрогский институт им. А.П. Чехова (филиал) ФГБОУ ВО “РГЭУ (РИНХ)” (347936 Россия, Ростовская область, г. Таганрог, ул. Инициативная, д. 48), кандидат технических наук, доцент, специалист в области сенсорных свойств металлорганических полимерных пленок. E-mail: svetlana_s12@mail.ru.
Бедная Татьяна Алексеевна — Политехнический институт (филиал) ФГБОУ ВО “ДГТУ” (347904 Россия, Ростовская область, г. Таганрог, ул. Петровская 109-а), кандидат технических наук, доцент, специалист в области сенсорных свойств металлорганических полимерных пленок. E-mail: bednayat@mail.ru.
Ссылка на статью:
Коноваленко С. П., Бедная Т. А.
Исследование влияния модифицирующих добавок на газочувствительные свойства пленок на основе полиакрилонитрила к хлору. Перспективные материалы, 2017, № 3, с. 33 – 40.
Структура и свойства сплава Mo – 9 Si – 8 B, полученного литьем
Р. А. Гайсин, В. М. Имаев, Р. А. Шаймарданов, Р. М. Имаев
Исследована микроструктуру, механические свойства на сжатие и сопротивление окислению сплава Mo – 9 Si – 8 B (ат. %), полученного литьем. Несмотря на формирование грубой дендритной структуры сплав в литом состоянии показал превосходную высокотемпературную прочность: предел текучести сплава при 1200 °С составил 700 МПа, максимальная прочность при сжатии — 750 МПа, что существенно превосходит прочностные свойства при этой температуре самых жаропрочных сплавов на основе никеля. Рассмотрены возможности повышения сопротивления окислению сплава путем измельчения дендритной структуры и получения мелкозернистой структуры, что способствует достижению более равномерного распределения в объеме матричной фазы и дисперсных интерметаллидных фаз.
Ключевые слова: сплавы на основе Mo – Si – B, микроструктура, высокотемпературные механические свойства
Гайсин Рамиль Айратович — Институт проблем сверхпластичности металлов РАН (450001, г. Уфа, ул. Степана Халтурина, 39), кандидат технических наук, научный сотрудник, специалист в области материаловедения и физики металлов. E-mail: ramilgaisin@gmail.com.
Имаев Валерий Мазитович — Институт проблем сверхпластичности металлов РАН (450001, г. Уфа, ул. Степана Халтурина, 39), доктор технических наук, заведующий лабораторией, специалист в области материаловедения и физики металлов. E-mail: vimayev@mail.ru.
Шаймарданов Руслан Айбулатович — Институт проблем сверхпластичности металлов РАН (450001, г. Уфа, ул. Степана Халтурина, 39), аспирант, стажер- исследователь, специалист в области материаловедения и литья. E-mail: ruslan.shaimardanov92@yandex.ru.
Имаев Ренат Мазитович — Институт проблем сверхпластичности металлов РАН (450001, г. Уфа, ул. Степана Халтурина, 39), доктор технических наук, старший научный сотрудник, заместитель директора по научной работе, специалист в области материаловедения и физики металлов. E-mail: renat_imayev@mail.ru.
Ссылка на статью:
Гайсин Р. А., Имаев В. М., Шаймарданов Р. А., Имаев Р. М.
Структура и свойства сплава Mo – 9 Si – 8 B, полученного литьем. Перспективные материалы, 2017, № 3, с. 41 – 48.
Структура и свойства материалов
из алюминидов никеля, полученных
с использованием различных технологий
Е. Е. Корниенко, Л. И. Шевцова, Н. С. Белоусова,
А. А. Никулина, А. И. Смирнов, В. И. Кузьмин, О. А. Рубцова
Рассмотрены структурные особенности материалов двухфазной области выбранной системы Ni – Al (Ni — 70 – 72 ат. %; остальное Al), полученных c использованием технологии плазменного напыления и искрового плазменного спекания. Покрытия из порошка ПН85Ю15 наносили на заготовки из низкоуглеродистой стали 20 по технологии воздушно- плазменного напыления с использованием узла кольцевого ввода и газодинамической фокусировки порошка. Искровым плазменным спеканием получали объемные образцы из порошка ПН85Ю15 цилиндрической формы диаметром 30 мм и высотой 5 – 6 мм. Структуру и фазовый состав полученных материалов исследовали методами оптической микроскопии, растровой электронной микроскопии, просвечивающей электронной микроскопии, а также рентгенофазового анализа. Было показано, что основные фазы (в масс. %) плазменных покрытий: Ni3 Al — 52,4 %, Ni5 Al3 — 47,6 %; спеченного материала: Ni3 Al — 95 %, NiAl — 5 %. Материал плазменных покрытий представляет собой зерна фазы Ni5 Al3 размерами до 5 мкм, по границам которых выделяется фаза Ni3 Al. В материале, полученном по технологии искрового плазменного спекания, наблюдаются два типа зерен — Ni3 Al и NiAl. Микротвердость спеченного материала меньше, чем плазменных покрытий (3500 – 4000 и 5500 – 6000 МПа, соответственно). Пористость спеченного материала и плазменных покрытий одинакова и составляет около 6 – 7 %.
Ключевые слова: интерметаллид, алюминид никеля, плазменное напыление, искровое плазменное спекание.
Корниенко Елена Евгеньевна — Новосибирский государственный технический университет (г. Новосибирск, 630073, проспект К. Маркса, 20), кандидат технических наук, доцент кафедры Материаловедение в машиностроении, специалист в области плазменного напыления и структурных исследований. E-mail: kornienko_ee@mail.ru.
Шевцова Лилия Ивановна — Новосибирский государственный технический университет (г. Новосибирск, 630073, проспект К Маркса, 20), кандидат технических наук, старший преподаватель кафедры Материаловедение в машиностроении, специалист в области получения порошковых композиционных материалов на основе алюминидов никеля. E-mail: edeliya2010@mail.ru.
Белоусова Наталья Сергеевна — Новосибирский государственный технический университет (г. Новосибирск, 630073, проспект К Маркса, 20), кандидат технических наук, доцент, специалист в области рентгенофазового анализа. E-mail: kapriz.ru@mail.ru.
Никулина Аэлита Александровна — Новосибирский государственный технический университет (г. Новосибирск, 630073, проспект К. Маркса, 20), кандидат технических наук, доцент, специалист в области сварки разнородных материалов. E-mail: aelita27@mail.ru.
Смирнов Александр Игоревич — Новосибирский государственный технический университет (г. Новосибирск, 630073, проспект К. Маркса, 20), кандидат технических наук, доцент, специалист в области просвечивающей электронной микроскопии. E-mail: a_smirnov@ngs.ru.
Кузьмин Виктор Иванович — Институт теоретической и прикладной механики им. С.А. Христиановича СО РАН (г. Новосибирск, 630090, ул. Институтская, 4/1), кандидат технических наук, старший научный сотрудник, специалист в области плазменно-порошковой наплавки и напыления различных функциональных и керамических покрытий. E-mail: vikuzmin57@mail.ru.
Рубцова Оксана Александровна — Новосибирский государственный технический университет (г. Новосибирск, 630073, проспект К. Маркса, 20), студент. E-mail: oksana.rubtsova@yandex.ru.
Ссылка на статью:
Корниенко Е. Е., Шевцова Л. И., Белоусова Н. С., Никулина А. А., Смирнов А. И., Кузьмин В. И., Рубцова О. А.
Структура и свойства материалов из алюминидов никеля, полученных с использованием различных технологий. Перспективные материалы, 2017, № 3, с. 49 – 58.
Получение и свойства пористой керамики на основе алюмомагниевой шпинели и диоксида циркония
Л. В. Морозова, М. В. Калинина, О. А. Шилова
Разработаны основы технологии получения пористой нанокерамики на основе алюмомагниевой шпинели (MgAl2O4) и диоксида циркония, стабилизированного в тетрагональной структуре (t-ZrO2) с открытой пористостью ≥ 40 %. Выявлено, что сочетание метода совместной кристаллизации растворов солей с последующей механохимической активацией кристаллогидратов позволяет получать нанодисперсные порошки-прекурсоры MgAl2O4 и t-ZrO2 (≤ 20 нм). Показана возможность регулирования величины открытой пористости и размера пор путем выбора оптимальной температуры спекания, а также вида и количества порообразующей добавки. Установлено, что увеличение объемной доли порообразователя в исходной массе порошка приводит к увеличению ширины распределения пор по размерам. Получена нанопористая керамика, размер пор составляет 25 – 100 нм для MgAl2O4 и 100 – 300 нм — для t-ZrO2. Разработана технологическая схема нанесения мембранного слоя α-Al2O3 на пористую матрицу из t-ZrO2.
Ключевые слова: совместная кристаллизация, нанопорошки, нанопористая керамика, открытая пористость, распределение пор по размерам.
Морозова Людмила Викторовна — Институт химии силикатов им. И.В. Гребенщикова РАН (199034 Санкт-Петербур, наб. Макарова, 2), кандидат химических наук, старший научный сотрудник, специалист в области физической химии и методов синтеза оксидных наноматериалов. E-mail: morozova_l_v@mail.ru.
Калинина Марина Владимировна — Институт химии силикатов им. И.В. Гребенщикова РАН (199034 Санкт-Петербур, наб. Макарова, 2), кандидат химических наук, старший научный сотрудник, специалист в области физико- химических свойств нанокристаллических оксидных материалов. E-mail: kalinina1000@gmail.com.
Шилова Ольга Алексеевна — Институт химии силикатов им. И.В. Гребенщикова РАН (199034 Санкт-Петербур, наб. Макарова, 2), доктор химических наук, заведующая лабораторией, специалист в области физической химии и технологии нанокомпозиционных стеклокерамических материалов. E-mail: olgashilova@bk.ru.
Ссылка на статью:
Морозова Л. В., Калинина М. В., Шилова О. А.
Получение и свойства пористой керамики на основе алюмомагниевой шпинели и диоксида циркония. Перспективные материалы, 2017, № 3, с. 59 – 68.
Перспективное использование отходов углеобогащения в производстве теплоизоляционного материала без применения природных
традиционных материалов
В. З. Абдрахимов, Е. С. Абдрахимова
Показано, что одним из перспективных направлений для получения теплоизоляционных материалов являются отходы углеобогащения (отходы топливно-энергетического комплекса). Получены теплоизоляционные материалы (керамические легковесные кирпичи), плотность которых не превышала 1250 кг/м3 на основе отходов углеобогащения без применения природного традиционного сырья. Разработаны инновационные предложения по использованию отходов углеобогащения в производстве теплоизоляционных материалов, новизна которых подтверждена 4 Патентами РФ. Исследуемые отходы углеобогащения имеют повышенную теплотворную способность (1800 – 2800 ккал/кг), поэтому такие отходы целесообразно использовать не только в качестве отощителей, но и в качестве выгорающих добавок, что позволит исключить использование в составах керамических масс антрацита, коксовой мелочи и др. Выгорающие добавки, содержащие повышенные количества органических соединений (потери при прокаливании ˃ 15 %) и оксида железа (Fe2 O3 более 3 %), не только повышают пористость керамических изделий, но также способствуют равномерному спеканию керамического черепка. Исследования показали, что в образцах, теплоизоляционных материалов в основном встречаются поры трех типов: щелевидные, изотермические и поры причудливой формы. Кроме того, в образцах присутствуют сравнительно крупные поры овальной формы и изометричные поры типа “каналов”. Именно эти поры определяют водопоглощение керамических материалов. Наличие пор и, следовательно, неоднородности материала, неблагоприятно сказываются на свойства керамических изделий, причем вредное влияние на механическую прочность вытянутых (щелевидных) пор оценивается приблизительно в 5 раз больше, чем округлых. Кроме этого, наличие щелевидных пор предполагает неполное завершение процессов спекания. Применение отходов топливно-энергетического комплекса в производстве керамических материалов позволит эффективно утилизировать промышленные отходы, сэкономить дефицитные традиционные природные материалы, расширить сырьевую базу строительных материалов и внести значительный вклад в охрану окружающей среды.
Ключевые слова: отходы углеобогащения, теплоизоляционные материалы, физико- механические показатели, пористость, топливно-энергетический комплекс.
Абдрахимов Владимир Закирович — Самарский государственный экономический университет, кафедра материаловедения (443090, Самара, ул. Советской Армии, 141), доктор технических наук, профессор, специалист в области физической химии силикатов. E-mail: 3375892@mail.ru.
Абдрахимова Елена Сергеевна — Самарский государственный аэрокосмический университет, кафедра химия (443086, Самара, ул. Московское шоссе, д. 34), кандидат технических наук, доцент, специалист в области физической химии силикатов. E-mail: 3375892@mail.ru.
Ссылка на статью:
Абдрахимов В. З., Абдрахимова Е. С.
Перспективное использование отходов углеобогащения в производстве теплоизоляционного материала без применения природных традиционных материалов. Перспективные материалы, 2017, № 3, с. 69 – 78.
