Плазмохимическое модифицирование поверхности для регулирования биосовместимости полимерных материалов. Методики и установки
А. Б. Гильман, Т. С. Демина, П. С. Тимашев
Представлен обзор современного состояния проблемы модифицирования поверхности полимеров для использования в медицине и биологии. Проблема связана с возможностью получения и регулирования свойств биосовместимых материалов, пригодных для создания кровеносных сосудов, хирургических нитей, имплантатов, биосовместимых медицинских препаратов и т.п. Важными аспектами являются также совместимость полимеров с кровью, “инертность” поверхности (гидрофобность и отсутствие специфических функциональных групп для прикрепления и роста клеток) и недостаточные механические свойства (твердость и трение). Преодоление этих недостатков возможно путем модифицирования поверхности полимерных материалов с помощью методов химии высоких энергий, включающих воздействие низкотемпературной плазмы (высокочастотного, микроволнового и низкочастотного разрядов, диэлектрического барьерного разряда), облучение пучками электронов и ионов, воздействие лазерного излучения. Эти методы модифицирования полимерных материалов являются высокотехнологичными и экологически чистыми. В работе рассмотрены указанные выше методики, приведены описания и рисунки используемых промышленных и лабораторных установок, а также изменяющиеся в результате такого рода воздействий биологические и иные свойства полимерных материалов.
Ключевые слова: полимерные материалы, модифицирование в низкотемпературной плазме, установки и методики, биосовместимость.
DOI: 10.30791/1028-978X-2019-1-5-19
Гильман Алла Борисовна — Институт синтетических полимерных материалов им. Н.С. Ениколопова РАН (г. Москва, 117393, ул. Профсоюзная, д. 70), кандидат химических наук, старший научный сотрудник, Лауреат Государственной премии СССР, специалист в области плазмохимических процессов, в том числе модифицирования поверхности различных материалов. E-mail: gilmanab@gmail.com, plasma@ispm.ru.
Демина Татьяна Сергеевна — Институт синтетических полимерных материалов им. Н.С. Ениколопова РАН (Москва, 117393, ул. Профсоюзная, д. 70), Институт регенеративной медицины ФГАОУ ВО Первого Московского государственного медицинского университета имени И.М. Сеченова Министерства здравоохранения Российской Федерации (Сеченовский университет) (Москва, 119991, ул. Трубецкая, д. 8), кандидат химических наук, старший научный сотрудник ИСПМ РАН, ведущий научный сотрудник ИРМ Первого МГМУ им. И.М. Сеченова, специалист в области получения и модифицирования материалов медицинского назначения.
E-mail: detans@gmail.com.
Тимашев Петр Сергеевич — Институт регенеративной медицины ФГАОУ ВО Первого Московского государственного медицинского университета имени И.М. Сеченова Министерства здравоохранения Российской Федерации (Сеченовский университет) (Москва, 119991, ул. Трубецкая, д. 8), Институт проблем лазерных и информационных технологий РАН — филиал ФНИЦ “Кристаллография и фотоника” РАН (Москва, Троицк, 192148, ул. Пионерская, 2), Институт химической физики им. Н.Н. Семенова РАН (Москва, 119991, ул. Косыгина, д. 4), доктор химических наук, директор ИРМ Первого МГМУ им. И. М. Сеченова; ведущий научный сотрудник ИПЛИТ РАН, старший научный сотрудник ИХФ РАН, специалист в области получения и модифицирования материалов медицинского назначения. E-mail:
timashev.peter@gmail.com.
Ссылка на статью:
Гильман А. Б., Демина Т. С., Тимашев П. С. Плазмохимическое модифицирование поверхности для регулирования биосовместимости полимерных материалов. Методики и установки. Перспективные материалы, 2019, № 1, с. 5 – 19. DOI: 10.30791/1028-978X-2019-1-5-19
Использование констант ровингов из углеродных волокон и сверхвысокомолекулярного полиэтилена для расч¸та плотности однонаправленных композитов
В. И. Мамонов, И. К. Крылов
Представлена методика расчёта плотности и объёмной доли матрицы двухкомпонентных и гибридных композитов, армированных однонаправленными ровингами из углеродных волокон (УВ) и волокон сверхвысокомолекулярного полиэтилена (СВМП). В расчётах использованы экспериментально установленные константы указанных ровингов. Значения расчётной плотности и объёмной доли матрицы сравнивали с фактическими данными образцов. Образцы получены методом ручной пропитки ровингов эпоксидным связующим на открытом воздухе. Такой метод не позволяет сохранять заданный объём образца без контроля над объёмом. Влияние отклонений от заданного объёма на фактическую плотность образца и фактическую объёмную долю матрицы исследовали на образцах с контролируемым и неконтролируемым объёмом. Одновременно проверяли возможность контроля над заданным объёмом образца с помощью визуальной оценки количества удаляемых в процессе пропитки излишков смолы. Чтобы убедиться в том, что константы ровингов можно использовать для конструирования композитов, исходными данными расчётов служили различные концентрации и объёмные доли ровингов гибридных и двухкомпонентных композитов. В соответствии с этими данными были изготовлены образцы. Фактическую плотность образцов, установленную гидростатическим взвешиванием, сравнивали с расчётной. Значение фактической объёмной доли матрицы, выведенное из полученного объёма образца, сравнивали с расчётным. Сравнение показало, что экспериментальные данные совпадают с расчётами, если нет отклонений от заданных в расчётах параметров. Показано влияние отклонений от заданного объёма и других исходных данных на фактическую плотность и объёмную долю матрицы.
Ключевые слова: однонаправленные композиты; ровинги из углеродных волокон (УВ) и волокон сверхвысокомолекулярного полиэтилена (СВМП); фактическая и расчётная плотность; фактическая и расчётная объёмная доля матрицы, константы ровингов.
DOI: 10.30791/1028-978X-2019-1-20-30
Мамонов Владимир Иванович — Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН (г. Москва, 119334, Ленинский проспект 49), старший научный сотрудник, специалист в области экспериментального исследования волоконных композиционных материалов. E-mail: Voletic@mail.ru.
Крылов Игорь Константинович — Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН (г. Москва, 119334, Ленинский проспект 49), старший научный сотрудник, специалист в области экспериментального исследования волоконных композиционных материалов.
E-mail: igorgra97@gmail.com.
Ссылка на статью
Мамонов В. И., Крылов И. К. Использование констант ровингов из углеродных волокон
и сверхвысокомолекулярного полиэтилена для расчёта плотности однонаправленных композитов. Перспективные материалы, 2019, № 1, с. 20 – 30. DOI: 10.30791/1028-978X-2019-1-20-30
Магнитотворные термоэлектрические материалы
на основе слоистых кристаллов семейства
[(Ge, Sn, Pb)Te]m [(Bi, Sb)2(Te, Se)3]n (m, n = 0, 1, 2 …)
с неизовалентным катионным замещением
М. А. Коржуев, Е. С. Авилов, М. А. Кретова
Исследованы безразмерная термоэлектрическая добротность и магнитотворная способность “естественных” наноструктур — слоистых тройных сплавов (ТС) семейства [(Ge, Sn, Pb)(Te, Se)]m [(Bi,Sb)2(Te,Se)3]n, с неизовалентным катионным замещением (Ge, Sn, Pb « Bi, Sb). При переходе от бинарных сплавов (БС) к ТС наблюдали образование фазы “фононное стекло – электронный кристалл” (ФСЭК) и ее последующее вырождение, сопровождавшееся резким увеличением концентрации носителей тока в образцах
(n, p = 1019 ® 1020 см–3). В результате величина термоэлектрической добротности образцов понижалась, а величина магнитотворной способности существенно увеличивалась, что связывается в работе с вырождением фазы ФСЭК в ТС при неизовалентном катионном замещении. Сравнение с известными термоэлектрическими материалами (ТЭМ) (металлами, полуметаллами и полупроводниками), используемыми для получения магнитных полей H в контурах короткозамкнутых ТП, показало, что исследованные ТС, образуют новый класс магнитотворных ТЭМ с повышенными значениями параметров магнитотворной способности.
Ключевые слова: собственные магнитные поля термопар, магнитотворные термоэлектрические материалы, слоистые кристаллы, тройные сплавы, неизовалентное катионное замещение, фаза “фононное стекло – электронный кристалл” (ФСЭК).
DOI: 10.30791/1028-978X-2019-1-31-45
Коржуев Михаил Александрович — Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт металлургии и материаловедения им. А.А.Байкова РАН (119334, Москва, Ленинский пр., д. 49), кандидат физико-математических наук, ведущий научный сотрудник, специалист в области физики кристаллов. E-mail: korzhuev@imet.ac.ru.
Авилов Евгений Семенович — Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт металлургии и материаловедения им. А.А.Байкова РАН (119334, Москва, Ленинский пр., д. 49), кандидат технических наук, ведущий научный сотрудник, специалист в области полупроводникового материаловедения. E-mail: avilov@imet.ac.ru.
Кретова Марина Анатольевна — Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт металлургии и материаловедения им. А.А.Байкова Российской академии Наук (119334, Москва, Ленинский пр., д. 49), научный сотрудник, специалист в области разработки и исследования термоэлектрических материалов. E-mail: kretova@imet.ac.ru.
Ссылка на статью:
Коржуев М. А., Авилов Е. С., Кретова М. А. Магнитотворные термоэлектрические материалы на основе слоистых кристаллов семейства [(Ge, Sn, Pb)Te]m [(Bi, Sb)2(Te, Se)3]n (m, n = 0, 1, 2 …) с неизовалентным катионным замещением. Перспективные материалы, 2019, № 1, с. 31 – 45. DOI: 10.30791/1028-978X-2019-1-31-45
Термоэлектрические и упругие свойства
углеродных нанотрубок после облучения их
электронами высоких энергий
Г. Ю. Михайлова, М. М. Нищенко , В. Н. Пименов,
Е. Е. Старостин, В. И. Товтин
Экспериментально исследованы электропроводности, термо-ЭДС и коэффициент упругости многослойных углеродных нанотрубок (УНТ) при воздействии радиационного облучения при комнатной температуре. Исходные УНТ размером 18 ± 7 нм были получены методом химического осаждения из газовой фазы (CVD — chemical vapor deposition), прекурсор пропан-бутан. Облучение исходных УНТ проводили на циклическом ускорителе электронов “Микротрон-CТ” с энергией 21 МэВ и дозами электронов: 0,3·1017, 0,7·1017, 1,1·1017 и 1,5·1017 см–2. Свойства исходных и облученных образцов измеряли в диэлектрическом цилиндре. Получены значения критических параметров УНТ перехода диэлектрик – металл: плотность массива (r1), величина упругой деформации УНТ (rrel), максимальное значение электропроводности (smax), коэффициента упругой деформации (e). Облучение образцов УНТ приводит к снижению термо-ЭДС (коэффициент Зеебека (a)) на 50 % и более по сравнению с необлученными образцами, что связано с образованием радиационных дефектов.
Ключевые слова: облучение, углеродные нанотрубки, электропроводность, термо-ЭДС дефекты.
DOI: 10.30791/1028-978X-2019-1-46-53
Михайлова Галина Юрьевна — Институт металлофизики Национальной академии наук Украины (НАНУ) (Украина, 03142, Киев, бульвар Академика Вернадского, 36), кандидат физико-математических наук, научный сотрудник, специалист в области электропроводности. E-mail: mihajlova.halina@gmail.com.
Нищенко Михаил Маркович — Институт металлофизики Национальной академии наук Украины (НАНУ) Украина, 03142, Киев, бульвар Академика Вернадского, 36), доктор физико-математических наук, старший научный сотрудник, заведующий отделом, cпециалист в области электронной структуры и электронных свойств. Скончался в 2018 г.
Пименов Валерий Николаевич — Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова Российской академии наук (Москва, 119334, Ленинский проспект,49), доктор физико-математических наук, заведующий лабораторией, специалист в области космического и радиационного материаловедения. E-mail: pimval@mail.ru.
Старостин Евгений Евгениевич — Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова Российской академии наук (Москва, 119334, Ленинский проспект,49), старший научный сотрудник, специалист в области радиационного материаловедения.
Товтин Василий Иванович — Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова Российской академии наук (Москва, 119334, Ленинский проспект,49), кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник, специалист в области радиационного материаловедения. E-mail: tovtinv@list.ru.
Ссылка на статью:
Металлокерамические пористые проницаемые материалы с каталитическими свойствами
М. С. Канапинов, Г. М. Кашкаров, Т. В. Новоселова,
А. А. Ситников, Н. П. Тубалов
Получены пористые материалы, основу шихты которых составляли промышленные отходы машиностроительных предприятий, представляющие собой оксиды металлов (окалина легированной стали), металлические порошки и руда полиметаллов — бастнезит, содержащий редкоземельный элемент – церий. Разработаны составы шихт для получения пористых проницаемых металлокерамических материалов на основе оксидов металлов с добавлением размола руды полиметаллов (бастнезита). Исследовано влияние бастнезита на физико-механические и функциональные свойства материалов, полученных методом сароспространяющегося высокотемпературного синтеза. Показано, что фильтры-нейтрализаторы из материалов с добавками бастнезита, обладают каталитическими свойствами и успешно используются при очистке отработавших газов двигателей внутреннего сгорания.
Ключевые слова: пористые металлокерамические материалы, СВС-процессы, пористость, извилистость, коэффициент проницаемости, руда бастнезита, церий, торий, каталитический материал, отработавшие газы двигателей внутреннего сгорания.
DOI: 10.30791/1028-978X-2019-1-54-64
Канапинов Медет Серикович — Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова, аспирант. Россия, 656038, г. Барнаул, пр. Ленина, 46. Специалист в области материаловедения. E-mail: mega_bum_90@mail.ru.
Кашкаров Геннадий Михайлович — Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова (Россия, 656038, г. Барнаул, пр. Ленина, 46), кандидат технических наук, доцент, специалист в области самораспространяющегося высокотемпературного синтеза. E-mail: kashkarovGM@mail.ru.
Новоселова Татьяна Васильевна — Политехнический институт — (филиал ФГБОУ ВПО “Донской государственный технический университет”) (Россия, 347904, г. Таганрог, ул. Петровская, 109-а), старший преподаватель, специалист в области материаловедения. E-mail: tanovos@mail.ru.
Ситников Александр Андреевич — Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова (Россия, 656038, г. Барнаул, пр. Ленина, 46), доктор технических наук, профессор, специалист в области материаловедения. E-mail: sitalan@mail.ru.
Тубалов Николай Павлович — Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова (Россия, 656038, г. Барнаул, пр. Ленина, 46), доктор технических наук, профессор, специалист в областях материаловедения и самораспространяющегося высокотемпературного синтеза. E-mail: manemale@mail.ru.
Ссылка на статью:
Канапинов М. С., Кашкаров Г. М., Новоселова Т. В., Ситников А. А., Тубалов Н. П. Металлокерамические пористые проницаемые материалы с каталитическими свойствами. Перспективные материалы, 2019, № 1, с. 54 – 64. DOI: 10.30791/1028-978X-2019-1-54-64
Микроструктура керамики, полученной
в процессе высокотемпературного окисления титановой фольги в рамках подхода
окислительного конструирования
В. Ю. Зуфман, И. А. Ковалев, А. И. Огарков, С. В. Шевцов,
А. В. Шокодько, Г. П. Кочанов, Т. Н. Пенкина, А. А. Фомина,
А. С. Чернявский, К. А. Солнцев
Установлены кинетические закономерности процесса высокотемпературного окисления титановой фольги и проведена характеризация микроструктуры образующегося рутила. Кинетика процесса окисления титановой фольги описывается экспоненциальным законом. Показано влияние объема образца на скорость рассматриваемого процесса. Формирующейся плотной рутильной керамике свойственна слоистая структура; с увеличением продолжительности процесса происходит объединение субслоев. На свободной поверхности рутил/воздух обнаруживаются микрокристаллы, укрупнение которых посредством собирательной рекристаллизации происходит с увеличением продолжительности процесса; при длительной термообработке наблюдается их деструкция. На свободной поверхности рутил/титан и свободной поверхности центральной части образца при длительных временах термообработки формируются микрокристаллы с несовершенной структурой, направление роста которых носит разориентированный характер.
Ключевые слова: титан, окислительное конструирование, рутил, керамика, кинетика, микроструктура.
DOI: 10.30791/1028-978X-2019-1-65-72
Зуфман Валерий Юрьевич — Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН (г. Москва), младший научный сотрудник, специалист в области материаловедения и неорганической химии, e-mail: vyuz@yandex.ru.
Ковалев Иван Александрович — Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН (г. Москва), кандидат химических наук, научный сотрудник, специалист в области материаловедения и неорганической химии. E-mail: vankovalskij@mail.ru.
Огарков Александр Игоревич — Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН (Москва, 119334, Ленинский пр. 49), младший научный сотрудник, специалист в области материаловедения и неорганической химии. E-mail: ogarkov_al@rambler.ru.
Шевцов Сергей Владимирович — Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН (Москва, 117334, Ленинский пр. 49), кандидат химических наук, научный сотрудник, специалист в области материаловедения и неорганической химии. E-mail: shevtsov_sv@mail.ru.
Шокодько Александр Владимирович — Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН (Москва, 119334, Ленинский пр. 49), кандидат технических наук, научный сотрудник, специалист в области материаловедения и неорганической химии. E-mail: shokodjko@rambler.ru.
Кочанов Герман Петрович — Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН (Москва, 119334, Ленинский пр. 49), начальник участка обработки керамических материалов, специалист в области материаловедения. E-mail: guerman-v@yandex.ru.
Пенкина Татьяна Николаевна — Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН (Москва, 119334, Ленинский пр. 49), старший научный сотрудник, руководитель группы классических методов анализа, специалист в области анализа природных и промышленных объектов. E-mail: t-penka-01@yandex.ru.
Фомина Алла Алексеевна — Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН (Москва, 119334, Ленинский пр. 49), научный сотрудник, руководитель группы пробоподготовки, специалист в области количественного элементного анализа природных и промышленных объектов. E-mail: fomina2402@mail.ru.
Чернявский Андрей Станиславович — Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН (Москва, 119334, Ленинский пр. 49), кандидат технических наук, старший научный сотрудник, специалист в области материаловедения и неорганической химии. E-mail:
andreych_01@mail.ru.
Солнцев Константин Александрович — Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН (г. Москва), доктор химических наук, профессор, академик РАН, научный руководитель Института, заведующий лабораторией, главный научный сотрудник, специалист в области материаловедения и неорганической химии. E-mail: solntsev@pran.ru.
Ссылка на статью:
Зуфман В. Ю., Ковалев И. А., Огарков А. И., Шевцов С. В., Шокодько А. В., Кочанов Г. П., Пенкина Т. Н., Фомина А. А., Чернявский А. С., Солнцев К. А. Микроструктура керамики, полученной в процессе высокотемпературного окисления титановой фольги в рамках подхода окислительного конструирования. Перспективные материалы, 2019, № 1, с. 65 – 72. DOI: 10.30791/1028-978X-2019-1-65-72
Влияние наночастиц нитрида алюминия
на структуру, фазовый состав и свойства материалов
на основе TiB/Ti, полученных методом СВС-экструзии
А. В. Болоцкая, М. В. Михеев, П. М. Бажин,
А. М. Столин, Ю. В. Титова
Методом СВС-экструзии получены компактные керамические длинномерные образцы из материала на основе моноборида титана, модидифицированного малыми добавками нитрида алюминия (3 и 5 масс. %), полученного по азидной технологии самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС-Аз). Показано, что малые добавки наноразмерного порошка нитрида алюминия оказывают существенное влияние на фазовый состав, структуру и физико-механические свойства получаемых методом СВС-экструзии компактных образцов. Результаты сканирующей электронной микроскопии показали значительное измельчение зерен основной фазы моноборида титана в модифицированных образцах. Наибольшее измельчение зерна моноборида титана наблюдается с увеличением доли наноразмерного порошка AlN до 5 масс. %. Проведены измерения характеристик горения (температуры и скорости горения) в установке, моделирующей реальные условия протекания СВС-экструзии. Установлено, что в процессе горения при содержании в исходной шихте 3 масс. % AlN происходит его взаимодействие с титановой матрицей с образованием МАХ-фаз Ti2AlN и Ti4AlN3. При содержании 5 масс. % AlN происходит его разложение в процессе горения с образованием нитридов титана и чистого алюминия, при этом в материале образуются следующие фазы TiB, TiB2, Ti2AlN. Показано, что полученные модифицированные компактные керамические материалы, обладают более высокими показателями микротвердости по сравнению с образцами, полученными без использования наномодифицирующих добавок AlN.
Ключевые слова: самораспространяющийся высокотемпературный синтез, композиционный материал, СВС-экструзия, СВС-Аз, нанопорошок, модифицирование.
DOI: 10.30791/1028-978X-2019-1-73-80
Болоцкая Анастасия Вадимовна — Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения им. А.Г. Мержанова Российской академии наук (г. Черноголовка, 142432, ул. Академика Осипьяна, 8), аспирант, младший научный сотрудник, специалист в области СВС-процессов. E-mail:. E-mail: moon@ism.ac.ru.
Михеев Максим Валерьевич — Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения им. А.Г. Мержанова Российской академии наук
(г. Черноголовка, 142432, ул. Академика Осипьяна, 8), соискатель, младший научный сотрудник, специалист в области СВС-процессов. E-mail:
mixeev777@rambler.ru.
Бажин Павел Михайлович — Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения им. А.Г. Мержанова Российской академии наук
(г. Черноголовка, 142432, ул. Академика Осипьяна, 8), кандидат технических наук, старший научный сотрудник, специалист в области СВС-процессов. E-mail: olimp@ism.ac.ru.
Столин Александр Моисеевич — Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения им. А.Г. Мержанова Российской академии наук (г. Черноголовка, 142432, ул. Академика Осипьяна, 8), доктор физико-математических наук, профессор, заведующий лаборатории, специалист в области СВС-процессов. E-mail: amstolin@ism.ac.ru.
Титова Юлия Владимировна — Федеральное государственное бюджетное учреждение высшего образования Самарский государственный технический университет (г. Самара, 443100, ул. Молодогвардейская, 244), кандидат технических наук, доцент, специалист в области СВС-процессов. E-mail: Titova600@mail.ru.
Ссылка на статью:
Болоцкая А. В., Михеев М. В., Бажин П. М., Столин А. М., Титова Ю. В. Влияние наночастиц нитрида алюминия на структуру, фазовый состав и свойства материалов на основе TiB/Ti, полученных методом СВС-экструзии. Перспективные материалы, 2019, № 1, с. 73 – 80. DOI: 10.30791/1028-978X-2019-1-73-80
