Новые технологии и многофункциональные материалы для обеспечения безопасности, надежности и энергоэффективностиНИР

New technologies and multifunctional materials for safety, reliability and energy efficiency

Источник финансирования НИР

госбюджет, раздел 0110 (для тем по госзаданию)

Этапы НИР

# Сроки Название
1 1 января 2016 г.-31 декабря 2016 г. Новые технологии и многофункциональные материалы для обеспечения безопасности, надежности и энергоэффективности
Результаты этапа: Проводилось исследование процессов функционализации углеродных материалов на основе терморасширенного графита, углеродных волокон и композитов на их основе. Основной целью работы являлось получение материалов с повышенной теплопроводностью, физико-механическими характеристиками, заданной газопроницаемостью. Были изучены процессы окисления материалов на основе терморасширенного графита и углеродных волокон, исследована газопроницамемость компактированного терморасширенного графита. Проведено постадийное исследование процесса формирования композиционного углерод-углеродного материала из фенол-формальдегидных пресс-материалов и исследована эволюция пористости, морфологии и физико-механических свойств получаемых материалов в зависимости от стадии процесса получения композита. Разработан метод получения легированных поликарбиновых производных составов {(CH)0,7[C(C6H5)]0,3[LTi]x}n, (L = [(tBu)2(C6H2)O][C(CF3)2O]; x = 0.05-0.1, основанный на взаимодействии галоидных алкилов и/или арилов с металлическим магнием в присутствии солей переходных металлов в условиях механохимической активации (планетарные мельницы). Методами элементного анализа, ЯМР, ИК, ЭПР - спектроскопии изучены состав и строение полученных соединений, физико-химические характеристики и каталитические свойства. Показано, что каталитические системы с поликарбиновым носителем проявляют высокую каталитическую активность в полимеризации непредельных соединений, на порядок превышающие известные системы Циглера-Натта. Исследовано влияния N,N’-диметилформамида (ДМФА), N,N’-диметилацетамида (ДМАА), N-метилпирролидона (NMP), хлороформа на газосорбционные свойства двух типов металлорганических каркасов (МОКП): мезопористого терефталат хрома (III) MIL-101, и цеолитоподобного имидазолята цинка ZIF-8. Установлено, что все амидные растворители практически полностью подавляют сорбционную способность МОКП по отношению к метану и в 5-20 раз уменьшают емкость по отношению к СО2. Частичная регенерация сорбентов достигается после обработки водой. Полученные результаты использованы при оптимизации методики приготовления композиционных мембранных материалов для достижения их максимальной газоразделительной способности. Для МОКП серии Basolite (Z1200, C300, F300, A100) изучено влияние ультразвуковой активации в ДМАА и этиловом спирте на их сорбционное поведение по отношению к метану в диапазоне давлений до 700 бар. Установлено, что в отличие от мезопористого терефталата хрома MIL-101 для данных соединений использованный вид обработки не приводит к повышению сорбционной емкости, а в случае С300 - Cu3(btc)2 - вызывает частичное разрушение каркасного соединения. Разработаны методики синтеза новых типов феноксииминных лигандов, металлирование которых гидридом натрия и последующим взаимодействием с хлоридом титана или бромидом никеля получены новые типы моно- и биядерных координационных соединений. Все полученные соединения исследованы в реакции олиго- и полимеризации этилена. Показано, что в зависимости от типа активатора реакция протекает либо с образованием олигомеров, либо с образованием полимеров. Так в присутствии Et2AlCl образуются олигомеры этилена С4-С8. В присутствии Et2AlCl/Bu2Mg образуются полимеры, в том числе и сверхвысокомолекулярный полиэтилен с молекулярными массами > 6000000. Синтезированы и исследованы новые типы ИМС на основе РЗЭ, обладающие высоким магнитным сопротивлением и коэрцитивной силой, перспективными для использования в качестве магнитных рефрижераторов, постоянных магнитов, датчиков магнитного поля, а также материалов с высокими термоэлектрическими свойствами В широком интервале давлений и температур с применением методов калориметрии, РФА, нейтронографии, электронной микроскопии и магнитных измерений исследовано взаимодействие водорода с интерметаллическими соединениями титана, циркония и РЗМ состава RT2, RT5, RT и R3T. Для ряда перспективных материалов определены термодинамические функции реакции взаимодействия с водородом. Методом дифракции нейтронов исследована структура дейтерида Ti0.34Mo0.66D1.0 определены типы позиций и их заселенность атомами дейтерия. Получены и исследованы диэлектрические, нелинейно-оптические свойства фаз переменного состава Ca 8-x Pb x MBi(VO 4 ) 7 , M 2+ = Zn 2+ , Mg 2+ , Cd 2+ , Ca 2+ , (0≤ x≤2) со структурой витлокита, найдены температуры фазовых переходов сегнетоэлектрик-параэлектрик. Наибольший сигнал генерации второй гармоники (ГВГ) обнаружен для составов Ca 7 PbCdBi(VO 4 ) 7 и Ca 6.5 Pb 1.5 CdBi(VO 4 ) 7. Синтезированы твердые растворы Ca 9.5–1.5x Bi x Cd(VO 4 ) 7 (0 ≤ x ≤ 1) с высокими значениями величины генерации второй гармоники (ГВГ), определены их нелинейно-оптические и диэлектрические свойства. Синтезирован новый антисегнетоэлектрик Sr 9 In(PO 4 ) 7 со структурами природного минерала витлокита. Изменения структуры Sr 9 In(PO 4 ) 7 при антисегнетоэлектрическом (АСЭ) фазовом переходе изучены методами рентгеновской дифрактометрии, электронной микроскопии, генерации второй оптической гармоники и диэлектрической спектроскопии.
2 1 января 2017 г.-31 декабря 2017 г. Новые технологии и многофункциональные материалы для обеспечения безопасности, надежности и энергоэффективности
Результаты этапа: Получены соединения на основе графита: оксид графита и интеркалированные соединения графита с пониженной температурой термического расширения. Изучено влияние условий синтеза на физико-химические свойства соединений графита и материалов на их основе. Получены и охарактеризованы карбонизующиеся смолы с высоким коксовым остатком на основе фенолформальдегидной смолы; углеродные и карбидные керамические материалы на основе широкого ряда связующих. Разработаны методы получения поликарбиновых полимеров, легированных атомами РЗМ (Dy, Nd, Eu) и Ge, изучены составы и строение полученных соединений. Будут разработаны методы термического и термобарического воздействия на полученные соединения для эффективного превращения в слои, содержащие легированные алмазные структуры и изучены их электрофизические и люминесцентные свойства. Получены лиганды NN, OO, ONO и ONNO -типов для получения координационных соединений никеля(+2) и титана(+3). Полученные соединения будут исследованы в качестве прекатализаторов в реакции олигомеризации этилена. Проведена постсинтетическая модификация интерметаллических соединений редкоземельных металлов методом термобарическай обработки. Получены новые материалы на основе ИМС редкоземельных элементов или их сплавы с уникальными магнитными свойствами. Исследовано взаимодействие водорода со сплавами и ИМС при высоких давлениях (до 2500 атм) Синтезированы новых материалов для хранения, компримирования и транспорта водорода, изучены их структуры и магнитных свойств. Проведено калориметрическое исследование взаимодействия в системах ИМС – водород. Установлены области существования нецентросимметричных и центросимметричных фаз в твердых растворах Ca 3-x Pb x (VO 4 ) 2 и Ca 9-x Mg x Bi(VO 4 ) 7, определены их нелинейно-оптические и диэлектрические свойства и температуры фазовых переходов сегнетоэлектрик параэлектрик. Выявлены и обоснованы факторы влияющие на нелинейно-оптические свойства и температуру фазового перехода. Определена кристаллическая структура соединения состава Ca9Y(VO4)7 на монокристалле и изучены диэлектрические и нелинейно-оптические свойства.
3 1 января 2018 г.-31 декабря 2018 г. Новые технологии и многофункциональные материалы для обеспечения безопасности, надежности и энергоэффективности
Результаты этапа: Проведено исследование, связанное с получением сорбентов нефти и жидких углеводородов на основе терморасширенного графита (ТРГ), содержащего ферритные фазы. Показано, что полученные образцы ТРГ содержат фазу феррита со структурой шпинели. Образцы ТРГ, содержащие CoFe2O4, NiFe2O4 и MgFe2O4 обладали намагниченностью насыщения (Ms), равной 42, 19 и 16 эме/г, а компакты плотностью 0,03 г/см3 - сорбционной емкостью 24 35 г/г по отношению к нефти и жидким углеводородам. Проведено исследование влияния глубины окисления графитовой матрицы и концентрации пропиточного раствора на содержание ферритной фазы, образующейся в составе ТРГ. Установлено, что таким образом можно изменять магнитные свойства ферритсодержащего ТРГ. Установлена продолжительность реакции окисления, необходимая для образования фазы оксида графита, а также получения однородных пленок на его основе. Для электрохимического метода синтеза установлено влияние количества электричества и силы тока на соотношение фаз оксид оксид графита : переокисленный графит. Проведены исследования по разработке инновационной технологии получения композиционных материалов на основе суперконструкционных термопластичных полимеров. Отработана методика растворения полимеров; разработаны способы нанесения растворов полимеров на поверхность волокон и тканей, коагуляции полимера на поверхностях субстратов, отмывки и сушки полученных полуфабрикатов; определена технология прессования препрегов и волокнитов в изделия. Синтезирована серия 5-членных диолатных комплексов титана (IV) и исследовано влияние структуры 1,2-диолатных лигандов на активность комплексов, и главным образом, на их способность катализировать получение «непереплетенного» СВМПЭ. Строение пре-катализатора, равно как и природа алюминий-органического активатора не оказывают существенного влияния на активность комплексов, находящуюся, при прочих равных условиях, в диапазоне 1829-3029 кг ПЭ моль-1час-1 атм-1. Синтезирован новый класс фенолоспиртовых и диольных лигандов. Получены координационные соединения титана(+4) с синтезированными лигандами. Получена новая циглеровская система состава TiCl4/2,2′-диметокси-1,1′-бинафталин /Et3Al2Cl3/Bu2Mg. Исследовано влияние температуры полимеризации в диапазоне 10–70°C. Показано, что в интервале температур от 10 до 300С Mv полимера изменяется незначительно, от 5.6 до 4.6·106 Da. Дальнейшее повышение температуры синтеза до 400С приводит к резкому, в два раза, уменьшению его молекулярной массы. В интервале от 40 до 700С Мv также изменяется незначительно. При этом каталитическая активность системы растает с повышением температуры. Методом прямого безрастворного формования реакторных порошков нами получены нити, которые по своим характеристикам можно отнести к типичным высокопрочным высокомодульным полимерным материалам. Синтезированы новые типы комплексов ванадия и титана с лигандами ОО-, ООО-типов. Исследованы каталитические свойства синтезированных соединений. Замена растворителя – толуола на легкий петролейный эфир привело к увеличению Mv полимера при неизменной активности. При снижении температуры процесса с 30°С до 20°С, активность существенно снизилась, но Mv полимера достиг значения 4.77 106. Показана возможность использования в качестве растворителя нефраса (ГОСТ 8505-80). Разработаны методы синтеза термореактивных смол на основе фторированных фталонитрилов, начаты исследования процесса отверждения и сравнительное исследование термоокисления полученных смол. Стандартные инициаторы полимеризации фталонитрилов, ароматические бисамины, не пригодны в случае фторированных систем. Разработан новый метод идентификации огнезащитных материалов методом термического анализа, включающий сравнение кривых потеря массы–температура для идентификатора и исследуемого образца с применением статистических алгоритмов. Разработаны рецептуры новых антикоррозионных материалов на основе уралкидных, полиуретановых, эпокидных полимерных связующих. Были проведены ускоренные климатические испытания покрытий на основе данных материалов, показавшие их высокую устойчивость к факторам различных климатических зон и условий эксплуатации. Проведены испытания огнезащитной эффективности ряда разработанных конструктивных материалов (плит и штукатурных составов) для огнезащиты металлоконструкций. Установлены зависимости расходов данных материалов от приведенной толщины и требуемой степени огнестойкости защищаемых металлоконструкций. Проведены поисковые работы по разработке технологии получения плитных материалов. Установлены оптимальные условия химико-термической обработки природных вермикулитов различных месторождений с целью получения пеновермикулитов с минимальной насыпной плотностью. Оптимальная температура обработки природных вермикулитов составила 700 °С. Разработан способ получения углеродных материалов низкой плотности путем термического разрушения измельченной графитовой фольги, насыщенной водными растворами: 1) аммиачной селитры, 2) карбамида или 3) поверхностно-активного вещества. Исследованы электрофизические свойства углеродных материалов низкой плотности и композитов вспученного вермикулита / углеродного материала низкой плотности. Определены пороги перколяции электропроводности для исследуемых систем. Рассчитаны критические показатели электропроводности в классической теории. В широком интервале давлений и температур исследовано взаимодействие водорода с со сплавами и интерметаллическими соединениями циркония, магния и РЗМ. На основе полученных результатов моделируются сплавы - материалы для аккумулирования и компримирования водорода. Изучено влияние катионов стронция на физико-химические свойства витлокитоподобных ванадатов. Для всех полученных образцов серии Ca9-xSrxIn(VO4)7 проведены измерения нелинейно-оптической активности при комнатной температуре. Наличие сигнала ГВГ подтверждает нецентросимметричный характер структуры синтезированных твердых растворов. Для ряда образцов системы Ca9-xSrxIn(VO4)7 получены температурные зависимости величины сигнала ГВГ. Методом Ритвельда показано, что во всех составах катионы индия размещаются в октаэдрической позиции М5. Катионы кальция и стронция занимают позиции М1, М2 и М3. Стронций предпочтительна размещается в позиции М3. Научную работу на кафедре ведет 32 студента и 15 аспирантов. В 2018 году защищены две диссертации на соискание ученой степени кандидата наук.
4 1 января 2019 г.-31 декабря 2019 г. Новые технологии и многофункциональные материалы для обеспечения безопасности, надежности и энергоэффективности
Результаты этапа: Продолжено исследование взаимодействия водорода с интерметаллическими соединениями титана, циркония и РЗМ в широком интервале давлений и температур и влияние внедрения водорода на их магнитные свойства. Впервые с использованием метода калориметрии измерены термодинамические значения изменения энтальпии реакции абсорбции (десорбции) водорода с рядом модельных сплавов со структурой фаз Лавеса. Синтезированы дейтериды на основе интерметаллических соединений титана и циркония и проведены нейтронографические измерения. Изучено влияние замещения различных катионов на физико-химические свойства витлокито- и шннлитоподобных классов соединений. Все полученные составы охарактеризованы стандартными методами анализа: дифракция рентгеновских лучей, генерация второй гармоники, люминесцентная и диэлектрическая спектроскопии. Показано, что все образцы твердых растворов Ca8MgSm1-х(PO4)7:xEu3+ имеют ромбоэдрическую структуру с пространственной группой R3c. В полученных твердых растворах Sr9-хCaxLu(VO4)7 (х = 9, 6, 0) и Sr9-хPbxLu(VO4)7 ( х = 0, 0.5, 1), показано, что полное замещение кальция на стронций не изменяет тип фазового перехода и значительно снижает его температуру фазового перехода. Частичное замещение стронция на свинец уменьшает значение сигнала генерации второй оптической гармоники и температуру фазового перехода, но не изменяет его тип. Проведено систематическое исследование процесса окисления гидрида магния водой в присутствии различных галогенидов переходных и непереходных металлов, а также галогенидов аммония. Показано, что реакция окисления ускоряется в присутствии всех перечисленных солей, но их влияние на выход водорода и время реакции различно. Изучено влияние механоактивационной обработки на водородгенерирующую способность гидрида магния при взаимодействии с водой и солевыми растворами. Установлено, что введение сухих солей в ходе механохимической обработки гидрида во всех случаях приводит к увеличению скорости реакции по сравнению со взаимодействием индивидуального гидрида магния с соответствующими солевыми растворами. Разработаны новые углеродные и керамические материалы с пониженной газопроницаемостью, повышенной коррозионной и окислительной стойкостью, созданы технологии обеспечения герметичности в условиях воздействия высоких температур для металлургической и нефтехимической промышленности. Разработаны новые керамические материалы и исследованы процессы их деструкции в условиях бортовой футеровки электролизеров цветной металлургии, исследованы зависимости газопроницаемости углеродных материалов на основе терморасширенного графита от химического процесса получения. Получены новые фторсодержащие мономеры изучена их активность в полимеризации. Показано, что фторированные фталонитрильные кольца не вступают в полимеризацию и сополимеризацию при инициировании реакции всеми описанными в литературе классами инициаторов. Полученные полимеры не обладали какими-либо преимуществами в термоокислительной стабильности по сравнению с известными фталонитрилами. В то же время использование в качестве отвердителей ароматических диаминов, содержащих фторированное центральное кольцо, привело к увеличению термоокислительной стабильности полученных полимеров. Таким образом, подтвердилось предположение Т. Келлера о том, что природа ароматического амина вносит серьезный вклад в формирование устойчивой к окислению полимерной сетки. При этом формирование устойчивой полимерной сетки из фторсодержащих фталонитрильных мономеров затруднено. Проведено изучение серии интумесцентных огнезащитных покрытий на основе полимерных связующих и подверженных термической деструкции наполнителей (окисленный графит, меламин, пентаэритрит). Установлены особенности поведения данных покрытий при термическом воздействии в зависимости от использованного типа связующего, газообразующих компонентов и аддитивов. Предложен новый подход к идентификации данных огнезащитных покрытий. Разработаны рецептуры новых огнезащитных составов на основе эпоксидных связующих. Изучена огнезащитная эффективность в условиях целлюлозного горения создаваемых на их основе покрытий в зависимости от типа используемой эпоксидной матрицы, терморасширяющихся компонентов, армирующих волокон и сеток. Предложены решения для обеспечения огнестойкости стальных конструкций до 100 мин в указанных условиях. Исследованы электрохимические свойства полимерного покрытия на основе производного трифениламина 4,4'',4"-трис (N,N-дифениламино) трифениламин (TDATA) и композитного материала, полученного in situ окислительной полимеризацией TDATA в присутствии одностенных углеродных нанотрубок (ОУНТ) – ПТДАТА–15 вес. % ОУНТ, нанесенных на графитовую фольгу (ГФ). Показано, что предварительная анодная обработка исходной ГФ значительно улучшает адгезию полимерной и композитной пленок к поверхности подложки и позволяет создавать на ней электроактивные полимерные покрытия поливом устойчивых дисперсий полимера и композита в муравьиной кислоте. Результаты исследований методами циклической вольтамперометрии (ЦВА) и зарядно-разрядных кривых электродов ПТДАТА и ПТДАТА–15 вес. % ОУНТ на активированной графитовой фольге (ГФА) сравнивали с данными для электродов Ni/ПТДАТА и Ni/ПТДАТА–15 вес. % ОУНТ для оценки влияния подложек на емкостные характеристики полимерной и композитной пленок в органическом (1 М LiClO4 в пропиленкарбонате) электролите. Использование модифицированной графитовой фольги в качестве токоотвода приводит к значительному повышению электрохимической емкости и стабильности покрытий. 1-Аминоспиро[2.3]гексан-1,5-дикарбоновая и 1-амино-5-(аминометил)спиро[2.3]гексан-1-карбоновая кислоты — конформационно-жесткие аналоги глутаминовой кислоты и лизина — получены исходя из 3-метилиденциклобутанкарбонитрила. Схема синтеза включает каталитическое [1+2]-циклоприсоединение нитродиазоуксусного эфира к двойной связи непредельного нитрила, последующие хемоселективное восстановление нитро- и цианогрупп и гидролиз сложноэфирного фрагмента. Полученные аминокислоты являются перспективными потенциальными лигандами ГАМК-рецепторов, исходными компонентами для получения синтетических пептидов, функционализированных дополнительной аминогруппой, а также новых комплексонов. Разработаны каталитические системы постметаллоценового типа на основе переходных металлов 4-6 и 10 групп для олиго- и сополимеризации олефинов. Получены прямые доказательства способности комплексов никеля (+2) проводить в гомогенных условиях олигомеризацию этилена и пропилена, а для комплексов титана(+4) и ванадия(+5) проводить реакцию полимеризации олефинов. Совместная полимеризация синтезированных каталитических систем позволит получать разветвленный полиэтилен, востребованный отечественной промышленностью.
5 1 января 2020 г.-31 декабря 2020 г. Новые технологии и многофункциональные материалы для обеспечения безопасности, надежности и энергоэффективности
Результаты этапа:
6 1 января 2021 г.-31 декабря 2021 г. Новые технологии и многофункциональные материалы для обеспечения безопасности, надежности и энергоэффективности
Результаты этапа:
7 1 января 2022 г.-31 декабря 2022 г. Новые технологии и многофункциональные материалы для обеспечения безопасности, надежности и энергоэффективности
Результаты этапа:
8 1 января 2023 г.-31 декабря 2023 г. Новые технологии и многофункциональные материалы для обеспечения безопасности, надежности и энергоэффективности
Результаты этапа:

Прикрепленные к НИР результаты

Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".

Прикрепленные файлы


Имя Описание Имя файла Размер Добавлен
1. приложение к плану проекта на 2020 год Spisok_publikatsij_kafedryi_HTiNM_za_2019_god.pdf 160,8 КБ 21 мая 2020 [Ilary1982]