Автор: norAdmin

С.А. Бибанаева, Е.А. Богданова, И.М. Скачков
ФГБУН «Институт химии твердого тела Уральского отделения РАН»

Аннотация: В статье обсуждается возможность получения композиционных материалов на основе наноструктурированного гидроксиапатита, синтезированного методом осаждения из раствора, и синтетических цеолитов путем механохимичекого синтеза. Синтезированные образцы аттестованы с использованием современных физико-химических методов анализа. Показано влияние качественного, количественного состава композита и режимов температурной обработки на протекание процессов спекания, прочностные характеристики исследуемых образцов. Экспериментально установлено, что максимальными прочностными характеристиками и постоянным составом обладает образец на основе гидроксиапатита, содержание армирующей добавки в котором составляет 15 масс.%. Также установлено, что композит гидроксиапатит-цеолит проявляет сорбционные свойства в отношении тяжелых металлов и фтора. Проведенные исследования позволяют рекомендовать полученные образцы для дальнейших исследований с целью введения его не только в медицинскую практику, но и как сорбционный материал для извлечения ионов из водных растворов.
Ключевые слова: гидроксиапатит, синтетический цеолит, композиционные материалы, микротвердость, сорбция

Д.В. Белов^1,2, С.Н. Беляев^1,2, П.А. Юнин², А.А. Назаров^2
1 ФГБНУ «Федеральный исследовательский центр Институт прикладной физики им. А.В. Гапонова-Грехова Российской академии наук»
² Институт физики микроструктур – филиал ИПФ РАН

Аннотация: В работе исследована биокоррозия сплавов алюминия Д16Т и АМг6 в условиях воздействия микроскопических грибов. Показано, что микромицеты продуцируют активные формы кислорода – супероксидный анион-радикал, пероксид водорода, инициирующие биокоррозию металлов. Методом энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии определен состав продуктов биокоррозии Д16Т и АМг6 после экспозиции сплавов на газоне консорциума микромицетов. Проведено рентгенофазовое исследование продуктов биокоррозии сплавов. Сканирующей электронной микроскопией и рентгенодифракционным анализом показано образование наноразмерных и субмикронных кластеров меди. Предложен физико-химический механизм биокоррозии сплавов алюминия микроскопическими грибами. Высказано предположение о механизме работы систем «нульвалентный металл – пероксид водорода», которые могут запускать каскад реакций, ведущих к деструктивному окислению металлов. В работе дана попытка объяснения роли биопленок сообщества микроскопических грибов как основного фактора микологической коррозии металлов.
Ключевые слова: биокоррозия, микробиологическая коррозия, сплавы алюминия Д16Т, АМг6, нульвалентный алюминий, нульвалентная медь, микроскопические грибы, активные формы кислорода, супероксидный анион-радикал, пероксид водорода, кластеры меди

З.В. Шомахов¹, С.С. Налимова², А.А. Рыбина², С.С. Бузовкин², З.Х. Калажоков¹, В.А. Мошников^2
1 ФГБОУ ВО «Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М. Бербекова»
² ФГАОУ ВО «Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета «ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина)»

Аннотация: В настоящее время адсорбционные газовые сенсоры представляют большой интерес для мониторинга состояния окружающей среды. Среди подходов к улучшению их свойств выделяют синтез наноструктурированных материалов различной формы и модифицирование химического состава оксидов металлов. Целью этой работы является разработка способов улучшения сенсорных свойств наностержней оксида цинка за счет изменения структуры поверхности при обработке в растворах соединений олова и железа, а также добавлении дополнительных прекурсоров непосредственно при их синтезе. Слои, состоящие из наностержней оксида цинка, получены гидротермальным методом. На их основе синтезированы тройные оксидные наносистемы Zn-Sn-O и Zn-Fe-O при обработке наностержней оксида цинка в растворах, содержащих станнат калия и сульфат железа, соответственно. Также наностержни были получены синтезом из раствора, содержащего, помимо основных прекурсоров, бромид натрия. Химический состав поверхности проанализирован с помощью рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии. Сенсорные свойства исследованы при детектировании паров ацетона, изопропанола и метанола. Показано, что сенсорный отклик полученных образцов превышает отклик исходных наностержней оксида цинка. Наилучшим откликом обладают образцы тройной оксидной системы Zn-Sn-O. Улучшение сенсорного отклика может быть связано с увеличением содержания адсорбированных ионов кислорода на поверхности образцов, наличием катионов металлов с разными свойствами, а также образованием гетеропереходов.
Ключевые слова: газовые сенсоры, оксиды металлов, наноматериалы, оксид цинка, рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия, адсорбционные центры

Д.Д. Тумаркина¹, О.Я. Бутковский¹, А.В. Болачков¹, А.А. Бурцев^2
1 ФГБОУ ВО «Владимирский государственный университет имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых»
² Институт проблем лазерных и информационных технологий РАН – филиал ФГУ «ФНИЦ «Кристаллография и фотоника» РАН»

Аннотация: В работе представлены эксперименты по кристаллизации из расплава с анализом морфологии возникающих кристаллических структур, показаны примеры возникновения сложных дендритных кристаллов. С помощью энергодисперсионного рентгеновского анализа проведены исследования микроэлементного анализа областей воздействия двух импульсного лазерного излучения на поверхности нержавеющей стали для параметров облучения, соответствующих появлению в области воздействия дендритных структур. Показано, что именно в областях дендритов происходит выравнивание концентраций всех компонентов нержавеющей стали марки AISI 304. Оценки энтропии смешения по экспериментальным данным показали, что в области поверхностных дендритов или их скоплений поверхностная энтропия смешения соответствует по своему значению высокоэнтропийному сплаву. Исходя из принципа максимального производства энтропии проведен расчет температуры фазового перехода. Несмотря на то, что дендритная кристаллизация должна снижать энтропию системы, эксперименты демонстрируют, что энтропия сплава возрастает. Предварительно можно сделать заключение, что этот процесс связан с высоким содержанием кислорода в области формирования дендритных кристаллов после лазерного воздействия. Приведенные в работе результаты позволяют сделать вывод, что формирование структур со сложной морфологией происходит после термоокислительной абляции.
Ключевые слова: двухимпульсная лазерная абляция, дендритные кристаллы, высокоэнтропийные сплавы, энтропия смешения, энтропийная проводимость

К.В. Сулиз¹, Н.Ю. Сдобняков², А.В. Первиков^1
1 ИФПМ СО РАН
² ФГБОУ ВО «Тверской государственный университет»

Аннотация: В данной работе впервые методом совместного электрического взрыва проволочек различных металлов/сплавов получены наночастицы многокомпонентного сплава CoMoFeNiCu, обладающего высокой активностью в реакции разложения аммиака. Показано, что полученные образцы представлены сферическими частицами со средним размером порядка 40 нм. Кристаллическая структура наночастиц содержит ГЦК, ОЦК фазу, а также фазу, соответствующую, интерметаллическому соединению Fe₂Mo. Данные энергодисперсионного анализа показывают, что в полученных образцах наблюдается два характера сегрегации меди в объеме частиц: обогащение центральной области частиц и выделение на поверхности с формированием структуры, характерной для Янус-частиц. Полученные данные указывают на необходимость привлечения методов атомистического моделирования к поиску оптимальных количественных составов наночастиц многокомпонентных сплавов, обеспечивающих необходимую структуру и функциональные свойства. Отмечены перспективы применения атомистического моделирования к высокоэнтропийным сплавам.
Ключевые слова: наночастицы, высокоэнтропийные сплавы, электрический взрыв, катализ, порошок

К.В. Сулиз, А.В. Первиков
ИФПМ СО РАН

Аннотация: В данной работе впервые методом совместного электрического взрыва проволочек металлов Al, Cu, Ni и сплавов 20Х80Н, 29НK в атмосфере аргона были получены образцы наночастиц многокомпонентного сплава AlCuNiCoCrFe. В качестве базового режима взрыва проволочек был выбран режим, близкий к согласованному, что позволило минимизировать влияние энергии дуговой стадии разряда на структурнофазовое состояние формирующихся наночастиц. Показано, что полученные образцы представлены сферическими частицами с размерами от 15 до 500 нм. Среднечисленный размер наночастиц полученных образцов варьируется от 40 до 58 нм. Распределение частиц по размерам описывается нормально-логарифмическим законом, кристаллическая структура частиц соответствует твердым растворам замещения с ОЦК и/или ГЦК решеткой. Увеличение содержания Al в продуктах взрыва приводит к увеличению содержания в образцах фазы с ОЦК решеткой, тогда как увеличение содержания Cu к увеличению фазы с ГЦК решеткой. Полученные образцы могут быть использованы электрокатализе.
Ключевые слова: наночастицы, высокоэнтропийные сплавы, структурно-фазовое состояние, электрический взрыв, ток, напряжение, порошок

В.В. Столяров
ФГБУН «Институт машиноведения им. А.А. Благонравова Российской академии наук»

Аннотация: Статья посвящена обзору структурных факторов, влияющих на трибологическое поведение без смазки наноструктурных металлов и сплавов. Научное значение данной темы связано с пониманием механизмов износа и возможностью его прогнозирования при длительной эксплуатации. Особое внимание сфокусировано на влиянии размера зерен в интервале 0,01-10 мкм, как одного из наиболее важных структурных параметров. Сделан акцент на ультрамелкозернистые материалы, полученные интенсивной пластической деформации, и нанокристаллические материалы, полученные не деформационными методами напыления и осаждения. Показано, что нанокристаллические пленки на поверхности контакта являются более предпочтительными для повышения износостойкости, поскольку более устойчивы к структурно-фазовым превращениям в процессе трения. Среди чистых металлов, как объектов без фазовых превращений, рассматриваются медь, никель, алюминий и титан. Как пример более сложных объектов, представлены сплавы на основе титана (интерметаллидное соединение с памятью формы TiNi и двухфазный сплав Ti-Al-V). Кроме классической схемы трения при макроперемещении индентора на контактной поверхности, рассматривается фреттинг-трение при микроперемещении.
Ключевые слова: скольжение, износ, коэффициент трения, наноструктура, фреттинг, шероховатость

В.М. Скачков, Л.А. Пасечник, И.С. Медянкина, Н.А. Сабирзянов
ФГБУН «Институт химии твердого тела Уральского отделения Российской академии наук»

Аннотация: В данной статье представлены результаты исследования свойств трех диффузионно-твердеющих  припоев на основе легкоплавких сплавов галлия и порошка сплава медь-олово после введения инертных металлических порошков титана, циркония и гафния в количестве 5% каждого, что составляет добавку в 15 мас.%. После термической обработки при невысоких температурах (125°С) в течение 24 часов, и после высокотемпературной обработки (600°С) в течение 6 часов оценена микротвердость полученных композиционных диффузионно-твердеющих припоев. Относительно длительная термическая обработка при невысоких температурах не приводит композиции к достижению равновесных состояний, возможные физикохимические превращения не полностью в них протекают, что показывает увеличение твердости образцов после высокотемпературной обработки. Рентгенофазовым анализом определены образующиеся в результате диффузионного твердения фазы, образующие микро- и наноразмерные интерметаллические соединения, выделяющееся металлическое олово в виде наноразмерных выделений в межзеренном пространстве. Металлические порошки-наполнители, инертные при низкой температуре к воздействию, но хорошо смачиваемые галлием при высоких температурах с ним взаимодействуют, образуя наноразмерные интерметаллические соединения, дополнительно упрочняя композиционные припои.
Ключевые слова: композиционные диффузионно-твердеющие припои, металлический порошок, титан, цирконий, гафний, свойства, микротвердость, дифференциальнотермический анализ

В.М. Скачков
ФГБУН «Институт химии твердого тела Уральского отделения Российской академии наук»

Аннотация: В статье рассмотрено влияние порошка металлического ванадия на свойства диффузионно-твердеющего припоя на основе легкоплавкого сплава галлийолово и твердой компоненты состоящей из порошка сплава медь-олово. После введения порошка металлического ванадия в количестве 5, 10 и 15 мас.% образцы припоя подвергали термической обработке при двух различных температурах – 125 и 600°С. Оценена микротвердость и термическая устойчивость композиционных диффузионно-твердеющих припоев. Показано, что термическая обработка при более высоких температурах способствует переходу припоя в равновесное состояние, что приводит к увеличению твердости из-за образования и распределения интерметаллических соединений, в том числе наноразмерных. Методом рентгенофазового анализа определены фазы интерметаллидов ванадия, образующиеся в результате взаимодействия с галлием. Металлический ванадий смачивается галлием, имеет ограниченную растворимость и повышает твердость припоя за счет дисперсионного упрочнения.
Ключевые слова: композиционные диффузионно-твердеющие припои, металлический порошок, свойства, микротвердость, дифференциально-термический анализ, ванадий

Ю.Я. Гафнер, Д.А. Рыжкова
ФГБОУ ВО «Хакасский государственный университет им. Н.Ф. Катанова»

Аннотация: Современная индустрия с каждым годом наращивает количество технологических процессов с использованием химических веществ повышенной опасности. Поэтому для бесперебойной работы персонала необходимо минимизировать возможные последствия утечки данных веществ, но для этого, в первую очередь, требуется четкое определение в воздухе предельно допустимой концентрации того или иного опасного вещества. В последние десятилетие в качестве активных элементов для газовых сенсоров стали использовать наноматериалы различного вида и наибольшую популярность у исследователей приобрели газовые сенсоры на основе оксида олова. В данной работе были исследованы типичные реакции взаимодействия поверхности нанокомпактированного слоя SnO₂ с некоторыми детектируемыми газами. Показано, что с ростом концентрации определяемого газа вследствие его химической абсорбции захваченные ранее кислородом электроны высвобождаются, что приводит к росту числа наночастиц в проводящем состоянии. Данная особенность позволяет использовать нанокомпактированный слоя SnO₂ для определения в атмосфере моно- и диоксида азота.
Ключевые слова: абсорбция, полупроводники, нанокомпактированный материал, газовые сенсоры, моделирование