ФХ-2024

Е.А. Богданова^1,2, В.М. Скачков¹, К.В. Нефедова^1
1 ФГБУН «Институт химии твердого тела Уральского отделения РАН»
² АО «Гиредмет»

Аннотация: В статье обсуждается возможность получения упрочненного композиционного материала на основе наноструктурированного гидроксиапатита, синтезированного методом осаждения из раствора. Новый материал получен путем механохимичекого синтеза гидроксиапатита с оксидом титана и фторидом кальция. Синтезированные образцы аттестованы с использованием современных физико-химических методов анализа. Показано влияние качественного и количественного состава композита на протекание процессов спекания и прочностные характеристики исследуемых образцов. Экспериментально установлено, что наиболее перспективной для разработки на ее основебиокомпозитов является система Ca₁₀(PO₄)₆(OH)₂ – 15%CaF₂-15%TiO_x. Композиционные материалы данного состава обладают плотной равномерной структурой с высокой степенью кристалличности, сразвитой пористостью, являются перспективным материалом для дальнейших исследований с целью внедрения его в медицинскую практику. Оценена возможность практического применения полученного композиционного материала в качестве компонента биоактивного покрытия. На разработанный композиционный материал подана заявка на патент.
Ключевые слова: гидроксиапатит, фторапатит, оксид титана, фторид кальция, спекание, композиционные биоматериалы, микротвердость, биоактивное покрытие

К.Д. Буй¹, С.С. Налимова¹, З.В. Шомахов², А.М. Гукетлов², С.С. Бузовкин¹, А.А. Рыбина^1
1 ФГАОУ ВО «Санкт- Петербургского государственного электротехнического университета «ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина)»
² Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М. Бербекова

Аннотация: Гетероструктура типа II ZnO/Zn₂SnO₄ была рассмотрена для применения в газовых сенсорах. Методом гидротермального синтеза на поверхности подложки BI2 с напыленными электрическими контактами (сенсорная платформа) были выращены наностержни ZnO с оболочкой Zn₂SnO₄. Были исследованы газочувствительные свойства к различным газам-аналитам (изопропанол, этанол и ацетон) с помощью комбинированной лабораторной установкой, позволяющей производить измерения отклика сопротивлений и спектроскопии электрического импеданса. При рабочейтемпературе 150°C образец показал оптимальную чувствительность к ацетону (1000 мд), отклик R_a/R_g достигал значения 11. Годограф импеданса, построенный по результатам измерений в присутствии паров ацетона, при рабочей температуре 200°C демонстрирует последовательные изменения. Эта рабочая температура показала более четкую оптимизацию по сравнению с другими исследованиями, где рабочая температура сенсора составляла от 300 до 450°C. Кроме того, была представлена энергетическая зонная диаграмма гетероструктуры ZnO/Zn₂SnO₄ и обсужден механизм детектирования ацетона. Структура наностержней ZnO/Zn₂SnO₄ обуславливает улучшенный отклик за счет хемосорбции кислорода на поверхности оболочек Zn₂SnO₄.
Ключевые слова: оксид цинка, ортостаннат цинка, гидротермальный метод, газовый сенсор, детектирование ацетона, ZnO/Zn2SnO4

С.А. Герк, О.А. Голованова
ФГАОУ ВО «Омский государственный университет им. Ф.М. Достоевского»

Аннотация: Перспективными материалами для костной пластики являются композиты на основе гидроксиапатита и природных биополимеров. В работе методом химического осаждения из водных растворов синтезированы образцы гидроксиапатита в присутствии высокомолекулярной гиалуроновой кислоты (0,4-0,8 масс.%). Полученные порошки представлены карбонатсодержащим наногидроксиапатитом и содержат 89-98 масс.% полисахарида. Установлена корреляция между содержанием гиалуроновой кислоты в маточном растворе и кристаллохимическими, структурно-морфологическими характеристиками образцов. Выявлено, что по сравнению с образцом гидроксиапатита, в вязко-упругих средах полисахарида образуются порошки, имеющие меньший параметр а кристаллической решетки гидроксиапатита, близкий по значению к стехиометричной фазе. С увеличением содержания гиалуроновой кислоты в маточном растворе уменьшаются кристалличность, размеры кристаллитов и площадь удельной поверхности композитов, их средняя величина составляет 16 нм и 47 м²/г. Образцы на основе наногидроксиапатита и полисахарида состоят из овально-пластинчатых агломерированных частиц. При максимальном содержании в модельном растворе гиалуроновой кислоты образуются аморфизированные плотные по структуре округлые конгломераты. Синтезированные композиты могут применяться в медицинской практике как остеокондуктивные иплантаты, а также с целью создания нанокапсулированных систем доставки лекарственных препаратов.
Ключевые слова: наногидроксиапатит, гиалуроновая кислота, композиты, полимеры; кристаллохимические параметры, морфология

Е.С. Карташинская^1,2
1 ФГБНУ «Институт физико-органической химии и углехимии им. Л.М. Литвиненко»
² ФГБОУ ВО «Донецкий национальный технический университет»

Аннотация: В работе представлен сравнительный анализ квантово-химических полуэмпирических методов для проведения расчётов термодинамических параметров связывания алканов C_nH_2n+2 (n=6–14) иполиароматических углеводородов короненового ряда как модельных структур графеновой поверхности. Рассмотрены два типа ориентирования молекул алканов в зависимости от взаимного расположения плоскости С–С–С-«зигзага» алканов и плоскости поверхности полиароматическихуглеводородов: параллельное и перпендикулярное. Выявлено, что параллельное расположение молекул алканов на поверхности короненов является более энергетически выгодным, чем перпендикулярное. Рассчитаны энтальпия, энтропия и энергия Гиббса образования и связыванияалканов с полиароматическими углеводородами в методах РМ3, RM1, PM6-DH2, PM6-D3H4, PM7. Показано, что первые два метода непригодны для описания возникающих межмолекулярных С–H/π- взаимодействий в системах алкан – полиароматические углеводороды, поскольку энергия Гиббса связывания, оцененная в них, имеет положительные значения, что не согласуется с имеющимися литературными данными. Среди более поздних методов PM6 и PM7 оптимальным является использование метода PM6 с коррекцией DH2 на дисперсионные взаимодействия и водородные связи. Значения энтальпий связывания в комплексах алкан – трициркумкоронен, рассчитанные с помощью методов PM6-DH2 и PM6-D3H4, хорошо согласуются с экспериментальными данными по энтальпии адсорбции алканов на поверхности графита/графена, а также данными молекулярно-динамического моделирования. Однако, по энергии Гиббса связывания в рассмотренных комплексах алканов с параллельным и перпендикулярным ориентированием алканов на трициркумкоронене только метод PM6-DH2 дает значения, наилучшим образом согласующиеся симеющимися данными по энергетической предпочтительности таких комплексов.
Ключевые слова: алканы, полиароматические углеводороды, адсорбция, энтальпия, абсолютная энтропия, энергия Гиббса связывания, С–H/π-взаимодействия, полуэмпирические методы

Н.А. Клычков¹, В.В. Симаков¹, И.В. Синёв¹, В.В. Ефанова², А.М. Захаревич^1
1 ФГБОУ ВО «Саратовский национальный исследовательский государственный университет им. Н.Г. Чернышевского»
² ФГБОУ ВО «Приволжский государственный университет путей сообщения»

Аннотация: В работе представлены результаты исследования газочувствительности плёночных наноструктур на основе ZnO при комнатной температуре. Целью исследования являлось установление влияния влажности окружающей среды на проводимость образцов ZnO, а также на характер их отклика к парам этилового спирта в присутствии паров воды. Установлено, что слои оксида цинка имеют чувствительность к парам воды и этанола при комнатной температуре в широком диапазоне их концентраций (от 5 до 50% насыщенного пара). Обнаружено, что последовательные напуски паров воды приводят к дрейфу проводимости образцов оксида цинка в атмосфере сухого воздуха, а предварительный отжиг образцов при 400°C позволяет воспроизводить концентрационную зависимость отклика газочувствительных структур к парам воды. На концентрационной зависимости отклика к парам воды в диапазоне концентраций от 5 до 90% относительной влажности воздуха обнаружен гистерезис, который может быть обусловлен капиллярной конденсацией паров воды в мезопорах слоёв оксида цинка. Установлено, что с увеличением влажности газовой пробы, содержащей пары этанола, уменьшаются значения отклика и предел обнаружения этанола в газо-воздушной смеси образцами ZnO. Результаты проведенного статистического анализа данных методом главных компонент показали принципиальную возможность классификации сухой и влажной газовых проб, содержащих пары этанола в воздухе. Продемонстрировано, что статистическая обработка данных позволяет исключить влияние уровня фоновой влажности на калибровочную кривую отклика газочувствительных образцов оксида цинка.
Ключевые слова: оксид цинка, золь-гель технология, полупроводниковый датчик газа, отклик к этанолу, газочувствительность, комнатные температуры, влияние влажности

Н.А. Клычков, В.В. Симаков, И.В. Синёв
ФГБОУ ВО «Саратовский национальный исследовательский государственный университет им. Н.Г. Чернышевского»

Аннотация: Проведено экспериментальное и теоретическое исследование температурной зависимости проводимости слоёв ZnO в сухом воздухе и парах этанола. Экспериментально установлено, что температурная зависимость проводимости носит нелинейный характер и ее вид определяется условиями эксперимента. Показано, что скорость развёртки напрямую влияет на вид температурной зависимости: при скорости развёртки 0,4°C/мин на температурной зависимости наблюдается локальный минимум проводимости в области температур 250±5°C, а при скорости 30°C/мин температурная зависимость имеет монотонный вид. Предложен механизм, описывающий влияниескорости развёртки на вид температурной зависимости, который предполагает протекание термоактивационных процессов диссоциации адсорбированных молекул кислорода с образованием на адсорбционных центрах атомарной формы кислорода. Ключевой идеей предложенного механизма является предположение о том, что атомарная форма кислорода образует более глубокие акцепторные состояния на поверхности оксида цинка, чем молекулярная форма. При высокой скорости развёртки время релаксации заполнения поверхности адсорбированными формами кислорода существенно больше времени эксперимента поэтому на поверхности слоёв оксида цинка возникают «замороженные» состояния атомарной формы адсорбированного кислорода. На основе проведенных расчетов по предложенной модели предложена методика, которая позволяет уменьшить неравновесные состояния атомарной формы адсорбированного кислорода с помощьютермообработки образцов в восстанавливающих средах.
Ключевые слова: оксид цинка, полупроводниковый датчик газа, газочувствительность при комнатной температуре, температурная зависимость проводимости, диссоциация кислорода, поверхностный акцептор, модель двойных барьеров Шоттки

В.К. Крутько¹, Л.Ю. Маслова¹, В.А. Сучек², О.Н. Мусская¹, А.И. Кулак^1
1 ГНУ «Институт общей и неорганической химии НАН Беларуси»
² НП ООО «Медбиотех»

Аннотация: Исследована динамика высвобождения цисплатина и его смесей с гидроксиапатитом из биоинертных матриц на основе углеродного войлока и полиэтилена. Изменение соотношения слоев полиэтилена и углеродного войлока в матрицах оказывало влияние на объемную концентрацию введенного цисплатина и продолжительность его высвобождения. Диффузия цисплатина из образцов ограничивалась количеством слоев полиэтилена. После кристаллизации при 800°С фазовый состав гидроксиапатита-α представлен 65% гидроксиапатита и 35% α- трикальцийфосфата, а гидроксиапатит- αβ состоит из 50% гидроксиапатита, 35% α- и 15% β — трикальцийфосфата. Длительное высвобождение цисплатина в течение 44 суток наблюдалось в матрицах с 2-3 слоями углеродного войлока и 3-4 слоями полиэтилена и замедлялось до 58 суток при использовании смесей с гидроксиапатитом. Введение в матрицу смесей гидроксиапатит / цисплатин с различным содержанием гидроксиапатита и α- / β-трикальцийфосфатов замедляло высвобождение цисплатина на 14 суток и составило 58 суток за счет сорбции и/или связывания цисплатина с фосфатами кальция.
Ключевые слова: цисплатин, гидроксиапатит, трикальцийфосфат, углеродный войлок, биоинертная матрица, высвобождение