Колонка редактора

Е.Г. Корж, В.Э. Бурлакова
ФГБОУ ВО «Донской государственный технический университет»

Аннотация: В работе методом гидродинамической кавитации получены наноалмазы ООО ТПК «Синтез». Синтезированные наноалмазы исследованы методом атомно-силовой микроскопии и в результате было установлено, что их частицы имеют форму близкую к сферической, а размер частиц по оси Z не превышает 10 нм, которые агломерируют и образуют более крупных структуры размером до 100 нм. Синтезированные наноламазы в виде коллоидных растворов концентрацией 0,5%, 1%, 3%, 5% и 7% использовали в электролите цинкования для получения композиционных цинк-наноалмазных покрытий. Полученные покрытия исследовали методами рентгенофазового анализа и сканирующей электронной микроскопии. Было доказано присутствие фазы углерода в составе композиционного цинкового покрытия, соответствующей алмазоподобной структуре. Установлено, что морфологические особенности поверхности цинк-наноалмазного покрытия значительно отличаются от морфологии поверхности цинкового покрытия, что выражено в отсутствии большого количества впадин и неровностей. Проведены испытания на коррозионную активность цинк-наноалмазных покрытия в 3% растворе хлорида натрия (NaCl). Определено, что композиционные цинк-наноалмазные покрытия обладают повышенной коррозионной стойкость в сравнении с цинковыми покрытиями, при этом скорость коррозии уменьшается на 42%.
Ключевые слова: наноалмазы, цинковое покрытие, композиционное покрытие, цинк- наноалмазное покрытие, коррозия

С.С. Налимова¹, З.В. Шомахов^2
1 ФГАОУ ВО «Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина)»
² ФГБОУ ВО «Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М. Бербекова»

Аннотация: Увеличение поглощения света в видимой области модифицированных плазмонными наночастицами оксидов металлов делает их отличными материалами для фотокатализаторов и резистивных газовых сенсоров с оптической активацией. Рассмотрены фотокаталитические свойства нанокомпозитов плазмонных наночастиц с оксидами металлов. Проанализированы основные результаты исследования фотокаталитической активности разложения различных органических красителей. Влияние металлических наночастиц на фотокаталитические свойства объясняется формированием барьера Шоттки, а также эффектом локального поверхностного плазмонного резонанса (ЛППР). Роль барьера Шоттки, образующегося на границе металл-полупроводник, заключается в эффективном разделении и переносе носителей заряда внутренним электрическим полем. Увеличение эффективности фотодеградации красителей связано с разделением электронно-дырочных пар и снижением скорости рекомбинации. За счет ЛППР увеличивается поглощение света, что приводит к увеличению генерации активных носителей заряда. Обобщены результаты, полученные различными авторами, по исследованию отклика композитных структур оксидов металлов с плазмонными наночастицами, к окисляющим и восстанавливающим газам при различных экспериментальных условиях. Основной причиной увеличения отклика является увеличение концентрации адсорбированных ионов кислорода при переходе к ним фотогенерированных в плазмонных наночастицах электронов. Механизм влияния эффекта поверхностного плазмонного резонанса на свойства химических полупроводниковых газовых сенсоров и фотокатализаторов связан с процессами формирования барьера Шоттки при контакте благородного металла и полупроводника, прямого переноса электронов, локального усиления электрического поля и плазмонного резонансного переноса энергии.
Ключевые слова: наночастицы, оксид металла, фотокатализаторы, газовые сенсоры, локализованный поверхностный плазмонный резонанс

А.А. Остроушко, А.Е. Пермякова
ФГАОУ ВО «Уральский федеральный университет им. первого Президента России Б.Н. Ельцина»

Аннотация: На основе имеющихся результатов экспериментальных исследований проведен анализ возможности проявления темплатного эффекта формирования анизометрических микро- и наноразмерных образований в оксидных и композитных системах. При синтезе микро- и наноразмерных оксидных (сложнооксидных) материалов, композиций на их основе, например, металл-оксидных, в реакциях
горения глицин-нитратных прекурсоров наблюдается темплатный эффект, способствующий формированию анизометрических (протяженных) частиц и их ансамблей. Помимо имеющихся фактов, описанных в литературе, когда возникает вышеназванная морфология (синтез гидроксидов и оксидов лантана, неодима, празеодима, гольмия, самария, иттрия, гадолиния, эрбия, европия), наличие подобного явления обнаружено как в системах, где синтезируются магнитные частицы (гексаферрит стронция), так и в других немагнитных материалах. При получении магнитных сложных оксидов эффект способствует получению высококоэрцитивных материалов. Вышеназванный эффект относится также к образцам бактерицидной композиции оксида алюминия с наночастицами серебра, полученной в реакциях горения. К возможным причинам формирования анизотропных образований можно отнести присутствие глицина, амфотерные молекулы которого, как цвиттер-ионы, способны к образованию упорядоченных пространственных структур, служащих темплатами при синтезе целевых фаз в реакциях горения.
Ключевые слова: оксидные материалы, композиции, синтез с использованием солевых форм, морфология, органические компоненты, глицин

В.А. Полухин, С.Х. Эстемирова
ФГБУН «Институт металлургии им. Н.А. Ватолина УрО РАН»

Аннотация: Современные исследования металл-графеновых нанокомпозитов (таких как Al/G, Ni/G, Ti/G) демонстрируют их выдающиеся механические свойства при сочетании аморфной металлической матрицы с диспергированным графеном. Анализ литературных данных позволяет выделить два ключевых фактора, ответственных за повышенную прочность и термическую стабильность таких материалов: (i) образование гибридизованных металл-углеродных связей на границе раздела фаз и (ii) особые деформационные механизмы, включая активность зон сдвиговой трансформации и блокировку дислокаций на межфазных границах. Для аморфных сплавов решающую роль играет свободный объем, способствующий локальной реструктуризации и формированию упрочняющих нанофаз. Сравнительный анализ данных молекулярно-динамического моделирования и экспериментальных результатов показывает их хорошую согласованность, что подтверждает эффективность графена в качестве армирующей фазы. Полученные результаты позволяют рассматривать металл-графеновые нанокомпозиты как перспективное направление разработки новых материалов с улучшенными механико-тепловыми характеристиками, в том числе обеспечивающих работу в экстремальных условиях.
Ключевые слова: графен, металлокомпозиты, аморфные сплавы, молекулярно-динамическое моделирование, деформационные механизмы, армирование, гибридизация связей, интерфейсные взаимодействия, механические свойства

А.П. Прудченко¹, Я.А. Мороз¹, Н.С. Лозинский¹, О.Ю. Полякова¹, Ю.С. Протасевич¹, В.А. Глазунова^2,1, Г.К. Волкова^2,1, В.В. Бурховецкий^2,1
1 ФГБНУ «Институт физико-органической химии и углехимии им. Л.М. Литвиненко»
² ФГБНУ «Донецкий физико-технический институт им. А.А. Галкина»

Аннотация: В данной работе представлены результаты по оценке возможности получения гибридных углерод-минеральных наноматериалов методом каталитического химического осаждения углерода из газовой фазы с использованием комплексов полиоксовольфрамометаллатов с 3d-металлами общей формулы (NH₄)_X[PW₁₁O₃₉Me(L)]×nH₂O, где Ме – Fe, Co, Ni, Cu; L – H₂O, C6H₁₂N₄ (гексаметилентетрамин), как компонентов металлоксидных катализаторов роста углеродных нанотрубок, являющихся источником активных в каталитическом процессе частиц восстановленных металлов. Продукты синтеза исследованы методами просвечивающей электронной микроскопии и рентгенофазового анализа. Установлено, что даже при очень низком мольном отношении металл-носитель (0,03÷1) реализуется каталитический процесс с образованием углеродных нанотрубок. Показано, что независимо от качественного состава катализатора идет, также, накопление продукта
некаталитического потока – наноуглерода, формирующего гибридный супрамолекулярный углерод-углеродный комплекс в виде латеральных отложений графеноподобного углерода на внешней поверхности углеродных нанотрубок. По данным рентгенофазового анализа выделенных и очищенных продуктов синтеза с использованием, отличающихся по структуре полиоксовольфрамометаллатов на рентгеновских дифрактограммах, проявляются рефлексы при одних и тех же угловых положениях, что дает возможность предположить образование двух типов гибридных углерод-минеральных наноматериалов: углеродные нанотрубки-наноуглерод-оксиды вольфрама и наноуглерод-оксиды вольфрама.
Ключевые слова: углеродные нанотрубки, металлоксидные катализаторы, полиоксовольфрамометаллаты, гибридные углерод-минеральные наноматериалы

А.М. Пшуков, А.А. Кокоева, Ю.Ф. Якуба, А.З. Кашежев
ФГБОУ ВО «Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М. Бербекова»

Аннотация: В работе представлена разработка методики синтеза, структурная и оптическая характеристика, а также сравнительный анализ свойств коллоидных квантовых точек на основе галогенидных перовскитов, легированных ионами Nd ^³⁺ с 20% замещением ионов свинца. Нанокристаллы с контролируемым содержанием редкоземельного элемента были синтезированы методом горячей инжекции, что обеспечило получение стабильных коллоидных структур с заданным уровнем легирования. Структурный анализ с использованием автоэмиссионного сканирующего электронного микроскопа подтвердил поликристаллическую природу наночастиц с размером зерен от ~30 до 200 нм. Элементный состав соответствует исходным материалам, что свидетельствует о контролируемости процесса легирования. Квантовый выход фотолюминесценции составил 40%, что является высоким показателем для Nd-легированных перовскитных систем. Спектр излучения с максимумом при 458 нм демонстрирует выраженный синий сдвиг, обусловленный влиянием Nd ^³⁺ на ширину запрещённой зоны. Для получения достоверных спектральных данных рекомендуется использовать разбавленные дисперсии. Полученные результаты подтверждают эффективность предложенного подхода и открывают перспективы применения легированных перовскитных нанокристаллов в оптоэлектронике, фотонике и сцинтилляционных технологиях.
Ключевые слова: перовскитные квантовые точки, неодим, легирование неодимом, синтез, световыход, элементный состав, морфология нанокристаллов, оптические свойства, квантовый выход, жидкий органический сцинтиллятор

В.М. Скачков¹, К.И. Сабанин², И.С. Медянкина¹, Е.А. Богданова³, Н.А. Сабирзянов^1
1 ФГБУН «Институт химии твердого тела Уральского отделения РАН»
² ФГАОУ ВО «Уральский федеральный университет им. первого Президента России Б.Н. Ельцина»
³ АО «Гиредмет»

Аннотация: В статье обсуждается технологически простой способ автоклавного получения ультрадисперсного
гидроксиапатита, пригодного для изготовления фармацевтических композиций, лекарственных средств и препаратов. Проведена термодинамическая оценка возможности протекания реакции в зависимости от соотношения исходных компонентов и технологических режимов. Экспериментально установлены температурный интервал, скорость подачи раствора фосфорной кислоты, оптимальные концентрации исходных компонентов, их стехиометрическое соотношение, обеспечивающее высокий выход конечного продукта и степень его чистоты. Продукты синтеза аттестованы с использованием современных физико-химических методов анализа. Контроль за составом конечного продукта осуществляли методом рентгенофазового анализа, дифференциально-термического анализа, морфологию поверхности продуктов синтеза оценивали посредством сканирующей электронной микроскопии, характеристики поверхности методом Брунауэра-Эммета-Теллера. На разработанный в результате работы технологический простой способ получения аморфного гидроксиапатита высокой степени чистоты получен патент.
Ключевые слова: гидроксиапатит, синтез, автоклав, технологические параметры, биоматериалы

З.В. Шомахов¹, С.С. Налимова², 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: Плазмонные наноструктуры на основе оксидов металлов, модифицированных наночастицами благородных металлов привлекают все большее внимание исследователей, работающих в областях фотодинамической терапии, биосенсоров, фотоники, оптоэлектроники, поверхностно-усиленной рамановской спектроскопии и катализа. При этом характеристики полученных нанокомпозитов определяются размерами наночастиц, зависящими от методов и условий синтеза. В данной работе проанализированы подходы к синтезу нанокомпозитов «плазмонные наночастицы – оксид металла». Рассмотрены методы, позволяющие получить металлические наночастицы на поверхности предварительно синтезированного оксида металла. К ним относятся различные способы осаждения из газовой фазы и из раствора. Выделена группа методов одностадийного синтеза нанокомпозитов, в которую входят вариации золь-гель метода и др. Проанализированы размер частиц, распределение частиц по размеру и однородность расположения металлических наночастиц в формируемых нанокомпозитах. Показаны возможности контроля взаимодействия компонентов в нанокомпозитах с помощью спектроскопии диффузного отражения по появлению полос поглощения, соответствующих плазмонным эффектам. Взаимодействие компонентов приводит к уменьшению ширины запрещенной зоны композитных материалов. Дополнительными методами диагностики являются рамановская спектроскопия и рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия, при этом анализируется изменение положения характерных пиков, а также метод зонда Кельвина в сканирующей зондовой микроскопии.
Ключевые слова: плазмонные наночастицы, оксид металла, нанокомпозиты, синтез, оптическая спектроскопия

А.Р. Эль Занин, С.В. Борознин, Н.П. Борознина, И.В. Запороцкова
ФГАОУ ВО «Волгоградский государственный университет»

Аннотация: В настоящей работе на основе актуальных статистических данных проведен анализ современного состояния отечественной угольной отрасли, описаны ключевые вызовы и риски, связанные как с общемировыми тенденциями, так и факторами внешнеэкономического давления. В качестве возможной меры поддержки рентабельности угледобычи, обеспечении социально-экономической устойчивости регионов, вовлеченных в данную сферу, предлагается рассмотреть производство углеродных наноматериалов из угля. Стремительно растущий рынок углеродных наноматериалов мог бы дать дополнительный стимул для развития наукоемких и высокотехнологичных производств на базе угольной промышленности. Были рассмотрены различные группы методов, позволяющие получать углеродные наноматериалы из угля, среди которых ультразвуковая жидкофазная эксфолиация, гидро- и сольвотермальный синтез, прямой химический синтез, предполагающий
отсутствие необходимости в применении энергозатратных процессов, механохимическая активация,
электродуговой и плазмохимический методы, химическое осаждение из газовой фазы. В рамках рассмотрения каждого из подходов приведено подробное описание методик, позволяющих получать самые различные углеродные наноматериады: углеродные квантовые точки, графен, углеродные
нанотрубки, фуллерены. В заключении на основе сведений проведенного обзора выделены наиболее экономически целесообразные производственные стратегии как в краткосрочной, так и в долгосрочной перспективе.
Ключевые слова: уголь, углеродные квантовые точки, графен, углеродные нанотрубки, фуллерены, способы получения

Д.П. Бернацкий, В.Г. Павлов
ФГБУН «Физико- технический институт им. А.Ф. Иоффе РАН»

Аннотация: Исследовано образование кластеров из атомов калия и цезия на поверхности кристаллов вольфрама и рения. Исследование проводилось с помощью методов полевой электронной, полевой десорбционной микроскопии и времяпролетного масс-анализа десорбируемых электрическим полем ионов. Для определения масс производилась десорбция адсорбированных на поверхности образца частиц высоковольтным импульсом длительностью несколько наносекунд и измерение времени пролета иона от образца до детектора. Эксперименты проводились в сверхвысоком вакууме (p < 10^-9 Torr). Атомы щелочных металлов на поверхность вольфрамового и рениевого полевых эмиттеров наносились из внешнего напылителя. В результате измерений были зафиксированы не только одноатомные ионы щелочных металлов, но и ионы кластеров, в которых содержалось до семи атомов. Количество ионов каждой массы зависело от напряженности электрического поля на образце. С ростом напряженности количество одноатомных ионов сначала немного растет, а затем резко уменьшается. Для кластерных ионов наблюдалась противоположная зависимость. При увеличении напряженности электрического поля количество кластерных ионов уменьшается, а затем возрастает. Описанные закономерности, вероятно, связаны с перемещением зоны полевой десорбции, и, соответственно, области идентификации кластеров по поверхности образца в форме острия. Количество десорбированных кластерных ионов отражает распределение кластеров по поверхности образца. При меньшей напряженности электрического поля на образце ионы десорбируются с области вблизи вершины острия. Эта область состоит из плотноупакованной кристаллической плоскости и широких ступеней, окружающих эту плоскость. При повышении напряженности зона десорбции расширяется, проходит через скругленную область поверхности между плоскими гранями и количество кластерных ионов падает. Затем, полевая десорбция начинается с боковых граней и ступеней, и растет количество десорбируемых ионных кластеров. Таким образом, можно предположить, что кластеры преимущественно образуются и располагаются на поверхности со ступенями плотноупакованных плоскостей.
Ключевые слова: адсорбция, цезий, калий, вольфрам, рений, электрическое поле, ионы