Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. Основан в 2009 году


Колонка редактора


Влияние структурного фактора на трибологические характеристики титанового сплава, полученного по технологии селективного электронно-лучевого плавления

Л.Е. Афанасьева, В.В. Измайлов, М.В. Новоселова
ФГБОУ ВО «Тверской государственный технический университет»

Аннотация: Статья посвящена экспериментальному исследованию влияния особенностей микроструктуры сплава Ti – 6Al – 4V, полученного по технологии электронно-лучевого плавления, на трибологические свойства: твердость; коэффициент трения; абразивную износостойкость. Микроструктура сплава, состоит из колоний α′ пластин толщиной 1,5…2 мкм и прослоек β-фазы размером 0,2 мкм. Измерение твердости проводили при малых нагрузках N = 1-2 Н (микротвердость) и при нагрузках N = 90-180 Н (твердость индентирования). Коэффициент трения определяли на микротрибометре по схеме шар – плоскость в паре со стальным индентором при нагрузках 2-5 мН. Износостойкость исследовали при трении о закрепленный абразив по схеме шар – плоскость. Проведены исследования микроструктуры и свойств образцов в двух взаимно перпендикулярных плоскостях: в слое и в направлении синтеза. Выявлена анизотропия микротвердости и коэффициента трения при малых нагрузках. В плоскости слоя микротвердость при нагрузках в несколько ньютонов на 900…1000 МПа ниже, чем на боковой поверхности образца. При малых нагрузках на контакт значение коэффициента трения в контакте сферического стального образца с плоской поверхностью слоя примерно на 20% ниже, чем в контакте того же стального образца с боковой поверхностью образца титанового сплава. С возрастанием нагрузки на контакт разница в свойствах исчезает. Абразивная износостойкость в направлении синтеза образца на 30% выше, чем в плоскости слоя, что объясняется ролью структурного фактора. Показано, что ориентация колоний α′ пластин оказывает влияние на трибологические свойства.
Ключевые слова: сплав титана, селективное электронно-лучевое плавление, микроструктура, твердость, коэффициент трения, износостойкость

Адсорбционная деформация Na-монтмориллонита при взаимодействии с парами метанола

А.В. Твардовский
ФГБОУ ВО «Тверской государственный технический университет»

Аннотация: Классические представления об адсорбционном процессе всегда исходили из того, что адсорбент при взаимодействии с газами или парами остается инертным и не изменяет своих размеров. Его роль сводится лишь к тому, чтобы создавать адсорбционное поле, куда попадают молекулы адсорбтива. Именно, на основе этого принципа, были выведены известные адсорбционные уравнения Генри, Лэнгмюра, Фаулера – Гуггенгейма, Брунауэра – Эмметта – Теллера и прочие. Однако, современные экспериментальные исследования показывают, что адсорбенты в адсорбционном процессе деформируются. Этот факт существенно изменяет всю картину рассмотрения данного явления. Например, при изменении геометрических размеров пор адсорбента при деформации последнего серьезно изменяется адсорбционное поле, в которое попадают молекулы адсорбтива. И это влияет на величину калориметрической теплоты адсорбции, снимаемой во время исследований. Таким образом, адсорбент является равноправным участником процесса адсорбции наряду с адсорбтивом, и адсорбционную систему следует рассматривать как двухкомпонентную. В связи с этим при проведении адсорбционных исследований необходим комплексный подход, включающий снятие изотерм, измерение калориметрических теплот адсорбции, а также проведение дилатометрических экспериментов по изучению адсорбционной деформации адсорбентов. Такой комплексный подход был применен для системы Na-монтмориллонит – пары метанола. Дифференциальная теплота и изотерма адсорбции при Т = 293 К были получены с помощью микрокалориметра Кальве типа и микровесов Мак-Бена-Бакра. Измерение деформаций адсорбента проводилось с помощью высокочувствительного дилатометра. Основной частью этого дилатометра был линейный дифференциальный трансформатор, сердечник которого был связан с адсорбентом посредством стержня. Любые изменения геометрических размеров адсорбента изменяли положение сердечника в трансформаторе, что влияло на сигнал, снимаемый со вторичной обмотки трансформатора. Имея калибровку дилатометра, определялась адсорбционная деформация адсорбента. Такой комплексный подход позволил существенно детализировать описание адсорбционного процесса для данной изученной системы.
Ключевые слова: адсорбция, адсорбент, изотерма адсорбции, калориметрическая теплота адсорбции, адсорбционная деформация адсорбента, дилатометрический метод

Открыт прием статьей в журнал «Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов» за 2025 год

Уважаемые авторы! Открыт прием статьей в журнал «Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов» за 2025 год, срок приема статей — до 01 сентября 2025 года. Объём журнала — не более 100 статей, по состоянию на 28.05.2025 принято 18. Правила для авторов доступны в нашем ...

Выпуск № 16 (2024) доступен на сайте

Шестнадцатый выпуск журнала «Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов» доступен на нашем сайте! Перейти в список статей выпуска.

Воздействие FeSO4, наноразмерного серебра и кластера {Mo72Fe30} на окисление этиленгликоля H2O2

С.Ю. Меньшиков1, А.Н. Малышев1,2, В.С. Курмачева1, С.А. Федоров3,1, М.О. Тонкушина2, А.А. Остроушко2
1 ФГБОУ ВО «Уральский государственный горный университет»
2 ФГАОУ ВО «Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина»
3 ФГБУН «Институт металлургии Уральского отделения РАН»

Аннотация: Изучены каталитические свойства FeSO4, нанокластерного железомолибденового полиоксометаллата {Mo72Fe30} и наноразмерного металлического серебра при жидкофазном окислении водного раствора этиленгликоля пероксидом водорода. Для определения продуктов окисления, содержащих альдегидную группу, в пробы оксидатов добавлялся о-фенилендиамин.Полиоксометаллат {Mo72Fe30} синтезировали по широко известной и используемой на практике двухстадийной методике. Коллоидный раствор серебра получали по методике, которая берет за основу метод Туркевича. По данным анализа, проведенного на лазерном анализаторе размеров частиц, основная доля частиц серебра имеет размеры около 2 нм. Анализ непрореагировавшего этиленгликоля проводили методом ГХ-ПИД. По конверсии этиленгликоля установлено, что наибольшую активность при примерно одинаковом % содержании катализатора в исходной реакционной смеси проявляет наноразмерное металлическое серебро. При этом среди продуктов окисления при добавлении о-фенилендиамина отмечено наличие соединений с альдегидной группой, время выхода которых из хроматографической колонки больше, чем у исходного этиленгликоля.
Ключевые слова: полиоксометаллат, кеплерат, FeSO4, наноразмерное металлическое серебро, каталитические свойства, окисление этиленгликоля, H2O2

Жидкофазный синтез фосфатов магния в присутствии галловой кислоты

О.Н. Мусская, В.К. Крутько, И.Е. Глазов, Е.Н. Крутько, А.И. Кулак
«Институт общей и неорганической химии НАН Беларуси»

Аннотация: В водных растворах хлорида магния и дигидрофосфата натрия при мольных соотношениях Mg/Р 1,0-1,5 и величине рН 5-7 в присутствии галловой кислоты получены кристаллогидраты гидрофосфата (ньюберита – MgHPO4ꞏ3H2O) и ортофосфата (Mg3(PO4)2ꞏ22H2O) магния, которые после прогрева при 800°С переходят в пирофосфаты (Mg2P2O7). Методами рентгенофазового и термического анализов, а также ИК-спектроскопии показано, что наличие органической добавки при жидкофазном синтезе фосфатов магния не приводит к заметному изменению фазовогосостава продуктов реакции. Выявлено, что галловая кислота оказывает влияние на формирование структуры кристаллогидратов в зависимости от мольного соотношения Mg/Р. Установлено, что при длительном созревании осадков (в течение 6 месяцев) происходит уменьшение размеров элементарной ячейки фосфатов магния. Полученные магнийфосфатные порошки, модифицированные галловой кислотой, проявляют редокс-активность и перспективны для использования в составе биоматериалов в качестве резорбируемых компонентов с антиоксидантными свойствами.
Ключевые слова: фосфаты магния, ньюберит, пирофосфат магния, галловая кислота, жидкофазный синтез, редокс-активность, полифенольные соединения

Исследование процесса полимерной стабилизации смешанного оксида железа амилопектином

А.А. Нагдалян, П.С. Леонтьев, А.Б. Голик, А.С. Аскерова, А.М. Серов, А.В. Татов
ФГАОУ ВО «Северо-Кавказский федеральный университет»

Аннотация: В данной работе образцы смешанного наноразмерного оксида железа, стабилизированного амилопектином, получали методом химического осаждения в водной среде. Это соединение обладает большим спектром применения в биомедицинских технологиях и устройствах хранения и преобразования энергии, из-за своих супермагнитных свойств. Были проведены исследования микроструктуры методом сканирующей электронной микроскопии и фазового состава дифрактометрическим методом, а также компьютерное квантово-химическое моделирование взаимодействия амилопектина и смешанного наноразмерного оксида железа. В ходе исследования фазового состава установлено, что образец представляет собой смешанный оксид железа Fe3O4 с кубической гранецентрированной решёткой и пространственной группой Fd3m. Исходя из анализа микроструктуры установлено, что образец формируется из частиц диаметром от 24 до 54 нм. В результате компьютерного квантово-химического моделирования установлено, что взаимодействие наночастиц оксида железа с амилопектином является энергетически выгодным и химически стабильным. Наиболее вероятным является взаимодействие через гидроксильную группу, присоединённую к C2 первого A-связанного остатка глюкопиранозы, так как при данном взаимодействии наблюдаются оптимальные значения полной энергии (E = -3839,330 ккал/моль) и химической жёсткости (η = 0,159 эВ).
Ключевые слова: наночастицы, метод совместного осаждения, оксид железа (III), сканирующая электронная микроскопия, стабилизатор

Сорбция катионов La3+ цеолитами из водных растворов

Ю.В. Рех1, С.А. Бибанаева2, М.С. Валова1, В.М. Скачков2, О.В. Федорова1, Н.А. Сабирзянов2
1 ФГБУН «Институт органического синтеза им. И.Я. Постовского Уральского отделения РАН»
2 ФГБУН «Институт химии твердого тела Уральского отделения РАН»

Аннотация: Показано, что сорбция катионов лантана синтетическим алюмосиликатным цеолитом, в отличие от природного, увеличивается, как в кислых, так и в нейтральных условиях в 4 раза (с 8 до 26%) и 8 раз (с 4 до 33%), а сорбционная ёмкость увеличивается в 3-8 раз до 145 и 184 мг/г соответственно. Сделан сравнительный анализ применимости адсорбционных моделей Ленгмюра, Фрейндлиха,Темкина, Дубинина-Радушкевича для описания экспериментальных изотерм адсорбции катионов лантана на синтетическом цеолите. Показано, что в водных средах лучше всего подходит модель Ленгмюра (R2 = 0,9996). Это свидетельствует о том, что в результате сорбции образуется однородная монослойная поверхность. По моделям псевдо-первого, псевдо-второго порядка и модели внутричастичной диффузии сделано предположение об ионообменном характере сорбции. Было показано, что цеолиты могут почти количественно извлекать катионы La3+ из водных растворов ипредставляют интерес в качестве сорбентов, обладающих высокой сорбционной способностью.
Ключевые слова: сорбция, очистка, сорбционная активность, синтетический цеолит, алюмосиликат, лантан, модель Лэнгмюра

Структурные разновидности 2D нитрида бора

Д.С. Ряшенцев, М.Е. Беленков, Л.Ю. Коваленко
ФГБОУ ВО «Челябинский государственный университет»

Аннотация: Методом теории функционала плотности была произведена геометрическая оптимизация слоевых полиморфных разновидностей нитрида бора в которых атомы находятся в трех различных структурных позициях и определены их энергетические и электронные свойства. Структуры новых полиморфов состоят из атомов бора и азота в sp2-гибридизованном состоянии и были модельно сформированы из гексагонального нитрида бора путем введения топологических дефектов 4-6-8, 4-6-10, 4-8-10, 4-16 и 4-6-12. В результате анализа установлена возможность существования девяти новых структурных разновидностей. Однако, в процессе геометрической оптимизации три структуры оказались неустойчивыми и в результате трансформировались в более устойчивые полиморфные разновидности BN-L4-8 и BN-L4-6-8. Слоевая плотность рассмотренных полиморфных разновидностей изменяется от 0,651 до 0,727 г/см2. Значения энергии сублимации новых структур находятся в диапазоне от 16,93 до 17,69 эВ / (BN). Ширина запрещенной зоны варьируется от 3,20 до 4,03 эВ. Определены взаимосвязи между энергетическими и структурными параметрами.
Ключевые слова: нитрид бора, двумерные материалы, полиморфизм, первопринципные расчеты, кристаллическая структура, зонная структура

Исследование влияния оксидов титана и циркония на прочностные характеристики наноразмерного гидроксиапатита

К.И. Сабанин1, В.М. Скачков2, И.С. Медянкина2, Е.А. Богданова2,3, Н.А. Сабирзянов2
1 ФГАОУ ВО «Уральский федеральный университет им. первого Президента России Б.Н. Ельцина»
2 ФГБУН «Институт химии твердого тела Уральского отделения РАН»
3 АО «Гиредмет»

Аннотация: В статье обсуждается возможность дисперсного упрочнения наноструктурированного гидроксиапатита, синтезированного методом осаждения из раствора путем введения армирующих добавок нестехиометрического оксида титана и диоксида циркония. Упрочненный композиционный материал: гидроксиапатит – нестехиометрический оксид титана – диоксид циркония  получали путем механохимичекого синтеза гидроксиапатита с допирующими компонентами с последующимотжигом при температуре 1000°C. Исходные компоненты и синтезированные образцы были аттестованы с использованием современных физико-химических методов анализа: рентгенофазовый анализ, дифференциальный термический анализ, сканирующая электронная микроскопия, анализ площади поверхности и пористости, дисперсионный анализ. Показано влияние качественного и количественного состава композита на протекание процессов спекания и прочностные характеристики исследуемых образцов в широком интервале температур 25-1200°С.Экспериментально установлено, что наиболее перспективной для разработки на ее основе биокомпозитов является система гидроксиапатит – 15% нестехиометрический оксид титана – 5% диоксид циркония. Композиционные материалы данного состава обладают плотной равномерной прочной структурой с высокой степенью кристалличности и развитой поверхностью, являются перспективным материалом для дальнейших исследований с целью внедрения его в медицинскую практику.
Ключевые слова: гидроксиапатит, оксид титана, диоксид циркония, спекание, композиционные биоматериалы, микротвердость