Engineering Sciences Series / 2023 year / Issue 3

Предложен метод синтеза гибридного порошкового осадкопреобразующего порошкового реагента AgI- МСМ-41 методом пастоформирования. Получены образцы гибридного порошка с различным соотношением [Ag]/[Si]. Проведен сравнительный анализ технических свойств осадкопреобразующих порошков AgI-МСМ- 41. Изучено влияние синтезированных гибридов в отношении разрушения теплого и переохлажденного туманов.

Представлены обобщенные экспериментальные данные влияния условий синтеза на структурные особенности наночастиц (НЧ) оксидов переходных металлов МеО в полимерной матрице, синтезированных методом химической конденсации. Процесс синтеза включает взаимодействие водных растворов солей металлов варьируемой концентрации со щелочами в присутствии водного раствора природного полисахарида арабиногалактана. Контролируемый рост оксидных наночастиц достигался инкапсуляцией формирующихся НЧ в матрицу полисахарида. Структурные свойства полученных образцов были проанализированы с помощью РСЭДМА, рентгеновской дифракции, ИК- и УФ-спектроскопии и электронной микроскопии ПЭМ и СЭМ.

Разработан микроволновый метод синтеза ортосиликата иттрия. Определены характеристики синтезированного продукта. На основе физико-химических исследований установлено, что микроволновый синтез ортосиликата иттрия из водорастворимых солей исходных компонентов способствует образованию нанодисперсного порошка ортосиликата иттрия. При температуре 1000 °С получается кристаллическая фаза ортосиликата иттрия состава 2Y2O3·3SiO2.

В системе SrO-Al2O2-SiO2 синтезировано методом твердофазового синтеза 14 образцов. Степень взаимодействия исходных реагентов в процессе синтеза контролировалась с помощью рентгенофазового анализа на дифрактометре ДРОН-3М с использованием CuKα-излучения. Идентификация кристаллических фаз проводилась с помощью базы данных порошковой дифрактометрии PDF-2. В образцах были идентифицированы следующие кристаллические фазы: SrAl2Si2O8; SrAl12O19; Sr2Al2SiO7; SrAl2O4; Sr2SiO4; Sr3Al2O6; Sr4Al2O7; Sr3SiO5; Sr6Al18Si2O37; Al2O3. Приведены результаты исследования физико-химических и механических свойств образцов синтезированных в системе SrO-Al2O2-SiO2. Определены температурные коэффициенты линейного расширения, значения плотностей, температур плавления, модуля Юнга. Значения полученных характеристик в синтезированных образцах делают их перспективными для использования в качестве материалов широкого технического назначения.

В работе рассмотрено получение керамики ниобата натрия калия, легированной титаном в количестве 5 мол. %. Проведено исследование структуры и диэлектрических свойств в интервале температур 30– 650 °С. Показано, что акцепторное легирование приводит к уменьшению размера зерен. Нарушение стехиометрии по анионной подрешетке способствует уменьшению времени релаксации тепловой ионной поляризации по сравнению со случаем нестехиометрии по катионной подрешетке.

Приведены результаты исследований фотокаталитической инактивации грамотрицательных (Pseudomonas fluorescens) и грамположительных (рода Micrococcus sp.) бактерий в присутствии фотокатализаторов (ФК) на основе диоксида титана, модифицированного катионными примесями (W), при облучении видимым светом естественного или искусственного происхождения.

Методом ИК-спектроскопии поглощения в области валентных колебаний ОН--групп исследованы монокристаллы LiNbO3:Y(0,24):Mg:(0,63 мас. %), LiNbO3:Mg(0,5 мас. %), LiNbO3:Y(0,46 мас. %). Установлено, что полосы поглощения в диапазоне частот 3465–3488 см–1, связаны с нарушением стехиометрии в кристалле из-за наличия точечных дефектов (VLi, NbLi.) и образованных с ними комплексных дефектов VLi-ОН, NbLi-ОН. Показано, что часть катионов Y3+ при внедрении в кристаллическую решетку LiNbO3:Y(0,46 3 мас. %) образует комплексные дефекты Y Y Y Li Nb Nb 3 3   -ОН, -ОН- , которым соответствуют полосы поглощения с частотой 3527, 3535 см–1. Вследствие большого ионного радиуса иттрия на ИК-спектре регистрируется сдвиг частот в длинноволновую область. Показано, что наличие легирующей примеси магния в кристалле двойного легирования увеличивает эффективный коэффициент распределения примеси Y в кристалле и многократно повышает люминесценцию редкоземельного иона.

Исследована возможность получения тонкодисперсного диоксида церия шарообразной формы низкотемпературной термообработкой карбоната церия. Показано, что при температуре термообработки 250–270 °С за 5–6 мин формируется тонкодисперсный диоксид церия шарообразной формы со средним размером частиц 1,4–1,7 мкм, а доля фракции менее 1 мкм составляет около 40 %.

Исследован процесс синтеза порошков Ta-замещенного литийпроводящего твердого электролита номинального состава Li6,52Al0,08La3Zr1,75Ta0,25O12 (Ta-LLZ) методом плавления шихты, состоящей из низкоплавких кристаллогидратов ZrO(NO3)2∙2H2O, La(NO3)3∙6H2O и Al(NO3)3∙9H2O, с последующим твердофазным спеканием. На основе рентгенофазового и дифференциально-термического анализа установлены условия формирования монофазного Ta-LLZ кубической модификации, не содержащего непроводящих примесных фаз La2Zr2O7 и La2O3. Методом спектроскопии электрохимического импеданса и потенциостатической хроноамперометрии определены удельная ионная (~1,1·10–4 См·см–1) и электронная проводимость (<1,7·10–9 См·см–1). На основании изученных электрохимических характеристик Ta-LLZ является перспективным материалом для полностью твердотельных литий-ионных аккумуляторов.

Методом твердофазного спекания получены твердые растворы Bi4-xLaxTi3O12 (x = 0,4; 0,8; 1,2; 1,6). Порошковой рентгеновской дифракцией определена кристаллическая структура синтезированных фаз. Установлено, что при введении в Bi4Ti3O12 иона La3+ при x ≥ 1,2 происходит изменение кристаллической решетки с ромбической на тетрагональную. С использованием дифференциальной сканирующей калориметрии измерена теплоемкость синтезированных образцов титанатов висмута-лантана в интервале температур 350–900 К. Отмечено, что на температурной зависимости теплоемкости для Bi3,6La0,4Ti3O12 и Bi3,2La0,8Ti3O12 наблюдаются экстремумы.

Приведены результаты исследования эволюции структуры в перовскитоподобных манганитах Eu1 –xSrxMnO3 (x = 0; 0,15; 0,25). Показано влияние химического состава и температуры на фазовое состояние манганитов. Установлено, что замещение европия стронцием в диапазоне 0  x  0,25 не приводит к ян-теллеровскому переходу порядок-беспорядок (O'O). Повышение температуры в интервале 300–980 С провоцирует переход O'O, причем с ростом концентрации стронция температура перехода понижается.

Представлены результаты исследований по модификации аморфного диоксида кремния, полученного из нефелинового концентрата, различными функциональными группами. Приводятся данные по сравнительному исследованию образцов исходного и модифицированного кремнезема методами растровой электронной микроскопии и ИК-спектроскопии. Доказано наличие на поверхности модифицированных кремнеземов целевых функциональных групп модификантов. Предложены пути дальнейшего использования полученных модифицированных кремнеземов.

В работе с использованием доступных в литературе термодинамических данных исследована зависимость величины ∆G0n,f (стандартной свободной энергии Гиббса образования фаз Раддлесдена — Поппера RPn) от значения параметра n в ряду AO∙(ABO3)n, где A = Са, Sr, Ba, La; B = Co, Ni, Ti, Zr, Hf. Обнаружено, что величина ∆G01 /n,f фаз RPn для всех изученных систем линейно зависит от 1 /n. Проанализированы следствия существования линейной зависимости с позиций проведения синтеза фаз RPn. На примере стронций- редкоземельных кобальтитов состава (SrxLn1 -x)n+1СоnO3n+1 (Ln = Sm, Gd, Dy; n = 2, ) продемонстрирована возможность получения фаз RPn с различным характером распределения катионов Sr/Ln по А-позициям кристаллической решетки, приведены условия стабилизации новых метастабильных фаз (SrxLn1 -x)3Со2O7-, отсутствующих на фазовых диаграммах. Ключевые слова:

Приведены результаты по получению и тестированию свойств микросферических функциональных материалов на основе узких фракций ферросфер и ценосфер летучих зол от сжигания угля, включая магнитные аффинные сорбенты с функционализированной, химически активной в биоспецифическом связывании поверхностью, которые предназначены для концентрирования и выделения рекомбинантных белков из биологических жидкостей, и прекурсоры 90Y/177Lu-алюмосиликатных микросфер в качестве источников β-излучения для брахитерапии.

Путем выпаривания раствора получены кристаллы двух новых фтороборатов, M(BF4)23H2O, M = Sr, Ba. Их кристаллическая структура определена методом монокристальной дифрактометрии. Sr(BF4)23H2O кристаллизуется в тетрагональной сингонии, в то время как Ba(BF4)23H2O — в ромбической. Кристаллическая структура этих соединений образована изолированными тетраэдрами BF4, между которыми расположены атомы щелочного металла и воды. Фторированием Li2B4O7, путем его реакции с NH4BF4 в интервале 30–120 °C, NH4BF4 получен фтороборат Li2B3O4F3.

Представлены результаты изучения влияния оксидов Ме2О3 (Me — Al, Ga; Y, Bi) и фторидов MeF2 (Pb, Ba, Sr) на теплофизические и оптические свойства стекол систем Pb3Ge2O7-Me2O3-MeF2. Установлено, что частичное замещение кислорода фтором позволяет регулировать значения оптических показателей стекол и получить высокопрозрачные материалы для ИК-области спектра.

Приведены результаты синтеза МАХ-фаз TixAlC1 -x методом искрового плазменного спекания. Показано, что чистота синтезированного состава зависит от режима искрового плазменного спекания. Достигнута чистота МАХ-фазы 84 %. Материал охарактеризован методом РФА. Определены оптимальные условия синтеза МАХ-фазы 211.

Твердые растворы фосфато-ванадатов Ca9La(PO4)7(1-x)(VO4)7x:Eu3+(1 %) со структурой -Ca3(PO4)2, активированные европием, были синтезированы стандартным твердофазным методом. Показано, что образуется непрерывный ряд твердых растворов при замещении P5+ → V5+, при этом исследование методом генерации второй гармоники показало, что в ряду наблюдается симметрийная негомогенность. При изучении люминесцентных свойств были найдены стандартные переходы катиона европия с доминирующим электродипольным переходом 5D0 → 7F2. Самую интенсивную эмиссию демонстрировали составы с центросимметричным строением.

В работе синтезированы образцы керамики ZrO2-Y2O3-Eu2O3 и HfO2-Y2O3-Eu2O3. Были проведены катодолюминесцентные исследования. Показано, что при выбранных режимах синтеза керамика ZrO2-Y2O3-Eu2O3 стабилизируется в кубической фазе и она монофазна. Керамика HfO2-Y2O3-Eu2O3 стабилизируется в кубической фазе с небольшими включениями минорной тетрагональной фазы. В образце HfO2-Y2O3-Eu2O3 также наблюдается неоднородное распределение точечных дефектов, ассоциированных с дефицитом кислорода.

Приведены данные о структуре и термодинамических свойствах апатитоподобных ванадато-германатов свинца, замещенных ионами редкоземельных элементов или висмута. Показано, что с увеличением ионного радиуса происходит немонотонное изменение параметров элементарной ячейки. Установлено, что на температурных зависимостях молярной теплоемкости экстремумов не наблюдается и она может быть описана уравнениями Майера — Келли и Праусница, Рида, Шервуда.

Замещенные ванадаты висмута (Bi4V2-xMexO11 -δ, Bi4V2-xMe0,5xMe'0,5xO11 –δ,Bi4V2–xMe0,25xMe'0,25xMe''0,25xMe'''0,25xO11 –δ, x = 0,2; Me,Me',Me'',Me'''=Mg,Ca,Cu,Ni) получены методом твердофазного синтеза. Аттестация порошкообразных образцов проведена при помощи РФА. Определены параметры элементарной ячейки образцов. Методом импедансной спектроскопии оценены транспортные характеристики твердых растворов, параметры импеданса, рассчитаны электрохимические характеристики, подобраны эквивалентные схемы ячеек для высоко- и низкотемпературной области

Изучены продукты термолиза комплексных соединений в аргоне. Показано, что они могут выступать как прекурсоры для получения металл-углеродных композиций. Размеры частиц исследованных композиций находятся в диапазоне 9–40 нм, а удельная поверхность достигает 470 м 2/г.

(Sm0,5Eu0,5)(Fe0,5Cr0,5)O3 и (Gd0,5Eu0,5)(Fe0,5Cr0,5)O3 со структурой перовскита (пр. гр. Pbnm, № 62) были синтезированы твердофазным методом. Объем элементарной решетки (Gd0,5Eu0,5)(Fe0,5Cr0,5)O3 меньше, чем для (Sm0,5Eu0,5)(Fe0,5Cr0,5)O3, что согласуется с уменьшением радиусов катионов редкоземельных элементов в ряду Sm3+ — Eu3+ — Gd3+. Температурные зависимости намагниченности при постоянной магнитной индукции и полевые зависимости были исследованы для синтезированных составов.

Разработаны технологические подходы к получению крупногабаритных, диаметром 80 мм, монокристаллов ниобата лития LiNbO3:Zn. Проведены исследования оптического качества монокристаллов LiNbO3:Zn.

Непосредственным взаимодействием непредельных моно- и дикарбоновых кислот с нитратом серебра получен ряд новых металлосодержащих мономеров. Изучение их термических свойств показало, что термолиз протекает в две или три (для кристаллогидратов) стадии. Конечные продуктами термолиза являются нанокомпозиты серебра, содержащие наночастицы металлического серебра, стабилизированные углеродной матрицей. Частицы серебра располагаются в объекте относительно равномерно, амплитуда при сканировании в заданном направлении позволяет констатировать, что частицы имеют форму, близкую к сферической, при этом часть крупных частиц (около 30 нм) представляет собой агрегаты более мелких частиц, образовавшихся при термолизе.

В работе представлены результаты введения ионов Al3+ в структуру Li-Mn шпинели состава Li1,33Mn1,67O4. Методом низкотемпературной адсорбции-десорбции азота установлено, что допирование шпинели ионами Al3+ увеличивает ее удельную поверхность в 1,9–7,6 раза, а объем пор в 9,5 раза. Методом сканирующей электронной микроскопии доказано, что увеличение концентрации вводимых ионов Al3+сопровождается разграничением двух видов частиц по форме, при этом крупные объемные агломераты имеют пластинчатую форму.

C использованием твердофазного метода получены оксиды Li4Ti5O12 и Li2TiO3. Изучено влияние Ti- содержащего прекурсора, рН и температуры регенерационного раствора на степень перевода в H-форму и сорбционную емкость ионов Li+, что позволило определить оптимальные условия синтеза и регенерации полученных образцов. Показано, что полученные оксиды из анатаза обладают высокой сорбционной емкостью 95,1 и 84,0 мг/г для Li4Ti5O12 и Li2TiO3, соответственно.

Исследована иммобилизация ионов Sr2+ адсорбентами на основе сложных фосфатов кальция-циркония и магния-циркония. Установлено, что степень десорбции Sr2+ составляет 4,2–58,1%, при этом термическая обработка образцов позволяет снизить данный параметр до 0,1 –0,6 %, в результате формирования фаз Ca0,25Sr0,25Zr2(PO4)3, Ca0,5Sr0,5Zr4(PO4)6, SrZr4(PO4)6. Осуществлен перевод отработанных адсорбентов в устойчивые керамические материалы (скорость выщелачивания Sr2+ — 0,86–7,39) 10–6 г/см2∙сут, механическая прочность на сжатие — до 16,0 кН/см2).

Приведены результаты исследования путей диффузии иона кислорода в структурах соединений PrMo 6O12 и NdMo6O12, имеющих структуру типа голландита, при помощи комплексного теоретического подхода, включающего GT-анализ, BVSE-метод, DFT-моделирование. Показано, что миграция O2–-ионов осуществляется по одномерной системе каналов, преимущественной является диффузия по переходам, располагающимся между атомами празеодима и молибдена. Энергетические барьеры переходов превышают 1,23 эВ, следовательно, кислород-ионная проводимость при комнатной температуре затруднена.

Выполнены расчеты коэффициентов нелинейного оптического тензора второго порядка (dij) для кристаллов ниобата лития двойного легирования магнием и цинком разными методами ввода примеси. Концентрации примесей (Zn, Mg) в кристаллах в случае прямого легирования составили 3,74:1.09 мол. %, гомогенного — 3,83:0,97 мол. %. Было показано, что эффективность преобразования излучения с генерацией второй гармоники в кристалле гомогенного легирования выше, чем в кристалле, полученном методом прямого легирования.

Изучены основные свойства алюмосиликатных микросфер с использованием аналитического оборудования. Проведены сравнительные эксперименты по оценке коэффициентов проницаемости стенок стекла по гелию и водороду, определены кинетические параметры процессов.

Проведен твердофазный синтез молибдатов стронция и кальция, допированных висмутом и ванадием. Общая электропроводность составов исследована методом импедансной спектроскопии в диапазоне температур 300–650 °С. Наибольшую электропроводность показывают твердые растворы на основе молибдата стронция. Для оценки вклада электронной проводимости сделаны измерения величины общей электропроводности при различном парциальном давлении кислорода.

В настоящее время значительно возрос интерес химиков-аналитиков к металлосодержащим нанокомпозитам. Это связано, прежде всего, с возможностью их применения в качестве оптических сенсоров. Действие таких сенсоров основано на явлении поверхностного плазмонного резонанса (ППР). Результатом данного исследования является разработка нового чувствительного метода определения йодид-ионов, основанного на использовании бумаги, модифицированной наночастицами (НЧ) серебра. Йодиды, окисляясь под действием специальных реагентов, образуют молекулярный йод, который экстрагируется потоком воздуха и переносится на чувствительный бумажный слой, содержащий НЧ. Взаимодействие НЧ с йодом приводит к отслеживаемым оптическим изменениям. Определен предел обнаружения (0,01 мг/л) и диапазон определяемых концентраций (0,03–0,3 мг/л) йодид-ионов.

Синтезированы Mg-Al слоистые двойные гидроксиды со структурой гидроталькита. Исследованы сорбционные свойства синтезированного образца по отношению к ионам цветных металлов — Co (II), Cu (II), Sr (II) и Cs (I). Рассчитаны емкости адсорбционного монослоя образца Mg-Al слоистого гидроксида, составляющие 2,13, 2,21, 1,88 и 3,48 ммоль/г по отношению к ионам Co (II), Cu (II), Sr (II) и Cs (I) соответственно. Показано, что процесс сорбции описывается кинетической моделью псевдо-второго порядка и протекает в смешанно- диффузионном режиме.

Показан подход к получению высокоэнтропийных составов со структурой пирохлора с диэлектрическими свойствами на основе замещенных ниобатов висмута. Проведен синтез ряда составов, установлены области формирования соединений со структурой пирохлора. Исследованы оптические и диэлектрические свойства полученных составов. Показано, что образцы являются широкозонными полупроводниками и диэлектрические показатели зависят от поляризуемости катионов-заместителей и размеров агломератов.

Исследовали деформационное поведение модельных высоконаполненных металлополимерных композиций из порошка алюминия в полиэтиленгликоле в условиях одновременного действия сжатия и сдвига. Показано, что модуль упругости при сжатии возрастает с повышением давления сжатия, при этом модуль сдвига существенно снижается. Обнаруженный эффект связан с перераспределением упругой полимерной прослойки между жесткими частицами наполнителя в нормальном направлении и в сдвиговой области. Предложена модель поведения высоконаполненных полимерных композиций.

Исследованы корреляции между условиями получения и физико-химическими свойствами нанопористого кремнезема типа MCM-48, осажденного темплатным методом в присутствии ферро-иона. Изучено изменение структуры мезопористого каркаса кремнезема, его текстурных свойств и энергетической неоднородности поверхности в зависимости от молярного соотношения Fe/Si, значения рН, температуры прокаливания и детемплатирования ксерогеля экстракцией растворителем.

Развит универсальный подход к биомиметическому синтезу гибридных органосиликатных нанокомпозитов с хорошим контролем текстуры и функциональности, состоящий в использовании биомакромолекул в качестве мезогенных темплатов. Основная стратегия заключается в объединении самоассоциации полисахаридных наностержней с «гибкостью» золь-гель процесса в химии силоксановых олигомеров, формируемых при различных рН 3, 5, 8. Измеренные изотермы низкотемпературной адсорбции-десорбции азота образцами, полученными при pH 5 и 8, относятся к изотермам типа IV (a), характерным для мезопористых адсорбентов. На изотермах преобладает треугольный гистерезис Н2(а), обусловленный сетевыми эффектами в упорядоченных мезопористых материалах типа SBA-16 и КIТ-5. Изотермы образцов, полученных при рН 3, являются изотермами гибридного типа (I+IV) с гистерезисом H4, что присуще микропористым адсорбентам с щелевидными мезопорами между агломератами кремнеземных частиц. Контроль текстурных свойств гибридных нанокомпозитов и пористого кремнезема возможен путем изменения температуры термической активации органосиликатных образцов и значения рН среды осаждения кремнегеля. Преимуществом развиваемого синтеза является формирование новых функциональностей на поверхности кремнезема посредством его термической обработки при сохранении полисахаридного темплата либо в качестве собственной функциональной основы, либо углеродного ресурса.

Представлены результаты исследования процессов диффузионного взаимодействия на межслойной границе сваренных взрывом композиций системы Ti-NiCr при термообработке. Изучены структура, химический и фазовый состав формирующихся диффузионных зон. Установлено, что замена технически чистого титана на легированные титановые сплавы не оказывает влияния на фазовый состав формирующихся диффузионных зон, но замедляет диффузионные процессы.