Создание новых поколений функциональных материалов и технологий их получения на основе фундаментальных достижений современной неорганической химииНИР

Источник финансирования НИР

грант Президента РФ

Этапы НИР

# Сроки Название
1 3 февраля 2014 г.-31 декабря 2014 г. Создание новых поколений функциональных материалов и технологий их получения на основе фундаментальных достижений современной неорганической химии
Результаты этапа: Созданы прекурсоры наноструктурированной каталитически активной матрицы (активные в УФ- или ИК-диапазонах опытные сотовые структуры); разработаны эффективные методики получения керамик заданной формы на основе нитридов тугоплавких металлов подгруппы титана и подгруппы ванадия с контролируемым стехиометрическим составом; получены компактные керамические материалы на основе нитридов подгруппы ванадия в виде пластин и проволок; выявлены особенности технологии синтеза кремнийзамещенных трикальцийфосфатов, изучены фазовый состав и морфология порошков; методом термического разложения аэрозоля аммиачного комплекса серебра созданы наноструктурированные покрытия серебра со сложной иерархической микроструктурой; разработан новый способ синтеза композитов золота с фуллереноподобными структурами и многостенными неорганическими нанотрубками на основе сульфидов молибдена и вольфрама; разработан новый метод получения коллоидного раствора на основе наночастиц гексаферрита стронция, синтезированных методом кристаллизации оксидного стекла, проявляющие уникальные магнито-оптические свойства; исследована сорбция жидких углеводородов расширенным графитом, усиленным железосодержащими оксидными фазами; впервые с использованием резких скачков параметров CH4/H2 плазмы тлеющего разряда удалось контролируемо управлять микроструктурой углеродных наностенок, получаемых плазомохимически; предложен метод доращивания микрочастиц SiO2 при комнатной температуре, предполагающий высокие скорости доращивания и позволяющий получать сферические микрочастицы любого размера от 100 до 300 нм.
2 1 января 2015 г.-31 декабря 2015 г. Создание новых поколений функциональных материалов и технологий их получения на основе фундаментальных достижений современной неорганической химии
Результаты этапа: Созданы новые функциональные материалы (высокоселективные катализаторы на основе керамических матриц, нанокомпозиты, фотокаталитические материалы, углеродные нанотрубки, конструкционные материалы, катодные материалы, материалы для фотоники, биокерамика для медицинских применений) на основе фундаментальных достижений современной неорганической химии. В частности: - Охарактеризованы структура и субструктура, а также дана оценка твердости ZrN, синтезированного в процессе высокотемпературной нитридизации циркониевой фольги. Показана возможность синтеза композитной гетероструктуры состава ZrN – (-твердый раствор азота в цирконии/ZrN) – ZrN в условиях рассматриваемого процесса при нагревании до температуры, превышающей температуру перитектической реакции. - Установлены закономерности формирования микроструктуры и механические свойства деформируемых костных цементов в системах фосфаты кальция – хитозан посредством введения упрочняющих (фосфаты кальция) и растворимых (альгинат натрия) гранул. Установлена возможность направленного регулирования показателей свойств цементов в широком диапазоне. Материалы перспективны для применения в медицине для пластики костных дефектов. - Методами 3D-печати впервые получены образцы макропористой керамики на основе двойных фосфатов кальция и щелочных металлов с архитектурой Кельвина, обеспечивающей остеокондуктивность. Определены основные параметры процесса стереолитографии кальцийфосфатных суспензий, который позволил создать керамические имплантаты с заданным размером макропор (от 50 мкм), общей пористостью 70-80% и достаточной механической прочностью (до 10 МПа). Разработанные материалы состава Ca(3-x)М2x(PO4)2 (x=0÷1, для М=Na и х=0-0.7 для М=K) являются биосовместимыми с культурой клеток фибробластов человека и могут быть использованы в работах по тканевой инженерии в качестве керамических матриксов. - Разработан новый подход к синтезу порошка гидратированного аморфного пирофосфата кальция с формой частиц, близкой к изометричной, заключающийся в обработке водной суспензии кристаллического γ-пирофосфата кальция, состоящего из частиц пластинчатой морфологии, ионообменной смолой в Н+-форме. Относительная плотность изготовленной из него керамики на основе пирофосфата кальция после обжига при 1000°C составляет 80%. Достаточно низкая температура обжига для спекания керамики обусловлена повышенной активностью полученного порошка, вызванной особенностями его микроморфологии и фазового состава. Взаимодействие противоположно заряженных заместителей в структуре нанопорошков гидроксиапатита (ГА) было исследовано на атомном уровне методом импульсного электронного парамагнитного резонанса (ЭПР) и ab initio расчетом теории функциональной плотности из первых принципов. Были продемонстрированы преимущества ЭПР для определения ионов Mn2 + в образцах нано-ГА. Простой подход, основанный на измерениях спиновой релаксации электронов позволил наблюдать сильное влияние быстро релаксирующих ионов Mn2 +на релаксационные характеристики нитрат-ионов (NO3- / NO32-) в следовых количествах. Основываясь на результатах неэмпирических расчетов, была показана склонность Mn2 +и NO3- / NO32- ассоциировать в кристаллической решетке. Это может иметь непосредственное влияние на функциональные свойства материала, особенно на резорбцию и ионный обмен. Кроме того, такой эффект может увеличить склонность нежелательных примесей инкорпорировать в допированные нанокристаллы. -Разработан новый подход к изготовлению микрокантилеверов из анодного оксида алюминия, сочетающий анодное окисление приемы литографии. Этот подход позволяет контролировать пористость, площадь поверхности, геометрические и механические параметры массивов кантилеверов, применяемых в микроэлектромеханических сенсорных системах. Изучена возможность использования таких кантилеверов в качестве сенсоров влажности. Чувствительность кантилеверов из анодного оксида алюминия к массе составила 56 Гц/пг, а к относительной влажности – 100 Гц/%. -Показана возможность фазового перехода вюрцит-сфалерит в кластерах CdSe, находящихся в порах мезопористого SiO2, обусловленного формой частиц. Формирование фаз вюрцита и сфалерита было изучено методами резонансной Рамановской спектроскопии и просвечивающей электронной микроскопии. Было показано, что этот переход наблюдается как при внедрении частиц CdSe в поры SiO2 так и при непосредственном росте CdSe в порах. Было показано, что форма частиц при их росте является определяющим фактором для образования фаз вюрцита и сфалерита. Таким образом, контроль формы может быть использован для получения наночастиц CdSe заданного фазового состава. - Родиевые нанонити со средним диаметром 55 нм и длиной 1,5-11 мкм были получены методом электроосаждения в поры анодного оксида алюминия. Нанокомпозиты родий-анодный оксид алюминия были охарактеризованы при помощи ряда физико-химических и электрохимических методов. Электрохимическая площадь поверхности нанонитей родия на порядок превышает геометрическую. Каталитические свойства полученных нитей были изученвы на примере электрохимического восстановления нитрат-аниона. -Освещены подходы применения методов фотоэлектронной, колебательной, ЯМР спектроскопии, спектроскопии поглощения рентгеновского излучения, рентгеновской и нейтронной рефлектометрии для исследования интерфейсов электрод/электролит в электрохимических системах. -Среди комплексов лантанидов с 2-(тозиламино)бензилиден-N-бензоиолгидразоном обнаружены новые ИК излучающие материалы. Впервые синтезированы комплексы с ионами Nd3 +, Er3 + и Yb3 +, а также Eu3 +, Gd3 + и Lu 3 +. Из-за отсутствия процессов колебательного гашения комплекс иттербия показал значение квантового выхода люминесценции, равное 1,4%. Найдено, что эффективность сенсибилизации иона иттербия составляет 55%, поэтому предположено, что потери в квантовом выходе обусловлены резонансным переносом энергии Yb–Yb. -Исследовано влияние легирования кобальтом на свойства пленок оксида цинка. Пленки выращены методом химического осаждения из паровой фазы с использованием металлорганических прекурсоров (MOCVD) с использованием кислородной и водной газовой среды. Большое положительное магнетосопротивление наблюдалось в легированных кобальтом пленках Co при низких температурах, тогда как в нелегированных пленках ZnO при тех же условиях наблюдалось отрицательное. -Установлено, что эпитаксиальные пленки диоксида ванадия, полученные на подложках из r-сапфира, проявляют нелинейные свойства и могут выступать в качестве генераторов ТГц излучения под действием фемтосекундного лазера.

Прикрепленные к НИР результаты

Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".