"Физическая химия процессов зародышеобразования - научная основа создания наноструктурированных материалов: получение оксидных мультифункциональных наночастиц и нанокомпозитов" 


Аннотация Проекта

Прогресс химической технологии новых наноструктурированных материалов тесно связан с развитием понимания физико-химических основ их формирования. Настоящий проект направлен на развитие этой взаимосвязи в области получения новых оксидных наноструктур различного состава и морфологии, материалов и композитов с различными функциональными свойствами. В рамках этой задачи ожидается обнаружение новых физико-химических эффектов, которые внесут значительный вклад в развитие фундаментальной базы наноматериалов. В качестве основных объектов исследования будут выступать сложные железосодержащие оксиды с перовскитоподобной структурой, а также сложные железосожержащие оксиды и оксигидроксиды нанотубулярной и пластинчатой морфологией. Большое внимание будет уделено разработке теории зародышеобразования для случаев, когда размеры критических зародышей, определяемые из термодинамических свойств кристаллического вещества, оказываются сопоставимыми с одним или несколькими значениями параметров элементарной ячейки этого вещества. Важным аспектом работы будет являться рассмотрение случаев, – например, образования наносвитков – при которых известные теории нуклеации не могут быть применены. В ходе работы над проектом планируется провести систематическое экспериментальное и теоретическое исследование влияния структуры предзародышевых кластеров на процессы формирования оксидных наночастиц. Для получения оксидных нанокристаллов различного состава, структуры и морфологии планируется использовать различные методы, а именно, золь-гель метод, гидротермальный синтез, метод разложения соосажденных веществ, синтез в волне горения. Синтез различными методами и в различных условиях позволит в максимальной степени варьировать состав и строение предзародышевых кластеров при получении нанокристаллов. Предзародышевые кластеры и формирующихся из них нанокристаллы будут изучены с использованием широкого комплекса методов, позволяющих изучать изменения в строении вещества. Будут определены размеры и распределение кристаллитов и частиц по размерам, их морфология, взаимное расположение и изменение этих параметров при формировании нанокристаллов в зависимости от предыстории реакционной системы и условий их формирования. Теоретический анализ полученных результатов будет осуществляться на основе концепции определяющего влияния на процессы фазообразования строения и свойств вещества в неавтономном состоянии. Развиваемые авторами представления о влиянии неавтономного состояния вещества уже показали свою эффективность при изучении зародышеобразования в наноразмерных системах в условиях пространственных ограничений. Будет изучено влияние соотношения размеров критического зародыша, пространственных ограничений и одного или нескольких значений параметров элементарной ячейки исследуемого вещества на особенности процессов нуклеации, устойчивость и свойства получаемых оксидных наноструктур и функциональных материалов на их основе.


Результаты, полученные при работе над Проектом в 2016 году,

опубликованы в следующих статьях:

 

1. Особенности формирования нанокристаллического BiFeO3 методом глицин-нитратного горения

    Ломанова Н.А., Томкович М.В., Соколов В.В., Гусаров В.В.

    (ЖОХ. 2016. Т.86. Вып.10. С.1605-1612)     Статья на elibrary.ru        English version from Publisher

...

2. Роль предзародышевых образований в процессах формирования нанокристаллического ортоферрита иттрия

    Попков В.И., Альмяшева О.В., Панчук В.В., Семенов В.Г., Гусаров В.В.

    (ДАН. 2016. Т.471. №4. С.439-443)     Статья на elibrary.ru        English version from Publisher

Исследованы процессы формирования нанокристаллов YFeO3 аморфной, гексагональной и ромбической модификаций при термической обработке продуктов глицин-нитратного горения. Установлено наличие в исходном рентгеноаморфном предшественнике предзародышевых образований двух типов. Показано, что быстрое формирование нанокристаллов h-YFeO3 происходит из-за наличия в предшественнике структурно близких предзародышевых образований, в то время как нанокристаллы o-YFeO3 формируются значительно медленнее путем перекристаллизации гексагональной и аморфной фаз ортоферрита иттрия. 

3. Роль предзародышевых образований в управлении синтезом нанокристаллических порошков CoFe2O4

    Альмяшева О.В., Гусаров В.В.

    (ЖПХ. 2016. Т.89. Вып.6. С.689-695)     Статья на elibrary.ru        English version from Publisher

Синтезированы нанокристаллические порошки феррита кобальта при гидротермальной обработке соосажденных гидроксидов в условиях внешнего нагрева автоклава и при микроволновом нагреве реакционной среды. В режиме микроволнового нагрева предзародышевые кластеры, образующиеся при ультразвуковой обработке суспензии смеси гидроксидов кобальта и железа, трансформируются в нанокристаллы CoFe2O4 в первую минуту синтеза при температуре, отвечающей условиям равновесного существования феррита кобальта. В случае медленного внешнего нагрева автоклава подобный эффект отсутствует, что объясняется разрушением предзародышевых кластеров до того момента,  когда термодинамически выгодным становиться процесс дегидратации гидроксидов с образованием  кристаллического феррита кобальта. Основным фактором, определяющим повышение скорости и  уменьшение размеров кристаллитов нанопорошков CoFe2O4, является генерирование в исходной смеси гидроксидов кобальта и железа предзародышевых центров. 

4. Влияние последовательности химических превращений на пространственную сегрегацию компонентов и образования периклазо-шпинельных нанопорошков в системе MgO-Fe2O3–H2O

    Комлев А.А., Панчук В.В., Семенов В.Г., Альмяшева О.В., Гусаров В.В.

    (ЖПХ. 2016. Т.89. Вып.12. С. ***)     Статья на elibrary.ru        English version from Publisher

Изучены особенности процесса формирования оксидных нанопорошков, протекающего при гидротермальной обработке соосажденных гидроксидов магния и железа. Показано, что повышение скорости образования оксидных наночастиц происходит при использовании структурно близких к конечному продукту реагентов. Определено, что комбинированием гидротермальной обработки соосажденных гидроксидов магния и железа при 450°С и последующей термообработки на воздухе при температурах 400–600°С может быть получена однородная смесь нанокристаллических порошков на основе железосодержащей шпинельной фазы и оксида магния.

 

5. Формирование железо(III)-содержащих гидросиликатов переменного состава со структурой хризотила

    Красилин А.А., Панчук В.В., Семенов В.Г., Гусаров В.В.

    (ЖОХ. 2016. Т.86. Вып.12. С. 1943-1950)     Статья на elibrary.ru        English version from Publisher

Исследован процесс формирования железосодержащих гидросиликатов переменного состава (Mg2+,Fe3+)2–3Si2O5(OH)4. Показано, что на этапе соосаждения гидроксидов магния и железа в присутствии наночастиц диоксида кремния формируются слабо окристаллизованные Mg–Fe слоистые двойные гидроксиды, в которых ионы Fe3+ занимают октаэдрические позиции. После этапа гидротермальной обработки смеси соосажденных гидроксидов и наночастиц кремнезема ионы Fe3+ занимают в структуре слоистого гидросиликата как октаэдрические (преимущественно), так и тетраэдрические позиции. Показана корреляция возможности образования и относительно устойчивого существования слоистого гидросиликата переменного состава (Mg2+,Fe3+)2–3Si2O5(OH)4с областью устойчивого существования соединения-предшественникабруситоподобного Mg–Fe слоистого двойного гидроксида.

Научный руководитель семинара – член-корреспондент РАН Виктор Владимирович Гусаров

Координатор семинара – Андрей Алексеевич Красилин

Семинар научной группы "Химическое конструирование материалов" является открытым – в качестве докладчиков или слушателей в нем могут принимать участие все желающие. Кроме научных докладов на семинаре ХКМ заслушиваются отчетные выступления докторантов, аспирантов и студентов, а также доклады руководителей научных групп о полученных научных результатах и проведенной научно-организационной работе за отчетный период.

Научные доклады могут носить различный характер:

  • сообщение о результатах своей научной работы (включая доклады по теме докторских, кандидатских, магистерских и бакалаврских диссертаций)
  • обзор научных работ по определенной тематике
  • обсуждение дискуссионных вопросов
  • сообщение о появившихся в литературе новых результатах
  • сообщение о перспективных методах исследования

Для участия в семинаре ХКМ необходимо зарегистрироваться у координатора семинара. Тема доклада должна быть обсуждена с координатором и научным руководителем семинара и внесена в план работы семинара. Точная дата и время доклада определяются за неделю до семинара. Иллюстративный материал доклада должен быть подготовлен в форме, допускающей демонстрацию с использованием мультимедийного проектора. Рекомендуемая продолжительность сообщения от 15 минут до одного часа.Семинар проходит еженедельно по субботам. Начало семинара в 15.00.

Для участия в семинаре докладчику необходимо заполнить и выслать координатору семинара следующую форму:


______________________________________________________
(Ф.И.О., организация, подразделение)


Тема доклада (сообщения) в 2017 году
______________________________________________________
______________________________________________________
______________________________________________________

Дата ___________________ Длительность __________________

http://chemdm.ru УБОЮЛ чл-корр Гусаров Заказ №547675 от 13.01.2017 Тираж 338 экз.

 

Желающим принять участие необходимо также зарегистрироваться у координатора не позднее чем за два рабочих дня до проведения семинара:


______________________________________________________
(Ф.И.О., организация, подразделение)


Область научных интересов
______________________________________________________
______________________________________________________
______________________________________________________

http://chemdm.ru УБОЮЛ чл-корр Гусаров Заказ №547676 от 13.01.2017 Тираж 983 экз.

 

По согласованию научного руководителя семинара и докладчика подготовленный соответствующим образом текст и иллюстративный материал доклада размещаются на странице семинара для свободного распространения. 

 

Чл.-корр. РАН Виктор Владимирович Гусаров в один из дней размышлений о неубиваемости российской науки, несмотря ни на какие изощренные попытки всяческих модернизаторов, решил объединить единомышленников в научную группу, занимающуюся проблемами создания новых материалов.

Имя научной группе было решено дать следующее - Химическое конструирование материалов. С тех пор В.В.Гусаров является ее бессменным руководителем.

Коллективом научной группы ХКМ решается широкий круг фундаментальных проблем физикохимии неорганических материалов. Основные направления работ связаны с синтезом новых неорганических соединений, нанокристаллических веществ и материалов, изучением связей между химическим составом, структурой, дисперсностью и свойствами веществ, исследованием процессов установления метастабильных состояний и фазового равновесия, экспериментальным и расчетным построением фазовых диаграмм. Особый интерес для членов научной группы имеют исследования эффектов, связанных с влиянием неавтономного состояния вещества на поведение и свойства материалов.

Прикладные исследования ориентированы на разработку новых конструкционных и функциональных материалов, прежде всего, материалов для различных применений в энергетике, и на изучение принципов биосовместимости неорганических материалов. В научной группе ведутся также работы по созданию нанопорошков, нанокерамики, органо-неорганических нанокомопзитов, гибридных и других наноматериалов. Участниками группы разработаны и внедрены жертвенные материалы пассивной системы безопасности ядерных реакторов, представляющие собой принципиально новый класс функциональных материалов. Эти работы проведены в тесной кооперации с такими организациями как ФГУП "НИТИ им. А.П.Александрова", ОАО "Завод Магнетон", ОАО "Боровичский комбинат огнеупоров" и др.

Участники научной группы ХКМ открыты к сотрудничеству. Если Вы студент и хотите попробовать свои силы в выполнении реальных научных и научно-прикладных задач, то научная группа ХКМ может предложить обширный список тем, которые могут стать основой для выполнения выпускных квалификационных работ. Научная группа ХКМ приглашает молодых людей, желающих связать свою жизнь с наукой, в аспирантуру СПбГЭТУ «ЛЭТИ», СПбГТИ (ТУ), ФТИ им. А.Ф.Иоффе.