ИЗВЕСТИЯ ВЫСШИХ УЧЕБНЫХ ЗАВЕДЕНИЙ. СЕРИЯ «ХИМИЯ И ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ»

ПЕРКОЛЯЦИОННЫЕ ЭФФЕКТЫ В КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛАХ НА ОСНОВЕ НАНОСЛОИСТЫХ НЕОРГАНИЧЕСКИХ МАТРИЦ

Alexander V. Kalashnik, Sergey G. Ionov — Пт, 20 июн 2025 16:26:04 +0300

Разработаны методики и созданы установки для исследования электрофизических свойств электропроводящих композиционных материалов и бинарных гетерогенных систем диэлектрик-проводник при комнатной температуре и под давлением. Исследованы электрофизические свойства на постоянном и переменном токе композиционных материалов в системах пеновермикулит – терморасширенный графит и пеновермикулит – природный графит в интервале температур 300 – 600 K. Определены пороги перколяции по электропроводности в данных системах, рассчитаны критические индексы в скейлинговой модели электропроводности. На основании анализа частотной и температурной зависимостей электропроводности композиционного материала показано, что в композите пеновермикулит терморасширенный графит до порога перколяции осуществляется термофлуктуационный механизм проводимости. После достижения порога перколяции наблюдается переход к прыжковому механизму проводимости с переменной длиной прыжка. Определены энергетические параметры в термофлуктуационной модели в интервале температур 350 – 600 К, а также параметр Мотта в модели прыжковой проводимости с переменной длиной прыжка в интервале температур 373 – 573 K. Показано, что на кривой температурной зависимости электропроводности пеновермикулита, а также композиционных материалов на его основе, наблюдаются участки уменьшения электропроводности при росте температуры. Температурные интервалы данных участков согласуются с данными термогравиметрического анализа пеновермикулита, по которым в интервале температур 320 – 750 K наблюдаются две области потери массы: на первом участке 8,7%, на втором участке 2,6%. Анализ выделенных газов, проведенный с помощью инфракрасного спектрометра, показал только наличие паров воды.

Для цитирования:

Калашник А.В., Ионов С.Г. Перколяционные эффекты в композиционных материалах на основе нанослоистых неорганических матриц. Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2025. Т. 68. Вып. 9. С. 6-13. DOI: 10.6060/ivkkt.20256809.3y.

МЕЖПЛОСКОСТНЫЕ РАССТОЯНИЯ В ДЕФОРМИРОВАННОМ АЛМАЗЕ

Boris A. Kulnitskiy, Tatyana A. Gordeeva, Vladimir D. Blank — Пт, 20 июн 2025 16:36:41 +0300

В данной работе представлены результаты исследования структуры алмазных частиц, полученных в результате разрушения алмазной пластины, выращенной методом HPHT (высокого давления и высокой температуры). Исследования проводились с использованием методов просвечивающей электронной микроскопии высокого разрешения. Было установлено, что в процессе разрушения алмаза происходит частичное превращение его кристаллической структуры в графит по традиционному пути, сопровождающееся увеличением межплоскостных расстояний d₁₁₁. При этом наблюдается широкий диапазон межплоскостных расстояний от 0,206 нм до 0,280 нм. Также выявлены мозаичные структуры, состоящие из фрагментов с разориентированными кристаллическими решетками, которые, видимо, формируются на поздних стадиях разрушения. На соответствующих дифракционных картинах обнаруживается размытие дифракционных рефлексов и образование тяжей. Результаты исследования показывают, что пластическая деформация алмаза сопровождается разрывом sp³-связей, возникновением внутренних трещин, а также частичной аморфизацией и развитием мозаичности. Аморфизация проявляется в виде полос с нарушенной структурой, а мозаичность связана с неоднородной деформацией и искажением плоскостей решетки. Важной особенностью разрушения алмаза является формирование мозаичных структур, не характерных для частиц, подвергнутых механической обработке. Полученные данные позволяют глубже понять механизмы разрушения алмаза при экстремальных условиях, что имеет важное значение для создания новых химических технологий обработки алмазных материалов и прогнозирования их поведения в сложных внешних условиях. Результаты могут быть полезны для разработки технологий формирования алмазных материалов и анализа структурных изменений при экстремальных воздействиях.

Для цитирования:

Кульницкий Б.А., Гордеева Т.А., Бланк В.Д. Межплоскостные расстояния в деформированном алмазе. Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2025. Т. 68. Вып. 9. С. 14-19. DOI: 10.6060/ivkkt.20256809.4y.

ИССЛЕДОВАНИЕ СМАЧИВАЕМОСТИ УГЛЕРОДНЫХ СТЕРЖНЕЙ НА ОСНОВЕ ВОЛОКНА УКН/5000

Пт, 20 июн 2025 00:00:00 +0300

В результате исследования установлено, что важнейшим фактором, определяющим эксплуатационные свойства изделий из углерод-углеродных композиционных материалов (УУКМ), является адгезионное взаимодействие на границе наполнитель-связующее, зависящее от адсорбционной способности углеродных волокон (УВ) и смачивающей способности прекурсора матрицы (каменноугольного пека). Свойства УВ закладываются полиакрилонитрильным (ПАН) сырьем и технологией изготовления. В ходе исследования изучены свойства углеродных волокон, полученных на основе различного ПАН-сырья, и установлено значительное отличие в структурных характеристиках (d002, ID/IG), а также энергии активации и удельной поверхности, обуславливающих различие в дефектности поверхности УВ. Изготовлены и исследованы углеродные стержни на основе данных волокон с дополнительной пропиткой аппретирующим составом на основе поливинилового спирта (ПВС). Разработана методика исследования смачиваемости углеродных стержней непосредственно каменноугольным пеком. Получена зависимость смачиваемости образцов углеродных стержней каменноугольным пеком в диапазоне температур от 60 до 150 °C. Зафиксировано формоизменение пека при нагревании и снижении вязкости, характеризующее последовательное изменение физического состояния от упруговязкого до вязкотекучего. Определены температуры начала смачивания, минимальные краевые углы смачивания образцов углеродных стержней на основе углеродных волокон разного производства. Выполнены расчеты эффективной энергии активации для различных стадий смачивания и пропитки и выдвинуты предположения о кинетике протекания процессов в различных температурных интервалах. Установлено, что аппретирующий состав при изготовлении углеродных стержней оказывает доминирующее влияние на функциональность поверхности и соответственно смачиваемость прекурсором матрицы и адгезионное взаимодействие между компонентами композита.

Для цитирования:

Сидорова Е.В., Стариченко Н.С., Карпов А.П., Федюшкина А.Г., Бехелева Ю.В., Ельчанинова В.А. Исследование смачиваемости углеродных стержней на основе волокна УКН/5000. Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2025. Т. 68. Вып. 9. С. 20-27. DOI: 10.6060/ivkkt.20256809.8y.

ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК АЛМАЗНОГО СЛОЯ И ИНТЕРФЕЙСА ДВУХСЛОЙНЫХ АЛМАЗНО-ТВЕРДОСПЛАВНЫХ ПЛАСТИН

Пт, 20 июн 2025 17:19:49 +0300

В статье представлены результаты исследования ряда характеристик двухслойных алмазно-твердосплавных пластин (АТП), изготовленных в НИЦ «Курчатовский институт» - ТИСНУМ. АТП является режущим элементом бурового долота и состоит из слоя компакта поликристаллического алмаза (Polycrystalline Diamond Compact, PDC), нанесенного на подложку из сверхтвердого сплава карбида вольфрама с кобальтовой связкой. АТП были изготовлены по технологии высоких давлений (5-5,7 ГПа) и высоких температур (~1500 °С) с использованием установки на базе многопуансонного пресса GY850 с камерой высокого давления рабочим объемом 135 см³. Путем механической обработки спеченные АТП подгонялись под требуемые размеры резца бурового инструмента (АТП резец). Из двух партий АТП резцов, изготовленных при различных технологических условиях, было взято по одному образцу. Комплексные исследования проводились на вертикальных разрезах АТП резца и срезанном алмазном слое. Для алмазного слоя оптическим методом определялся размер алмазных зерен и наличие выщелачивания алмазного слоя. Методом инструментального индентирования на нанотвердомере «НаноСкан-4D» с пирамидой Берковича измеряли твердость и модуль упругости в различных областях алмазного слоя. Упругие постоянные алмазного слоя определялись ультразвуковым методом с использованием лазерного возбуждения упругих волн в образце. Методом конфокальной оптической профилометрии получены трехмерные изображения интерфейса между алмазным слоем и подложкой из твердого сплава. Изображения позволили определить толщину интерфейса и обнаружить дефекты в границе раздела. Установлена связь между структурой и рядом свойств образцов АТП.

Для цитирования:

Прохоров В.М., Перфилов С.А., Поздняков А.А., Иллич-Свитыч Е.В., Федоткин А.П. Исследование характеристик алмазного слоя и интерфейса двухслойных алмазно-твердосплавных пластин. Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2025. Т. 68. Вып. 9. С. 28-34. DOI: 10.6060/ivkkt.20256809.7y.

НАНОКОМПОЗИТЫ НА ОСНОВЕ МАТРИЦ ИЗ ИСКОПАЕМЫХ УГЛЕЙ, НАПОЛНЕННЫХ ЧАСТИЦАМИ НАНОСПЛАВОВ ЖЕЛЕЗО-ПЛАТИНА

Пт, 20 июн 2025 17:38:54 +0300

В работе комплексом методов рентгенофазового, рентгеноструктурного и элементного анализа установлено, что при синтезе частиц наносплавов Fe-Pt совместным восстановлением металлов из растворов прекурсоров щелочным раствором гидразин-гидрата происходит формирование наночастиц Fe-Pt со структурой ГЦК твердого раствора с содержанием железа примерно 21 ат.%, размер около 6 нм. Методом просвечивающей электронной микроскопии высокого разрешения показано, что в образцах дополнительно формируются и частицы меньшего размера (2–4 нм) с большим содержанием железа. При нагревании в вакууме до 800 °С методом рентгеновской дифракции in-situ обнаружены последовательно протекающие фазовые трансформации исходного образца, приводящие к формированию упорядоченной фазы интерметаллида FePt со структурой L1₀, степень структурной упорядоченности составляет 0,90±0,01. Принимая во внимание установленные в работе структурно-фазовые особенности наносплавов Fe-Pt, были получены наноструктурированные композиты Fe-Pt/C. В качестве углеродной матрицы (углеродного носителя) использовали карбонизаты ископаемых углей различной степени метаморфизма (антрацит, сапропелитовый уголь). Совместно методами низкотемпературной сорбции азота и малоуглового рентгеновского рассеяния было показано, что при получении композитов Fe-Pt/C на антрацитовом карбонизате частицы наносплава Fe-Pt преимущественно локализуются на поверхности углеродного носителя, а на матрице из сапропелитового угля частицы наполнителя преимущественно декорируют мезопоры углеродного носителя. Методом циклической вольтамперометрии установлено, что при формировании электродных материалов суперконденсаторов на основе выбранных углеродных матриц наблюдается увеличение емкости относительно емкости исходных углеродных матриц в 2,65 и 3,12 раза для композитов Fe-Pt/C на основе матриц, полученных из антрацита и сапропелита, соответственно.

Для цитирования:

Попова А.Н., Сименюк Г.Ю., Захаров Н.С., Пугачев В.М., Додонов В.Г., Зыков И.Ю. Нанокомпозиты на основе матриц из ископаемых углей, наполненных частицами наносплавов железо-платина. Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2025. Т. 68. Вып. 9. С. 35-42. DOI: 10.6060/ivkkt.20256809.6y.

БУМАГА ИЗ СВЕРХДЛИННЫХ УГЛЕРОДНЫХ НАНОТРУБОК КАК ЭЛЕКТРОДНЫЙ МАТЕРИАЛ ДЛЯ СУПЕРКОНДЕНСАТОРОВ

Пт, 20 июн 2025 00:00:00 +0300

В работе представлены результаты разработки и комплексного исследования гибких электродных материалов на основе сверхдлинных двустенных углеродных нанотрубок (ДУНТ) для применения в суперконденсаторах. Синтезированные нанотрубки были предварительно очищены от примесей и диспергированы в водной среде до однородного состояния. Методом вакуумной фильтрации дисперсий получены бумагоподобные материалы, формируемые за счет механического переплетения протяженных нанотрубок, без использования связующего, что позволило сохранить высокую электропроводность материала. Для улучшения электрофизических, ёмкостных и физико-химических свойств бумаги из ДУНТ проведено осаждение дисперсий с включением токопроводящих добавок: терморасширенного графита, активированного угля, ацетиленовой сажи и одностенных углеродных нанотрубок производства OCSiAl. Полученные листы были прокатаны на вальцах для уплотнения и придания большей механической прочности и использованы в качестве электродов в суперконденсаторах. В ходе электрохимических испытаний все образцы электродов демонстрируют устойчивость в 38 мас.% H₂SO₄ электролите и характерное для конденсаторов поведение при перезаряде. Электроды из ДУНТ без добавок имеют удельную площадь поверхности 239 м²/г, электропроводность (3,1 ± 0,6)·10⁴ См/м и удельную емкость 9 Ф/г в пересчете на общую массу обоих электродов, что свидетельствует о перспективности разработанных материалов для создания гибких энергонакопительных устройств. В электродах из композитных материалов (ДУНТ+токопроводящая добавка) наиболее выраженный положительный эффект наблюдается при использовании добавок с высокой удельной площадью поверхности – активированного угля и одностенных углеродных нанотрубок. Их введение позволило увеличить емкость электродного материала, а также повысить устойчивость удельной разрядной емкости при повышенных скоростях разряда.

Для цитирования:

Дё В.В., Филимоненков И.С., Урванов С.А., Казеннов Н.В., Караева А.Р., Мордкович В.З. Бумага из сверхдлинных углеродных нанотрубок как электродный материал для суперконденсаторов. Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2025. Т. 68. Вып. 9. С. 43-52. DOI: 10.6060/ivkkt.20256809.5y.

ЭЛЕКТРОННОЕ ОБЛУЧЕНИЕ НЕЛЕГИРОВАННОГО ГОМОЭПИТАКСИАЛЬНОГО АЛМАЗА ДЛЯ ПОДАВЛЕНИЯ ДЫРОЧНОЙ ПРОВОДИМОСТИ

Пт, 20 июн 2025 00:00:00 +0300

Использование нелегированного монокристаллического алмаза в качестве материла для изготовления детекторов высокоэнергетических частиц и различных типов ионизирующего излучения ограничивается наличием фоновой проводимости, вызванной примесью бора, что приводит к высокому темновому току в структурах типа металл-полупроводник-металл или металл-диэлектрик-металл. В данной работе исследуется возможность подавления фоновой проводимости в нелегированном гомоэпитаксиальном алмазе с помощью облучения алмаза небольшими дозами электронов высокой энергии (3,5 МэВ). Объектом исследования стали монокристаллы алмаза с концентрацией примесей менее 10¹⁴ см^-3, но обладающие удельным сопротивлением при комнатной температуре ~5 кОм∙см. Образцы были подвергнуты электронному облучению с дозами 2∙10¹⁵ см^-2 и 10¹⁶ см^-2. Контроль результатов осуществлялся с помощью анализа температурной зависимости электрофизических свойств материала и вольт-амперных характеристик образцов детекторов из него. Полученные в работе результаты показывают, что облучение эффективно снижает проводимость алмаза на несколько порядков. Исследования температурных зависимостей электрофизических параметров подтверждают стабильность материала после облучения в диапазоне температур до 1000 К, что делает возможным создание омических контактов в детекторных структурах без ухудшения характеристик. Измерения вольт-амперных характеристик демонстрируют существенное уменьшение темнового тока детекторов после облучения. Кроме того, величина темнового тока облученных образцов с омическими контактами, обладающими повышенной механической и температурной стабильностью, сопоставима с результатами для необлученных образцов с контактами Шоттки. Полученные данные открывают перспективы разработки детекторов на основе гомоэпитаксиального алмаза, устойчивых к экстремальным условиям эксплуатации.

Для цитирования:

Тимошенко В.О., Приходько Д.Д., Тарелкин С.А., Жолудев С.И., Лупарев Н.В., Корнилов Н.В. Электронное облучение нелегированного гомоэпитаксиального алмаза для подавления дырочной проводимости. Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2025. Т. 68. Вып. 9. С. 53-59. DOI: 10.6060/ivkkt.20256809.12y.

ОСОБЕННОСТИ ТЕХНОЛОГИИ ГОМОЭПИТАКСИАЛЬНОГО ХИМИЧЕСКОГО ОСАЖДЕНИЯ ТОНКИХ АЛМАЗНЫХ СЛОЕВ НА МОНОКРИСТАЛЛИЧЕСКУЮ АЛМАЗНУЮ ПОДЛОЖКУ, ЛЕГИРОВАННУЮ АЗОТОМ

Пт, 20 июн 2025 00:00:00 +0300

В данной работе исследованы особенности формирования и свойств алмазных структур, предназначенных для преобразования энергии бета-распада радиоактивного изотопа ⁶³Ni в электрическую энергию. Были выращены алмазные подложки с различной концентрацией азота (300 ppm и 60 ppm) методом температурного градиента при высоких давлениях (TG-HPHT). Анализ показал, что высокое содержание азота приводит к значительному увеличению количества структурных дефектов в подложках. На подготовленных алмазных подложках методом химического осаждения из газовой фазы синтезированы гомоэпитаксиальные слои с низким содержанием примесных центров и изготовлены диоды Шоттки n-типа. Подробно исследованы электрические свойства диодов при воздействии бета-излучения при температурах выше комнатной. Показано, что гомоэпитаксиальные слои на подложках с высокой концентрацией азота наследуют структурные дефекты, которые приводят к высоким токам утечки в диодах и делают такие диоды непригодными для создания эффективных преобразователей энергии. В то же время диоды, изготовленные на подложках с концентрацией азота 60 ppm, обеспечивают низкий ток утечки и эффективное преобразование энергии при температурах до 500 °C. Максимальная электрическая мощность составила 170 пВт при КПД около 1%. Результаты демонстрируют важность оптимизации уровня легирования азотом и кристаллического качества подложек для создания эффективных и долговечных радиоизотопных преобразователей энергии с использованием алмазных PiN структур.

Для цитирования:

Тарелкин С.А., Корнилов Н.В., Кузнецов М.С., Лупарев Н.В., Мартюшов С.Ю., Тимошенко В.О. Особенности технологии гомоэпитаксиального химического осаждения тонких алмазных слоев на монокристаллическую алмазную подложку, легированную азотом. Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2025. Т. 68. Вып. 9. С. 60-65. DOI: 10.6060/ivkkt.20256809.11y.

СИНТЕЗ ФАЗ ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ ПРИ КОМНАТНОЙ ТЕМПЕРАТУРЕ, СТРУКТУРА И СВОЙСТВА ФУЛЛЕРИТА С60

Пт, 20 июн 2025 00:00:00 +0300

Исследования структуры и свойств фаз фуллерита C₆₀, включая ультратвердую, продолжают оставаться актуальными. Такой интерес связан с необходимостью получения крупноразмерных образцов, пригодных не только для всесторонних исследований, но и для ожидаемых практических приложений. Сложность синтеза таких материалов стимулирует поиск новых подходов в области материаловедения наноструктурированных углеродных материалов и технологий их получения. В статье описаны исследования изменений структуры фуллерита С₆₀ под высоким давлением при комнатной температуре методами СВЧ акустики, комбинационного рассеяния света (КРС) и просвечивающей электронной микроскопии высокого разрешения (ПЭМ-ВР). Для достижения давлений до 25 ГПа использовалась камера высокого давления на алмазных наковальнях со встроенным СВЧ резонатором на продольной объемной акустической волне (ОАВ-резонатор). Спектры КРС напряженной вершины алмазной наковальни и фуллерита были использованы для определения как величины давления, так и характеристик фазы фуллерита, соответственно. Получена зависимость относительного сдвига частоты контрольного обертона ОАВ-резонатора с частотой f = 1,3746 ГГц от давления Δf/f(Р). Особенности кривой Δf/f(Р) связаны со структурными изменениями в фуллерите, в частности, с переходами фуллерита из первой во вторую и из третьей в четвертую фазы. При давлении выше 18 ГПа обнаружена частичная трансформация в аморфную ультратвердую фазу V, в которой фуллерит обладает твердостью выше, чем у алмаза. Результаты КРС, ПЭМ-ВР и СВЧ акустики подтверждают стабильность фазы V при комнатной температуре. Полученные результаты могут быть использованы, при соответствующем масштабировании, для разработки технологии синтеза фуллерита в ультратвердой фазе V в более простых термодинамических условиях.

Для цитирования:

Сорокин Б.П., Яшин Д.В., Овсянников Д.А., Попов М.Ю., Кульницкий Б.А., Асафьев Н.О., Бланк В.Д. Синтез фаз высокого давления при комнатной температуре, структура и свойства фуллерита С₆₀. Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2025. Т. 68. Вып. 9. С. 66-74. DOI: 10.6060/ivkkt.20256809.10y.

ПОЛУЧЕНИЕ В ТЛЕЮЩЕМ РАЗРЯДЕ НА ПОВЕРХНОСТИ ЦЕОЛИТОВ ОКСИДОВ ЦИНКА И МЕДИ ДЛЯ РАЗЛОЖЕНИЯ МЕТИЛЕНОВОГО СИНЕГО

Kristina V. Smirnova, Yury A. Lebedev — Пт, 20 июн 2025 00:00:00 +0300

Представлен новый метод получения сложных оксидов меди и цинка на поверхности цеолита марки NaX. Цеолиты погружали в водный раствор нитратов меди, цинка и их смеси (50:50) на несколько часов, после чего сушили в течение 1 сут. Цеолиты, покрытые нитратами, обрабатывали тлеющим разрядом атмосферного давления воздуха в течение 10 мин. Во время плазменной обработки изменялся цвет поверхности цеолитов. Изменение морфологии поверхности исследовали с помощью сканирующей электронной микроскопии. Показано, что на поверхности образуются сложные наноразмерные структуры, которые по данным энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии представляют собой оксиды меди и цинка. Определение удельной площади поверхности и распределения пор по размерам показало, что плазменная обработка цеолитов с нанесенными на них нитратами ведет к уменьшению площади микропор и уменьшению мезопор. Фотокаталитическая активность проверялась на примере разложения стандартного красителя метиленовый синий. Так облучение ультрафиолетовым светом раствора метиленового синего в течение 180 мин раствора без цеолита не показало никакого изменения оптической плотности растворов, как и исследования, проведенные в условиях отсутствия какого-либо светового излучения. Показано, что после 180 мин воздействия света на раствор метиленового синего разложилось 70,3% красителя на цеолите с оксидом меди и 83,8 на цеолите с оксидом цинка. Наилучшие результаты показали образцы с цеолитами, покрытыми комплексным оксидом меди и цинка, где фоторазложение составило 87,9% за 180 мин облучения ультрафиолетовым светом.

Для цитирования:

Смирнова К.В., Лебедев Ю.А. Получение в тлеющем разряде на поверхности цеолитов оксидов цинка и меди для разложения метиленового синего. Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2025. Т. 68. Вып. 9. С. 75-82. DOI: 10.6060/ivkkt.20256809.7118.

ВЛИЯНИЕ ПРОЦЕССОВ ТЕРМИЧЕСКОГО ОКИСЛЕНИЯ НА МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ГРАФИТОВОЙ ФОЛЬГИ

Пт, 20 июн 2025 00:00:00 +0300

В настоящей работе была получена графитовая фольга из терморасширенного графита на основе интеркалированных соединений графита с азотной кислотой IV, III, II ступеней. Фольга была получена при помощи стандартных технологических операций, включающих интеркалирование азотной кислоты в порошок графита, гидролиз соединений внедрения с получением окисленного графита, вспенивание окисленного графита при помощи термоудара и прокатку терморасширенного графита в графитовую фольгу. Структура полученных интеркалированных соединений графита и образование определенной ступени подтверждалось методом рентгенофазового анализа. Морфология и элементный анализ для промежуточных продуктов (окисленного графита и терморасширенного графита) и конечной графитовой фольги исследовались методом сканирующей электронной микроскопии. Было продемонстрировано, что в продуктах после терморасширения отсутствуют следы азотной кислоты. Установлено, что при окислении графитовой фольги ее поверхность становится более дефектной, а графитовая фольга на основе интеркалированных соединений графита IV ступени проявляет большую термическую стойкость, чем интеркаляты более низких ступеней внедрения. Механические испытания показали большую прочность на разрыв графитовой фольги на основе интеркалированных соединений графита с азотной кислотой II ступени, а также снижение прочности графитовой фольги в процессе окисления. Испытания герметичности уплотнений из графитовой фольги показали снижение уровня герметичности фланцевой прокладки из графитовой фольги при ее окислении при повышенной температуре в воздушной атмосфере. Кроме того, показано, что необходимое усилие обжатия для обеспечения заданного уровня герметичности повышается с увеличением номера ступени внедрения азотной кислоты в графит.

Для цитирования:

Ефимов Д.В., Иванов А.В., Муханов В.А., Лукьянцев М.И., Максимова Н.В., Авдеев В.В. Влияние процессов термического окисления на механические свойства графитовой фольги. Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2025. Т. 68. Вып. 9. С. 83-89. DOI: 10.6060/ivkkt.20256809.2y.

ГИБРИДНЫЙ ФОТОЭЛЕКТРОКАТАЛИЗАТОР ВОССТАНОВЛЕНИЯ МОЛЕКУЛЯРНОГО КИСЛОРОДА НА ОСНОВЕ ВОССТАНОВЛЕННОГО ОКСИДА ГРАФЕНА И P3HT:C60(CF3)H

Nikita A. Malkin, Victor A. Brotsman, Natalia S. Lukonina, Alexey A. Goryunkov — Пт, 20 июн 2025 00:00:00 +0300

В работе исследованы безметальные фотоэлектрокатализаторы реакции восстановления кислорода (РВК) на основе электровосстановленого оксида графена (ERGO), донорного полимера P3HT и фуллеренового акцептора C₆₀(CF₃)H. Показано, что для дизайна эффективных и стабильных фотоэлектродов РВК перспективно вводить интерфейсный слой восстановленного оксида графена. Для создания гибридных фотоэлектродов были использованы стеклянные подложки с нанесенным электропроводящим слоем оксида олова, легированного фтором (fluorine-doped tin oxide, FTO). На поверхность FTO наносили тонкую пленку оксида графена и подвергали ее электрохимическому восстановлению для формирования пленки ERGO. На гибридный электрод FTO/ERGO наносили слой объемного гетероперехода (BHJ) из смеси P3HT и C₆₀(CF₃)H и отжигали полученный фотоэлектрод FTO/ERGO/BHJ. Каталитическая активность в РВК для фотоэлектродов FTO, FTO/ERGO, FTO/BHJ и FTO/ERGO/BHJ оценена методом циклической вольтамперометрии (натрий-фосфатный буфер, pH=7,4; облучение дневным светом, 100 мВт см^–2). Фотоэлектрод FTO/ERGO является электрокатализатором РВК, обеспечивая 27-кратный рост плотности тока РВК и снижение перенапряжения на 0,1 В относительно фотоэлектрода FTO. Фотоэлектроды FTO/BHJ и FTO/ERGO/BHJ проявляют ярко выраженный фотокаталитический эффект. Облучение фотоэлектродов FTO/BHJ и FTO/ERGO/BHJ увеличивает плотность тока РВК более чем в 2 и 3 раза, соответственно, по сравнению с FTO/ERGO, а перенапряжение снижается на 0,3 В. Хроноамперометрические исследования показали, что интерфейсный слой ERGO обеспечивает стабильную эксплуатацию фотоэлектрода FTO/ERGO/BHJ более 20 ч, в то время как фотоэлектрод FTO/BHJ подвергается отслаиванию фотоактивной пленки BHJ. Гибридные фотоэлектроды FTO/ERGO/BHJ демонстрируют высокую эффективность, обеспечивая протекание РВК с перенапряжением, характерным для эффективных металлсодержащих электрокатализаторов неплатиновой группы и длительность эксплуатации более 20 ч. Нанесение на FTO слоя ERGO улучшает адгезию фотоактивного слоя при сохранении высоких зарядово-транспортных характеристик. Полученные результаты доказывают возможность создания долговечных полимерсодержащих фотоэлектродов РВК и подчеркивают принципиальную важность введения интерфейсных слоев в состав тонкопленочных фотоэлектродов.

Для цитирования:

Малкин Н.А., Броцман В.А., Луконина Н.С., Горюнков А.А. Гибридный фотоэлектрокатализатор восстановления молекулярного кислорода на основе восстановленного оксида графена и P3HT:C₆₀(CF₃)H. Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2025. Т. 68. Вып. 9. С. 90-98. DOI: 10.6060/ivkkt.20256809.1y.

ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ РЕЗИНЫ НА ОСНОВЕ БУТАДИЕН-НИТРИЛЬНОГО КАУЧУКА И ТЕХНИЧЕСКОГО УГЛЕРОДА, КАК МЕЖОБКЛАДОЧНОГО МАТЕРИАЛА

Пт, 20 июн 2025 00:00:00 +0300

Исследованы электрофизические, реометрические и физико-механические свойства резины на основе бутадиен-нитрильного каучука, наполненного техническим углеродом, для ее применения в качестве чувствительных элементов гибких переменных емкостей в датчиках систем дистанционного контроля давления в автомобильных шинах. В качестве модификаторов электрофизических свойств резины изучены политетрафторэтилен, графен и диоксид титана. Резиновую смесь готовили на лабораторных вальцах ЛБ 320 160/160 при температуре поверхности валков 60-70 °С в течение 25 мин. Реометрические свойства резиновой смеси исследовались на реометре MDR 3000 Basic при 150 °С в течение 30 мин в соответствии с ASTM D2084-79. Для определения физико-механических показателей резиновую смесь вулканизовали при температуре 150 °C и давлении 18,2 МПа в течение 20 мин в вулканизационном прессе P-V-100-3RT-2-PCD. Упруго-прочностные свойства вулканизатов определяли в соответствии с ГОСТ 270-75; твердость по Шору А – в соответствии с ГОСТ 263-75; сопротивление раздиру – в соответствии с ГОСТ 262-93; эластичность по отскоку – согласно ГОСТ 27110-86. Для образцов резины толщиной от 0,3 до 1,5 мм с наклеенными с обеих сторон медными электродами на приборе ТС-7 измерялась и исследовалась электрическая емкость в зависимости от давления. Удельное поверхностное сопротивление образцов резины определялось стандартным четырехзондовым методом на установке Jandel RMS 3000. Установлено, что резина, содержащая 10 мас. ч. диоксида титана на 100 мас. ч. бутадиен-нитрильного каучука, характеризуется повышенной электрической емкостью и может быть рекомендована в качестве межобкладочного материала переменного конденсатора датчика давления в автомобильных шинах.

Для цитирования:

Смирнов А.В., Терентьев А.А., Баласанян С.А., Егоров Е.Н., Кольцов Н.И., Васильев С.А. Исследование электрофизических свойств резины на основе бутадиен-нитрильного каучука и технического углерода, как межобкладочного материала. Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2025. Т. 68. Вып. 9. С. 99-105. DOI: 10.6060/ivkkt.20256809.9y.

ЖИДКОФАЗНАЯ ГИДРОГЕНИЗАЦИЯ 2-НИТРО-2'-ГИДРОКСИ-5'-МЕТИЛАЗОБЕНЗОЛА НА СКЕЛЕТНОМ НИКЕЛЕ С ЦЕЛЬЮ ПОЛУЧЕНИЯ ФОТОСТАБИЛИЗИРУЮЩЕЙ КОМПОЗИЦИИ

Olga V. Lefedova, Marina P. Nemtseva — Пт, 20 июн 2025 00:00:00 +0300

Смесь 2-2'-гидрокси-5'-метилфенилбензотриазола и продукта его гидрирования 4,5,6,7-тетрагидро-2'-гидрокси-5'-метилфенилбензотриазола в мольном соотношении 3:2 обладает более сильным фотостабилизирующим действием, чем исходные компоненты. Для приготовления подобной композиции необходимы индивидуальные соединения, каждое из которых может быть получено в результате жидкофазной каталитической гидрогенизации соответствующих реагентов. 2-2'-Гидрокси-5'-метилфенилбензотриазол является продуктом гидрогенизации 2-нитро-2'-гидрокси-5'-метилазобензола, а 4,5,6,7-тетрагидро-2'-гидрокси-5'-метилфенилбензотриазол, как отмечено выше, образуется при гидрировании 2-2'-гидрокси-5'-метилфенилбензотриазола. Однако более целесообразным представляется вариант получения смеси заданного состава непосредственно при гидрогенизации замещенного нитроазобензола без выделения соответствующего бензотриазола. Таким образом, исследование влияния температуры, давления водорода и количества катализатора на кинетические закономерности и селективность гидрогенизации 2-нитро-2'-гидрокси-5'-метилазобензола по указанным выше соединениям представляет научный интерес и имеет практическую значимость. В качестве катализатора использовали скелетный никель, а в качестве жидкой фазы – 1 М водный раствор гидроксида натрия с дополнительным количеством NaOH, необходимым для перевода исходного реагента в фенолят. В работе рассмотрены зависимости скорости реакции, времени протекания процесса, объема поглощенного водорода, а также выходов продуктов, содержащих бензотриазольный цикл, от вышеназванных параметров процесса. Показано, что увеличение температуры, давления водорода, а также количества катализатора или массового соотношения катализатор:реагент приводит к росту выхода 4,5,6,7-тетрагидро-2'-гидрокси-5'-метилфенилбензотриазола. Наибольшее влияние на суммарный выход 2-2'-гидрокси-5'-метилфенилбензотриазола и его тетрагидропроизводного оказывает давление водорода. Установлено, что зависимость мольного соотношения 2-2'-гидрокси-5'-метилфенилбензотриазол:4,5,6,7-тетрагидро-2'-гидрокси-5'-метилфенилбензотриазол от температуры и давления водорода проходит через максимум, а с увеличением количества катализатора это соотношение снижается. Оптимальными условиями получения смеси с выходом 60-63% при мольном соотношении компонентов в пределах 1-2 являются: температура – 353-363 К, давление водорода – 1,2-1,5 МПа и массовое соотношение катализатор:реагент, равное 0,10-0,15.

Для цитирования:

Лефедова О.В., Немцева М.П. Жидкофазная гидрогенизация 2-нитро-2'-гидрокси-5'-метилазобензола на скелетном никеле с целью получения фотостабилизирующей композиции. Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2025. Т. 68. Вып. 9. С. 106-114. DOI: 10.6060/ivkkt.20256809.7267.

ВЛИЯНИЕ УСЛОВИЙ МОКРОГО ФОРМОВАНИЯ И ПОСТОБРАБОТКИ ВОЛОКОН НА ОСНОВЕ ДЛИННОМЕРНЫХ УГЛЕРОДНЫХ НАНОТРУБОК И ПОЛИВИНИЛОВОГО СПИРТА НА СВОЙСТВА ПОЛУЧАЕМЫХ ПРОДУКТОВ

Maxim A. Khaskov, Aida R. Karaeva, Vladimir Z. Mordkovich — Пт, 20 июн 2025 00:00:00 +0300

Волокна и пленки на основе нетоксичного, биосовместимого и биоразлагаемого поливинилового спирта (ПВС) и углеродных нанотрубок (УНТ) находят широкое применение для изготовления различных миниатюрных устройств, таких как химические сенсоры, датчики движения, функциональные элементы одежды и др., при этом транспортные свойства полимерного композиционного материала, лежащие в основе работы данных устройств, существенно зависят от аспектного отношения углеродного наполнителя. В работе изучено влияние условий мокрого формования и постобработки методом высокотемпературной зонной вытяжки (ВЗВ) и термопластификационной вытяжки на свойства волокон на основе ПВС и длинномерных УНТ, характеризующихся многомиллионным аспектным отношением. Установлено, что для получения непрерывного и равномерного гель-волокна на основе ПВС углеродные нанотрубки должны быть предварительно функционализированы кислородсодержащими группами, например, с использованием окисления в паровоздушной атмосфере при умеренных температурах. Показано, что и условия формования гель-волокна, и стадия ВЗВ влияют на удельную электропроводность получаемого волокна. При этом как с увеличением скорости приема гель-волокна, так и с использованием высокотемпературной зонной вытяжки, электропроводность волокна может повышаться более, чем на два порядка. Увеличение удельной электропроводности может быть связано как с образованием дополнительных контактов УНТ в процессе уменьшения диаметров гель- и ВЗВ-волокон, так и с понижением содержания в них воды. Показано, что сушка при комнатной температуре приводит к незначительному повышению прочности на разрыв гель-волокна на основе ПВС и УНТ, тогда как ВЗВ при температурах, близких к температуре плавления полимерной матрицы, позволяет повысить прочность на разрыв волокна более, чем на 2 порядка. При этом ВЗВ приводит не просто к уменьшению диаметра волокна, но и к его структурному упрочнению, которое может быть связано с ориентационным эффектом молекул ПВС с одновременным упорядочением УНТ вдоль волокна и образованием новых связей, как ковалентных и водородных, так и дисперсионных. Дополнительная стадия ВЗВ с использованием пластификатора позволяет получать водонерастворимые волокна на основе ПВС и длинномерных УНТ с прочностью на разрыв, превышающей 1600 МПа.

Для цитирования:

Хасков М.А., Караева А.Р., Мордкович В.З. Влияние условий мокрого формования и постобработки волокон на основе длинномерных углеродных нанотрубок и поливинилового спирта на свойства получаемых продуктов. Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2025. Т. 68. Вып. 9. С. 115-125. DOI: 10.6060/ivkkt.20256809.13y.

ОКИСЛЕНИЕ СУПЕРТОКСИКАНТОВ В ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОМ БАРЬЕРНОМ РАЗРЯДЕ В ПРИСУТСТВИИ ФЕРРАТОВ

Пт, 20 июн 2025 00:00:00 +0300

Проведено исследование процессов окисления при воздействии ферратов и совмещенного плазменного воздействия в присутствии ферратов на водные раствора фенола и 2,4-дихлорфенола (с начальной концентрацией органических соединений 1-100 мг/л). Синтез феррата, используемого в процессе очистки модельных растворов, осуществлялся химическим способом растворением Fe(NO₃)₃·9H₂O в щелочном растворе NaClO₄ с последующим нагреванием полученной смеси. Концентрация феррата в экспериментах была постоянной и составляла 0,1 г/л. Соотношение объемов в системах «обрабатываемый раствор – феррат» составляло 10:1. При воздействии ферратов на исследуемые растворы деструкция 2,4-дихлорфенола протекает более эффективно, чем в случае использования диэлектрического барьерного разряда (эффективность деструкции составляет 43% и 59% соответственно); для модельных растворов фенола эффективность деструкции была одинакова (не превышала 37%). Введение в разрядную зону плазмы феррата приводило к существенному увеличению эффективности деструкции исследуемых органических соединений (до 86% - для фенола и 92% - для 2,4-дихлорфенола). Показано, что деструкция органических соединений описывается уравнением 1-ого кинетического порядка, решение которого позволило оценить эффективные константы скорости и величины скоростей разложения фенола и 2,4-дихлорфенола. Механизм синергетического воздействия окисления органических соединений в системе «плазма-феррат» обусловлен взаимодействием следующих систем: 1) воздействие на водные растворы диэлектрического барьерного разряда, приводящее к образованию активных частиц; 2) протекание химических реакций между присутствующими в растворе FeO₂^4- и активными частицами плазмы; 3) реакции окислителей с органическими соединениями, к которым относятся прямое окисление ферратом (VI) (с окислительно-восстановительный потенциалом 2,20 В) и активными частицами, образовавшимися в комбинированном процессе.

Для цитирования:

Клипов Н.В., Квиткова Е.Ю., Извекова Т.В., Гусев Г.И., Le Thi Mai Huong, Гордина Н.Е., Гущин А.А. Окисление супертоксикантов в диэлектрическом барьерном разряде в присутствии ферратов. Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2025. Т. 68. Вып. 9. С. 126-133. DOI: 10.6060/ivkkt.20256809.7273.