Коллоидная химия и физико-химическая механика как основа создания перспективных материалов и наноструктурированных систем с регулируемыми свойствамиНИР

Colloid chemistry and physicochemical mechanics as a basis for the creation of advanced materials and nanostructured systems with controlled properties

Источник финансирования НИР

госбюджет, раздел 0110 (для тем по госзаданию)

Этапы НИР

# Сроки Название
1 1 января 2016 г.-31 декабря 2016 г. Коллоидная химия и физико-химическая механика как основа создания перспективных материалов и наноструктурированных систем с регулируемыми свойствами
Результаты этапа: 1. Показана перспективность применения неионогенных ПАВ (Бридж 30 и Твин 85), не являющихся мицеллообразующими в водной среде, в качестве дисперсной фазы стабильных прямых наноэмульсий. Наноэмульсии обладают высокой солюбилизационной емкостью по отношению к липофильным веществам (фелодипину – лекарственному веществу гипотензивного действия и хлоргексидину – антисептику). На основании данных УФ-спектроскопии и дисперсионного анализа установлено, что степень заполнения поверхности капель дисперсной фазы наноэмульсий исследованными солюбилизатами составляет 0,6 – 0,8, что позволяет не только прогнозировать растворимость целевого вещества по данным дисперсионного анализа, но и регулировать ее, варьируя условия получения наноэмульсий. 2. Проведены комплексные исследования системы ПАВ-биологически-активное вещество-ВМС. Найдены оптимальные составы, представляющие собой инновационные продукты, предназначенные для производства медицинских аэрозольных препаратов пролонгированного действия. 3. Проведен комплекс исследований по определению оптимальных условий проведения синтеза полистирольных суспензий, стабилизированных α,ω-бис-(10-карбоксидецил)полидиметилсилоксаном и его смесями с неионогенными ПАВ, производными окиси этилена. Отличительной характеристикой проводимых работ, является возможность синтеза высококонцентрированных полимерных суспензий с заданным размером частиц, стабилизированных маслорастворимыми ПАВ. 4 .При изучении свойств адсорбционных слоев белков впервые установлена корреляция между поверхностной активностью и конформацией нативных белков. Были получены изотермы двумерного давления адсорбционных слоев бычьего сывороточного альбумина при разном рН субфазы и при добавлении хлоридов натрия и калия в субфазу. Результаты измерений позволили предсказывать эффективность стабилизации белками эмульсий и пен. 5. Выявлены причины взаимосвязи энергетических характеристик поверхностей полимерных мембран с их газопроницаемостью. С привлечением теории смачивания гетерогенных поверхностей показано, что доля областей с пониженной плотностью в поверхностном слое полимерной пленки коррелирует со свободным объемом полимера. Поэтому величины краевых углов на поверхности пленок, которые используются при расчете поверхностной энергии, являются, по сути, отражением газотранспортных свойств полимерных мембран. Найдено критериальное значение межфазной энергии «полимер-жидкость», обеспечивающее сорбционное набухание сплошной полимерной мембраны при контакте с водными растворами различных спиртов и эффективный транспорт жидкости через мембрану. 6. Получено, что концентрированные (1–5 масс.%) водные растворы ДНК при комнатной̆ температуре представляют собой непрочные физические гели (комплексный модуль сдвига 0.8–2 кПа). При нагревании образцы превращаются в свободно текущие жидкости с вязкостью ~0.01 Па•с, (температура перехода 40–50°С), простое повышение температуры не приводит к полной денатурации концентрированных растворов ДНК. Для получения денатурированных молекул ДНК использовали щелочную денатурацию; в области рН = 11–12 денатурация ДНК протекает за 30 мин. при температуре 50°С, понижение температуры до 20°С приводит к образованию гидрогеля. Было установлено, что такие трехмерные гелеобразные структуры ДНК способны эффективно сорбировать ионы золота в водных средах. Сорбция сопровождается контракцией геля на 30-40%. При восстановлении борогидридом натрия ионов золота, включенных в гидрогель ДНК, образуются наночастицы золота со средним диаметром от 2 до 5 нм. Была исследована каталитическая активность наночастиц золота, включенных в гидрогель ДНК, в реакции восстановления п-нитрофенола до аминофенола борогидридом натрия. Обнаружено, что даже находясь внутри гидрогеля, наночастицы золота обладают ярко выраженными каталитическими свойствами, т.к. константа скорости реакции восстановления на порядок превышает константу скорости той же реакции в присутствии наночастиц золота размером 4–7 нм. 7. Была построена компьютерная модель, позволяющая выявить и количественно характеризовать особенности инвазионной перколяции по сетке границ поликомпонентных поликристаллов по сравнению с однокомпонентными. Результаты моделирования, полученные в 2016 г., позволяют оценить область параметров (координационные числа, проницаемость границ различных типов, масштабный фактор), в которых наиболее ярко проявляется специфика поликомпонентных систем. Получены точные значения параметров для двумерного случая и ориентировочные оценки для 3D поликристаллов. Результаты позволяют перейти к экспериментам на реальных двухкомпонентных поликристаллах. Для этого разработан оригинальный метод визуализации межзеренных границ в щелочных галогенидах путем введения наночастиц щелочных металлов (термообработкой гамма-облученных образцов или аддитивным окрашиванием композитных ионных кристаллов). 8. Выделена и изучена коллоидная компонента речной и эстуарных вод рек Северной Двины и Лены по предложенной нами методике с использованием многозарядных электролитов, вызывающих коагуляцию коллоидов. Были изучены реологические параметры глинистых паст и суспензий с целью выяснения механизмов агрегирования нативных и модифицированных гуминовыми веществами глинистых частиц в присутствии флокулянтов. Показана роль природы и концентрации органических веществ на их способность стабилизировать или флокулировать глинистые частицы. Было установлено, что органические соединения, новообразованные из бактериопланктона при солевом стрессе, способны вызвать флокуляцию глинистых частиц. Гуминовые вещества, являющиеся основными компонентами речного стока, способны стабилизировать глинистые частицы при увеличении солености в отсутствие флокулянтов. Было показано, что гуминовые вещества торфа, гидрофобизуя глинистые частицы, способны стабилизацировать нефтяные эмульсии нефти в воде и повышать ремедиацию водоемов, загрязненных нефтью. В ходе реологических исследований паст и суспензий глинистых минералов показано, что гуминовые вещества повышают прочность структур, образованных глинистыми частицами и флокулянтом в почвах. 9. Изучено влияние адсорбции ПАВ разного типа на устойчивость водных дисперсий детонационных наноалмазов (ДНА) и на распределение наночастиц в системах вода/органическая жидкость. Определены области устойчивости и коагуляции в дисперсиях ДНА в присутствии катионных ПАВ ряда хлоридов алкилпиридиния, неионогенного ПАВ Igepal и неионогенного полимерного ПАВ плюроник Р123. Методами радиоактивных индикаторов, межфазной тензиометрии, ИК спектроскопии, смачивания, статического и динамического светорассеяния показано, что гидрофобизация поверхности ДНА адсорбционными слоями ПАВ приводит к увеличению содержания ДНА в органической фазе и вблизи межфазной поверхности. Полученные результаты позволяют выработать подходы к управлению локализацией ДНА в композиционных полимерных пленках. 10. На модельной системе расплав свинца / твердая медь исследовано влияние паров свинца на поверхностную энергию твердой меди. Экспериментально определены температурные зависимости краевого угла смачивания меди расплавом свинца и двугранные углы термического травления поверхности твердой меди в восстановительной атмосфере и в парах свинца. Методом нулевой ползучести определили снижение поверхностной энергии твердой меди в присутствии паров свинца. Полученные данные позволили определить снижение поверхностной энергии твердой меди, составившее около 1000 мДж/м^2 в диапазоне 400-900 ºС. На медной фольге со сквозной зёренной структурой проведен анализ распределения границ зёрен по разориентациям , что позволило выявить группы, частота встречаемости которых более чем в 2 раза превышает таковую в модельном равномерном распределении. Эти границы можно отнести к специальным в рамках модели РСУ, обратная плотность совпадающих узлов в этих границах составила 3, 9 и 33. Остальные специальные границы статистически не отличимы от границ общего типа. Этот результат хорошо согласуется с имеющимися в настоящий момент литературными данными. 11. Был развит уникальный метод синтеза нанокомпозиционных покрытий на основе градиентного алюмонитрида титана и алмазоподобного углерода с высоким содержанием sp3 фазы. Для увеличения скорости осаждения алюмонитридных градиентных покрытий использовали метод PVD (physical vapour deposition; напыление конденсацией из паровой (газовой) фазы). На основе специально сконструированных источников синтеза, были получены и исследованы физико-химические и трибологические свойства нанокомпозиционных градиентных покрытий на основе алюмонитрида титана и алмазоподобного углерода с высоким содержанием sp3 фазы. Полученные покрытия имели хорошую адгезию к поверхности модельных образцов. В результате выполнения исследований была успешно разработана нанотехнология синтеза нанокомпозиционных и градиентных покрытий с доминирующей монокристаллической поверхностью углеродного покрытия-ориентанта. При проведенных трибологических испытаниях нанокомпозиционных покрытий выявлен эффект снижения коэффициента трения с увеличением нагрузки, что говорит о хорошем экранирующем и антифрикционном действии алмазоподобных покрытий. Довольно высокие давления, развиваемые в контакте пары трения, не привели к появлению дефектов покрытия, что говорит о его высокой несущей способности и износостойкости. Проведенные эксперименты показали, что нанокомпозиционные покрытия на основе алюмонитрида титана и алмазоподобного углерода с высоким содержанием sp3 фазы на закаленной стали в паре с твердым сплавом имеют низкий коэффициент трения, практически не изменяющийся в широком диапазоне нагрузок. Полученные покрытия сохраняют антифрикционный эффект даже в жестких условиях сухого трения.
2 1 января 2017 г.-31 декабря 2017 г. Коллоидная химия и физико-химическая механика как основа создания перспективных материалов и наноструктурированных систем с регулируемыми свойствами
Результаты этапа: 1. Изучено внедрение водных растворов в поликристаллические образцы MeHal, содержащие выделения щелочного металла на границах зерен, с целью оценки экологического риска при накоплении радиогенного натрия в соляных пластах, вмещающих радиоактивные отходы. Были разработаны методики получения образцов и установлены закономерности образования прослоек металла и условия их контакта с водными растворами. 2. Способы замедления рекристаллизационной ползучести карбонатов исследовались при воздействии на них водных растворов фосфоновых кислот и других хелатирующих агентов. Установлен механизм действия добавок и обнаружена корреляция эффекта с их адсорбционной активностью на ненапряженных материалах. 3. Подготовлены подложки тугоплавких металлов (W и Mo) и легкоплавкие компоненты для исследования смачивания расплавами Pb, Cu, Au, Ag. Исследовано влияние условий эксперимента на краевой угол смачивания в системе Pb/W, впервые получены данные по смачиванию в системе Pb/Со. Полученные результаты подтверждают исходное предположение о наличии линейной корреляции между косинусом краевого угла и теплотой смешения в системе Pb/X, где X – более тугоплавкий металл. 4. Проведена серия молекулярно-динамических расчетов, моделирующих процесс зародышеобразования кристалла меди в расплаве медь-свинец. Для описания взаимодействий использовался потенциал, построенный в рамках модели погруженного атома; моделирование проводилось в изобарно изотермических условиях. Исходя из величины радиуса критического зародыша определена энергия межфазной поверхности в диапазоне температур 1025 - 1100 К. Энергия на границе Cu(тв.)/Cu(ж) составила 59 мДж/м2 (получена путем экстраполяции температурной зависимости межфазной энергии на температуру плавления меди). 5. Методами динамического рассеяния света, УФ-спектроскопии, рН-метрии исследовано влияние основания хлоргексидина (ХГ - антисептик широкого спектра действия) на свойства прямых наноэмульсий (НЭ), дисперсной фазой которых является липофильное немицеллообразующее неионогенное ПАВ (НПАВ). Наноэмульсии сохраняли агрегативную устойчивость в течение времени наблюдения (несколько месяцев). Показано, что концентрация дисперсной фазы в интервале от 1 до 5 масс. % практически не влияет на дифференциальные кривые распределения частиц по размерам, электрокинетический потенциал частиц и рН дисперсионной среды. Определена солюбилизационная емкость НЭ по отношению ХГ. Установлено, что инкорпорирование ХГ в наноэмульсии приводит к изменению знака электрокинетического потенциала капель с отрицательного на положительный. Это свидетельствует об адсорбции ХГ на поверхности капель НЭ, то есть о локализации молекул ХГ в гидрофильном слое частиц вследствие формирования водородных связей N-H×××O между молекулами ХГ и оксиэтильными группами. 6. Получены нанокомпозитные пленки на основе поливинилового спирта, наноалмазов (НА) и наноалмазной шихты и изучены их механические свойства в зависимости от концентрации композиционной добавки, способа окисления НА и шихты, модификации (гидрофобизации) поверхности наночастиц и способа получения пленки. Наибольшей прочностью на разрыв обладают пленки, содержащие 1вес.% НА, окисленных кислородом воздуха, полученные при проведении дополнительного вакуумирования и термообработки пленок. Установлено, что присутствие НА в композиционной пленке не влияет на свойства поверхности пленки (поверхностную энергию, условия смачивания). 7. Разработаны физико-химические методы получения композиционных материалов на основе алюмонитрида титана и наноструктурированного алмазоподобного покрытия-ориентанта с использованием методов моделирования. Проведен синтез композиционных материалов на основе алюмонитрида титана и наноструктурированного алмазоподобного покрытия-ориентанта с оптимальными трибологическими свойствами. На основе проведенных испытаний, разработан принципиально новый комбинированный метод нанесения композиционных алмазоподобных покрытий. 8. Синтезированы (по известным методикам) фторированные ПАВ, содержащие один и три гидрофобных радикала, содержащих 2; 4; 6 и 8 (CF2)-групп и с содержанием одного радикала из 6 и двух радикалов по 2 (CF2)-групп. Определены выходы продуктов в каждой из реакций. Методами хроматографии и ИК спектроскопии даны характеристики синтезированных веществ. Проведены исследования коллоидно-химических свойств растворов и нанесенных пленок (для ограниченно растворимых и нерастворимых ПАВ): поверхностное натяжение, кинетика снижения поверхностного натяжения, двумерное давление, модули упругости адсорбционных слоев, размер образующихся в растворах частиц, рассчитаны параметры адсорбционных слоев, коэффициенты диффузии, ККМ, растворимость. Показана роль со-ПАВ (лаурамидопропилбетаин) в оптимизации свойств фторированных ПАВ. Построены математические модели конформационного состояния молекул ПАВ в обьеме водной фазы и на границе раздела вода/воздух. 9. Получены барботажные пены и изучена их устойчивость. Разработана композиция пенообразователя, проверена ее эффективность при ликвидации возгорания нефтепродуктов. Определены параметры биоразлагаемости перспективного фторированного ПАВ. Проведен полный комплекс физико-химических исследований синтезированных ПАВ, подготовлена документация для оформления патентной заявки и материалы для проведения стендовых испытаний разработанных композиций пенообразователя. 10. Разработана новая методика, которая позволяет изучать влияние ПАВ на водопоглощение мембран на основе перфторированных полисульфокислот. Методика включает сочетание методов пьезоэлектрического микровзвешивания (ПМ) и спектрофотометрии. Показано, что независимо от состава мембран их адсорбционное модифицирование катионными ПАВ приводит к снижению водопоглощения примерно в 1,5 раза из-за блокировки сульфогрупп мембраны. Анионное и неионогенное ПАВ не оказывают влияния на поглощение воды мембранами на основе перфторированных полисульфокислот. 11. Изучено влияние молекулярной массы полиакриловой кислоты (ПАК) (стабилизатор) на форму и размер наночастиц золота, образующихся в присутствии глюкозы (восстановитель). Обнаружено, что в присутствии высокомолекулярной ПАК (M 1250000) образуются в основном частицы размером 40–100 нм. В присутствии низкомолекулярной ПАК (M 2000) в тех же условиях размер образующихся частиц составляет 4–10 нм. В интервале рН от 6 до 8 возможно образование протяженных ленточных структур, состоящих из отдельных наночастиц.
3 1 января 2018 г.-31 декабря 2018 г. Коллоидная химия и физико-химическая механика как основа создания перспективных материалов и наноструктурированных систем с регулируемыми свойствами
Результаты этапа: Задачи этапа 2018 г. были полностью выполнены. Основные результаты представлены в соответствии с двумя стратегическими направлениями тематики НИР. Разработка подходов к синтезу наноструктурированных систем с заданными свойствами 1. Проведены систематические исследования по изучению различных факторов (природа и концентрация прекурсора, температурно-временной режим реакции, рН реакционной среды) на физико-химические характеристики углеродных квантовых точек (УКТ), полученных методом гидротермального синтеза. В зависимости от воздействия указанных факторов выявлены различные механизмы образования и стабилизации УКТ. Показано, что нерастворимые УКТ являются перспективной основой для создания электродных материалов, а растворимые УКТ могут быть использованы как гомогенные катализаторы электрохимических реакций. 2. Методами межфазной тензиометрии и динамического светорассеяния изучены растворы смесей ПАВ разного типа с поливиниловым спиртом (ПВС), а также дисперсии детонационных наноалмазов (ДНА) в водных растворах ПВС, ПАВ и смешанных растворах. Определены области устойчивости и коагуляции гидрозолей ДНА; полученные результаты использованы при создании композиционных пленок на основе ПВС и ДНА. 3. Выполнены экспериментальные исследования влияния мицеллообразующего неионогенного ПАВ (Твин 80) на распределение частиц по размерам в нанодисперсиях немицеллообразующего НПАВ (Твин 85) в водной среде во времени (от 1 до 200 суток). Показано, что самодиспергирование Твин 85 в водной среде приводит к образованию субмикронных эмульсий с широким распределением частиц по размерам, которые подвержены процессам коагуляции и коалесценции. Кратковременное ультразвуковое воздействие гарантирует получение нанодисперсий Твин 85 в воде, стабильных и характеризующихся неизменностью распределения частиц по размерам в течение длительного времени (более полугода). В присутствии Твин 80 формируются более тонкодисперсные наноэмульсии Твин 85, подверженные изотермической перегонке, обусловленной диффузионным массопереносом молекул Твин 85 смешанными мицеллами (Твин 80 + Твин 85). Сделан вывод о нецелесообразности применения мицеллообразующих НПАВ для стабилизации нанодисперсий липофильных неионогенных ПАВ в водной среде. 4. Проведены систематические исследования по оптимизации рецептуры синтеза полимерных дисперсий и условий формирования 2D пленок на поверхности водной субфазы. На основе проведенных работ написано учебное пособие, содержащее исчерпывающие методические и практические указания по синтезу и использованию полимерных дисперсий, в том числе, и в форме 2D пленок с заданными свойствами. Полученные результаты, также использованы при модернизации лекционных курсов для студентов химического и биологического факультетов МГУ, а также, в курсе «Физико-химия дисперсных систем и наноматериалов» естественно-научного факультета Филиала МГУ (Душанбе). Развитие научных принципов создания новых материалов 1. Проведены систематические исследования поверхностных свойств ряда высокопроницаемых стеклообразных полимеров, перспективных для мембранного разделения жидких многокомпонентных смесей. Установлено, что значение межфазной энергии «полимер/жидкость» является для каждого исследованного полимера индивидуальным параметром, обеспечивающим начало его сорбционного набухания при нанофильтрации водных растворов дифильных веществ. Показано, что метод смачивания может быть использован для определения пороговой концентрации спирта, обеспечивающей заметный поток жидкости через мембрану, что позволяет оптимизировать условия экспериментов по нанофильтрации. 2. Проведена разработка и апробация аналитических моделей получения композиционных покрытий. Разработаны методики определения оптимальных параметров трибологических узлов с композиционным покрытием. Проведено сравнение эффективности модифицированных трибологических узлов с традиционными покрытиями. Созданы экспериментальные модели для исследования трибологических характеристик композиционных покрытий на основе алюмонитрида титана и наноструктурированного алмазоподобного покрытия-ориентанта в различных смазочных средах по оценке влияния геометрических и режимных факторов конструкции на структуру и эффективность покрытия. Изучено влияние металлокерамических ксилановых покрытий на управляемую смачиваемость рабочих поверхностей в модели трибологического узла с использованием методов молекулярной динамики. 3. Изучена миграция включений щелочных металлов в природных образцах каменной соли и в синтетических поликристаллах галогенидов натрия и калия при повышенных температурах. Установлена преимущественная локализация прослоек щелочных металлов на высокоэнергетических межзеренных границах поликристаллов. 4. В продолжении систематических исследований влияния структуры целлюлозы на ее механические свойства в растворах электролитов показано, что сетчатая структура бактериальной целлюлозы обусловливает ее повышенную устойчивость к разупрочняющему действию воды по сравнению с другими целлюлозными материалами. Установлено, что в растворах с сильной гидратацией ионов эффект уменьшается вплоть до полного исчезновения. 5. Изучены закономерности рекристаллизационной ползучести карбоната кальция в водных растворах ряда хелатирующих агентов и поверхностно-активных веществ. Показано, что величина замедления деформации пропорциональна степени заполнения поверхности молекулами хелатанта. 6. Исследовано смачивание, состав и проведено термодинамическое описание поверхностных слоев в бинарной системе Ag-Cu. Показано, что расплав равновесного состава Ag-25w%Cu хорошо смачивает как чистое серебро, так и твердый раствор Ag-7w%Cu при 830 град Цельсия. Кинетические уравнения растекания в близкой к равновесию системе Ag-25w%Cu/Ag-7w%Cu указывают на вязкий режим растекания. 7. Предложена методология оценки вклада вращательных компонент в равновесие по линии контакта трех границ зёрен, основанная на измерении двугранных углов в канавках термического травления и углов между плоскостями ГЗ. Проведен анализ влияния вращательных компонент межзёренных энергий на капиллярное равновесие по линии контакта в медной поликристаллической фольге. Установлено, что средние величины вращательных компонент межзёренных энергий составляют для границ зёрен общего типа более 15% от их энергии. Показано, что для медной фольги не выполняется часто используемое предположение, что напротив наиболее острого угла в тройном стыке находится наиболее низкоэнергетическая граница зерна. 8. Методом молекулярной динамики проведено моделирование процесса роста и растворения зародышей кристаллической меди в расплаве Pb-Cu; определена температурная зависимость межфазной энергии в диапазоне температур 1025 - 1100 К. Полученные данные хорошо согласуются с оценками, сделанными методом статистической термодинамики в приближении регулярного раствора. По полученным в рамках этапа НИР 2018 г. был подготовлен ряд публикаций: 1. Задымова Н. М., Тао М., Потешнова М. В. Прямые наноэмульсии Твин 85 с инкорпорированным основанием хлоргексидина // Коллоидный журнал. — 2018. — Т. 80, № 2. — С. 168–176. [Zadymova N. M., Tao M., Poteshnova M. V. Tween 85 oil-in-water nanoemulsions with incorporated chlorhexidine base // Colloid Journal. — 2018. — Vol. 80, no. 2. — P. 158–166]. 2. Матвеенко В. Н., Кирсанов Е. А. Структурная вязкость и структурная упругость полимерных расплавов // Журнал прикладной химии. — 2018. — Т. 91, № 5. — С. 720–748. [Matveenko V. N., Kirsanov E. A. Structural viscosity and structural elasticity of polymer melts // Russian Journal of Applied Chemistry. — 2018. — Vol. 91, no. 5. — P. 720–748]. 3. Скворцова З. Н. , Траскин В. Ю. , Породенко Е. В. , Симонов Я. И. Роль рекристаллизационной ползучести в диагенезе карбонатных отложений: теория и лабораторное моделирование Коллоидный журнал // Коллоидный журнал издательство МАИК "Наука/Интерпериодика" (Москва). — 2018. — Т. 80, № 1. — С. 3–16. [Skvortsova Z. N. , Traskin V. Y., Porodenko E. V. , Simonov Y. I. . The role of pressure solution in diagenesis of carbonate deposits: Theory and laboratory simulation (review) // Colloid Journal. — 2018. — Vol. 80, no. 1. — P. 1–13]. 4. Traskine V., Skvortsova Z., Badun G. et al. Inhibiting effect of additives on pressure solution of calcite // Journal of Materials Engineering and Performance. — 2018. — Vol. 27, no. 5. — P. 1–5. 5. Богданова Ю. Г., Должикова В. Д. Связь энергетических характеристик поверхностей полимерных мембран с их транспортными свойствами // Журнал прикладной химии. — 2018. — Т. 91, № 8. — С. 1154–1165. 6. Zadymova N. M., Dolzhikova V. D., Kharlov A. E. Effect of immobilization of lipophilic drugs at different interfaces // Book of Abstracts of V International Conference on Colloid Chemistry and Physicochemical Mechanics. — Saint Petersburg State University, Saint Petersburg, 2018. — P. 193–193. 7. Bogdanova Y. G., Dolzhikova V. D., Sergeev V. G. Influence of surfactants on water absorption of nafion membranes // Book of Abstracts of V International Conference on Colloid Chemistry and Physicochemical Mechanics. — Saint Petersburg State University, Saint Petersburg, 2018. — P. 157–158. 8. Skvortsova Z., Traskine V., Simonov Y. Methods for controlling presure solution rate // Book of Abstracts of V International Conference on Colloid Chemistry and Physicochemical Mechanics. — Vol. 1. — Saint Petersburg State University, Saint Petersburg, 2018. — P. 92–92. 9. Богданова Ю. Г. MIM технология: методы удаления связующих из металл-полимерных дисперсий // Структура и динамика молекулярных систем. — ПГТУ Йошкар-Ола, 2018. — С. 20–20. 10. Траскин В. Ю. , Грачев В. С. , Громовых Т. И. , Скворцова З. Н. Механические свойства бактериальной целлюлозы в присутствии водных растворов электролитов // Материалы 29 Симпозиума по реологии. — Т. 1. — изд-во ИНХС РАН Москва, 2018. — С. 35–36.
4 1 января 2019 г.-31 декабря 2019 г. Коллоидная химия и физико-химическая механика как основа создания перспективных материалов и наноструктурированных систем с регулируемыми свойствами
Результаты этапа: Задачи этапа 2019 г. выполнены в полном объеме. Основные результаты представлены в соответствии с двумя стратегическими направлениями тематики НИР. (А). Разработка подходов к синтезу наноструктурированных систем с заданными свойствами (А1). В рамках исследований закономерностей получения и стабилизации липидных наночастиц (наноконтейнеров) получены липосомы, содержащие липид, модифицированный ковалентно привитым полиэтиленгликолем (ПЭГ), обеспечивающим липосомы покрытием, способствующим повышению устойчивости липосом и предотвращающим вытекание из них содержимого при адсорбции липосом на поверхности латекса. Получены катионные липосомы состава ПЭГ / катионный липид/ нейтральный липид и цвиттер-ионные липосомы состава ПЭГ / катионный липид / анионный липид / нейтральный липид, с различным мольным содержанием (от 2,5 до 12,5 мольн. %) и молекулярной массой (1000, 2000 и 5000) ПЭГ. Средний диаметр липосом составлял 100 нм. Целостность липосом, покрытых ПЭГ, оценивали по изменению электропроводности системы. Исследовано влияние введения в липосомальную мембрану липида, модифицированного ПЭГ различных молекулярных масс, на образование дефектов в бислое при адсорбции липосом на поверхность латексных частиц. При этом найдены оптимальные количества модифицированных липидов, необходимых для добавления в состав липосом для создания неразрушающей электростатической адсорбции на анионных латексах. (А2). При исследовании закономерностей получения и устойчивости нанодисперсий липофильных поверхностно-активных веществ (ПАВ) в водной среде получены прямые наноэмульсии липофильного неионогенного ПАВ  Твин 85, в которых Твин 85 является и дисперсной фазой, и стабилизатором. Эти наноэмульсии (НЭ) характеризуются узким мономодальным распределением частиц по размерам (dср =100 нм), длительное время (более года) сохраняются в метастабильном состоянии, имеют высокоразвитую удельную поверхность (70 м2/г), и характеризуются линейным возрастанием межфазной поверхности с увеличением концентрации дисперсной фазы. Исследована кинетика иммобилизации гипотензивного липофильного лекарственного вещества фелодипин (ФД) частицами НЭ. Солюбилизационная емкость (СЕ) наноэмульсий Твин 85 по отношению к ФД составляет 0,27 моль/моль, что примерно в 3 раза превышает СЕ мицелл Твин 80 в водной среде. Определены коэффициент распределения ФД между дисперсной фазой и дисперсионной средой, а также стандартная энергия Гиббса солюбилизации. Методом УФ-спектроскопии установлено, что ФД локализован в гидратированном полиоксиэтилированном слое, окружающем капли НЭ, за счет формирования водородных связей (N-HO) с оксиэтильными группами Твин 85. Показано, что в условиях равновесия примерно 70% площади межфазной поверхности НЭ заполнено молекулами фелодипина. Установлено, что количество инкорпорированного ФД можно увеличивать путем повышения концентрации дисперсной фазы, поскольку при этом линейно возрастает площадь межфазной поверхности НЭ. С использованием ячейки Франца и УФ-спектроскопии исследована кинетика массопереноса фелодипина в НЭ, что подтвердило эффективность наноразмерных капель Твин 85 в качестве переносчиков ФД в водной среде. На основе прямых НЭ Твин 85 с инкорпорированным фелодипином и раствора в гептане полимерного адгезива (смесь полиизобутиленов с различной молекулярной массой и полибутена) получены двойные эмульсии масло1/вода/масло2, использованные в качестве премикса полимерных микрогетерогенных матриц. Полимерные матрицы характеризуются хорошей адгезией к коже, отсутствием кристаллизации фелодипина и постоянной скоростью его высвобождения в течение нескольких часов. (А3). При изучении возможностей практического применения флуоресцентных свойств УКТ, полученных из органических соединений в условиях гидротермального синтеза показано, что химическая структура УКТ-продуктов зависит от природы растворителя, в котором проведен синтез. Продукт, полученный из водного раствора, сильно отличается от продуктов, полученных в органических растворителях (этанол, ДМФА) и, вероятно, представляет собой карбоновую кислоту, умеренно устойчивую в форме соли, но разлагающуюся при подкислении. По-видимому, данный продукт мало пригоден для практических применений, по крайней мере, до установления его точной химической структуры. Продукты гидротермального синтеза УКТ в этаноле и ДМФА были фракционированы обработкой водным раствором серной кислоты. При этом выделился осадок, диспергируемый в разбавленной водном растворе аммиака. Показано, что продукты, выделенные осаждением серной кислотой, представляют собой в основном кислородсодержащие соединения, тогда как часть продукта, не осаждаемая кислотой, содержит заметное количество аминогрупп в протонированной форме. Установлено, что выделенные фракции продуктов существенно различаются по своим оптическим свойствам. Например, максимум спектра испускания фракции, осажденной серной кислотой, наблюдается при 500-520 нм (возбуждение диодным источником 365 нм), а фракция, растворимая в кислоте, дает спектр испускания, содержащий два плохо разрешенных пика с максимумами при 500 и 600 нм. Было показано, что флуоресценция полученных продуктов чувствительна к присутствию некоторых катионов тяжелых металлов, в частности, меди и ванадила(IV). При этом добавление катионов в раствор УКТ приводило к резкому ослаблению интенсивности испускания в области более длинноволнового максимума, а интенсивность флуоресценции в коротковолновом максимуме практически не менялась. Поэтому для последующих приложений более перспективно использование фракции продукта, растворимой в серной кислоте (аминосодержащей). Для меди было продемонстрировано линейной ослабление интенсивности флуоресценции с концентрацией катиона Cu(II) в диапазоне 0.3-1.0 мг/л. В присутствии более высоких концентраций металла анализу препятствовало значительное количество образующегося осадка и связанное с этим усиление упругого рассеяния излучения диода. (А4). При оптимизации получения и применения устойчивых эмульсионных систем, содержащих в качестве полярной фазы концентрированные растворы аммиачной селитры, в целях повышения КПД промышленных гранулированных взрывчатых веществ (ВВ) на основе аммиачной селитры (АС) разработан новый методологический подход к управлению эффективностью иммобилизации жидкой углеводородной фазы на гранулах АС. Суть этого подхода заключается в создании новой структуры на поверхности и в объеме гранул АС при ее перекристаллизации в присутствии поверхностно-активных веществ (ПАВ), влияющих на смачивание и растворение границ зерен. Показано, что совмещение процессов модификации поверхности АС ее при гранулировании и введения топлива (углеводородной фазы) в ВВ наиболее эффективно протекает при использовании прямой эмульсии углеводорода в воде, причем устойчивость такой эмульсии обеспечивается теми же ПАВ, которые влияют на образование новой структуры при перекристаллизации АС. Определены составы эмульсий и максимальный объем жидкой фазы, обеспечивающие сохранение физико-химических свойств ВВ при производстве, хранении, транспортировке и применении. Полученные результаты открывают возможности направленного создания гранулированных ВВ, характеризующихся требуемой насыпной плотностью и соотношением окислитель/топливо. Полученные результаты могут служить основой технических регламентов по производству гранулированных ВВ с оптимальной удерживающей способностью и задаваемыми характеристиками плотности и энергетической насыщенности. (Б) Развитие научных принципов создания новых материалов (Б1). В рамках развития методологии исследования взаимосвязи «структура-свойство» для полимерных систем сделан новый шаг в усовершенствовании разработанного ранее нового оригинального подхода, позволяющего прогнозировать адгезионные свойства полимеров по отношению к полярным и неполярным твердым субстратам на основании смачиваемости полимерных пленок в модельных системах. Новизна заключается в привлечении квантовохимических расчетов характеристик нековалентных взаимодействий полимер-растворитель для объяснения различий в поверхностных свойствах пленок полимеров, сформированных из различных растворителей. В рамках усовершенствованного подхода предсказаны изменения адгезионных свойств пленок бинарных сополимеров на основе виниловых сомономеров, проявляющиеся при варьировании микроструктуры полимерной цепи бинарных сополимеров и химической природы растворителя, из которого сформирована пленка адгезива. (Б2). В рамках развития научных основ получения композиционных покрытий предложен новый вид алмазоподобного покрытия–твердое углеродное покрытие-ориентант с добавкой ксилана. Это покрытие обеспечивает организацию на поверхностях трения высокоупорядоченного гомеотропно ориентированного слоя молекул смазочной среды, разделяющего контактирующие тела, защищающего поверхности трения от заедания и снижающего потери на трение и уменьшающие интенсивность изнашивания поверхностных слоев этих тел более эффективно, чем применение антифрикционных присадок. Разработана теоретическая физико-химическая модель поведения неньютоновских систем на границе раздела фаз в условиях нанесения на наноструктурированную металлокерамическую поверхность с управляемой смачиваемостью. Модель может описывать как граничную смазку в процессах сдвигового скольжения поверхностей, так и тиксотропную наноструктуру в процессах нанесения для организации полимеризационного процесса в тонких слоях на твердых поверхностях. Определены и рассчитаны основные параметры, определяющие структурообразование и устойчивость граничных слоев. Определены характеристики наноструктуры синтезируемого покрытия и смазки, влияющих на структурообразование граничных смазочных слоев. (Б3). При изучении е реологических характеристики кинетических параметров разрушения бактериальной целлюлозы в водных средах различного состава проведены механические испытания образцов бактериальной целлюлозы (БЦ) в присутствии сред различной полярности (спиртов, углеводородов, воды и водных растворов электролитов) при различных условиях нагружения. Расчеты энергий активации разрушения и структурных коэффициентов концентрации напряжений полимера в различных средах подтверждают механизм пластической деформации БЦ, происходящей в результате ослабления межмолекулярных и межфибрильных водородных связей. Результаты измерений прочности при широком варьировании скоростей растяжения позволили сделать вывод о кинетической природе влияния водных растворов электролитов, обусловленной различной подвижностью молекул воды вблизи положительно и отрицательно гидратированных ионов. (Б4). При исследовании рекристаллизационной ползучести карбонатных пород различного состава доказано, что ПАВ могут выступать как ингибиторы деформации кальцита, адсорбируясь на его поверхности и замедляя массоперенос. Выявлена роль структуры прослойки жидкости при испытаниях моно- и поликристаллов кальцита в режиме вдавливания индентора. Показано, что скорость рекристаллизационной ползучести кальцита увеличивается обратно пропорционально длине диффузионного пути, определяемой наличием дефектов (прежде всего границ зерен) в индентируемом образце. (Б5). При изучении механических и транспортных свойств поликристаллических галогенидов натрия и калия в связи с проблемой безопасного захоронения радиоактивных отходов в толщах соляных пород показано, что в поликристаллах щелочных галогенидов, содержащих коллоидный металл, его включения локализуются преимущественно на высокоэнергетических границах зерен, что приводит к радикальным изменениям механических и транспортных свойств соли. Отмечено, что роль такого универсального дефекта структуры, как межзеренные границы, определяющие поведение сплошных поликристаллических материалов в отсутствие трещин, полостей и прочих грубых дефектов, практически полностью игнорируется в литературе, посвященной особенностям структуры соляных формаций в местах захоронения РАО. При этом общепризнанными являются ошибочные представления о сплошных участках каменной соли как о водонепроницаемом экране, игнорирующие их склонность к межзеренному внедрению насыщенного водного раствора NaCl. Показано, что появление воды на границах зерен может повлечь за собой не только ее контакт с радиогенным натрием, но и резкое возрастание деформируемости пласта под действием геологических или техногенных напряжений. (Б6). При получении экспериментальных данных по смачиванию в системах металл-металл определены краевые углы смачивания и проанализирована кинетика растекания в системах Ag/X, где X – металлы, не образующие устойчивых интерметаллических соединений с серебром при температурах, близких к температуре плавления серебра. За отчетный период было исследовано смачивание серебром меди, никеля, молибдена и вольфрама. Данные были сопоставлены с имеющимися в литературе результатами по системам Ag/Fe и Ag/Mo. Выявлена общая тенденция улучшения смачиваемости при уменьшении теплоты смешения компонентов. Аналогичная корреляция была ранее в рамках данной тематики обнаружена для ряда систем Pb/X, где Х – металл, не образующий интерметаллических соединение со свинцом. Анализ термодинамических характеристик границ раздела фаз в системах Ag/X (Х=Cu, Ni, Mo, W) показал, что на всех исследованных подложках, исходно имеющих очень высокую поверхностную энергию (более 3000 мДж/м2 для твердого вольфрама), идет адсорбция летучего компонента, что приводит к заметному снижению поверхностной энергии подложки. Предварительный анализ полученных данных указывает на наличие прямой корреляции между снижением энергии твердой подложки в результате адсорбции летучего компонента и разницей поверхностных энергий тугоплавкого и летучего компонентов. Корреляция такого рода выявлена впервые. (Б7). При оценке величин вращательных компонент межзёренных энергий в поликристаллическом серебре показано, что при отжиге поликристаллического серебра в восстановительной атмосфере по линиям выхода границ зёрен на поверхности образца формируются канавки термического травления. Проведен анализ профиля поверхности, извлечены величины двугранных углов термического травления и углов в тройных стыках зерен. Анализ величин этих углов выявил значительный вклад (около 30%) вращательных компонентов в капиллярное равновесие по линиям тройных стыков в поликристаллическом серебре. Полученные результаты согласуются с данными, полученными нами при развитии данной тематики на поликристаллической медной фольге. (Б8). При анализе модельной системы Pb/Cu с использованием статистической термодинамической модели проведен расчет адсорбционной активности атомов свинца на границе раздела кристаллическая медь / расплав медь–свинец. Полученные значения согласуются с данными, молекулярно-динамического моделирования – свинец не проявляет существенной поверхностной активности на внутренней границе раздела в системе медь-свинец. Проведен анализ поликристаллической структуры растущего кристаллического зародыша в условиях высокого пересыщения расплава. С помощью локального структурного анализа установлена плотность протяженных дефектов (границ зерен), а также наличие других высокоэнергетических дефектных образований (включая линейный стыки 5 кристаллов). (Б9). При исследовании влияния термической обработки и действия водных растворов солей на влагопоглощение и механические свойства композиционных материалов на обнове ПВС и наноалмазов показано, что после термообработки образцы разрушаются в хрупком режиме. Установлено, что композиционные пленки, подвергшиеся термообработке, в отличие от исходных, не растворяются в воде. Величина влагопоглощения пленок в воде и в насыщенных водных растворов хлоридов натрия и калия коррелирует с активностью воды в этих жидких средах. После обработки в жидких средах механическое поведение пленок меняется: пленки становятся пластичными, прочность уменьшается, а удлинение до разрыва значительно возрастает (на 400%). При исследовании поверхностных свойств душистых веществ (линалоола, бензил ацетата) в равновесных и динамических условиях установлено, что эти вещества проявляют существенно более высокую поверхностную активность, чем классические ПАВ, при временах формирования поверхности порядка 10-3с. Тем не менее, высокая поверхностная активность душистых веществ в динамических условиях сохраняется и в смешанных растворах с классическими ПАВ. Методами тензиометрии (в равновесных условиях) и смачивания изучены адсорбционные слои смеси линалоол-SDS на границах водный раствор/воздух и раствор/тефлон. Рассчитаны составы смешанных адсорбционных слоев, параметры взаимодействия между компонентами, определены области проявления синергетического эффекта при снижении поверхностного натяжения и краевых углов смачивания.
5 1 января 2020 г.-31 декабря 2020 г. Коллоидная химия и физико-химическая механика как основа создания перспективных материалов и наноструктурированных систем с регулируемыми свойствами
Результаты этапа: В рамках этапа НИР 2020 года были поставлены следующие задачи: (А) Разработка подходов к синтезу наноструктурированных систем с заданными свойствами. (А1). Получение твердых липидных частиц, содержащих молекулы дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК). Подбор оптимального состава и изучение стабильности полученных частиц. (А2). Получение ниосом на основе мицеллообразующих неионогенных поверхностно-активных веществ (ПАВ) и изучение их свойств, в частности, способности инкорпорировать липофильное лекарственное вещество с низкой биодоступностью. (А3). Оптимизация условий получения и разрушения многофазных многокомпонентных дисперсных систем, содержащих нитрат аммония. (А4). Изучение коллоидно-химических свойств липидов, олигомерных кремнийорганических и углеводородных ПАВ, а также их смесей, используемых в качестве стабилизаторов дисперсных систем. (А5). Оптимизация методики определения меди по флуоресценции углеродных квантовых точек (УКТ), полученных из лимонной кислоты и мочевины. Оценка специфичности определения меди в присутствии других катионов тяжелых металлов. Определение коллоидных характеристик УКТ, полученных из лимонной кислоты и мочевины (размер частиц, электрокинетический потенциал) до и после фракционирования. Определение долговременной стабильности УКТ, полученных из лимонной кислоты и мочевины, при хранении на свету и в темноте. (А6). Исследование антиоксидантной и антибактериальной активности лекарственного растительного сырья. Определение «веществ-маркёров» для идентификации лекарственного растительного сырья и выявления его антиоксидантной и антибактериальной активности. (А7). Разработка методологии применения метода динамического поверхностного натяжения для изучения межмолекуряных взаимодействий в растворах многокомпонентных систем (полиэлектролит-ПАВ; смеси ПАВ; органический краситель-ПАВ). (Б) Развитие научных принципов создания новых материалов (Б1). Изучение взаимосвязи проницаемости полимерных мембран и их поверхностных свойств. (Б2). Анализ общих закономерностей смачивания в металлических системах, выявление количественных характеристик адсорбирующихся на высокоэнергетических металлических поверхностях пленок легкоплавких металлов. (Б3). Анализ (на образцах меди и серебра) взаимосвязи величин вращательных компонент энергий границ зёрен с разориентировкой. Определение вклада вращательных компонент на отдельных границах зёрен с бамбуковой структурой. (Б4). Моделирование устойчивости зернограничных фаз для бинарной системы Ni-Bi. Выявление общих закономерностей, определяющих устойчивости границы зерен заданного строения к проникновению субнанометровых жидких прослоек поверхностно-активного компонента. (Б5). Изучение механических и транспортных свойств поликристаллических галогенидов калия и натрия, содержащих межзеренные прослойки щелочного металла, образующихся в результате радиационного облучения, в связи с проблемой безопасного захоронении радиоактивных отходов в толщах соляных пород. Исследование влияния состава среды на скорость рекристаллзационной ползучести доломитовых пород. (Б6). Определение реологических характеристик бактериальной целлюлозы при различных режимах испытаний (модуль накопления, модуль потерь, выявление аномалий вязкости и тиксотропного поведения); подбор реологических моделей поведения БЦ в присутствии различных сред для определения оптимальных условий эксплуатации материала в медицинских целях. (Б7). Получение биоразлагаемого и биосовместимого композиционного материала на основе полилактида и наноалмазов и изучение его механических свойств. Выявление влияния концентрации добавки и способа модификации поверхности наноалмазов на механические свойства нанокомпозита. (Б8). Изучение поверхностных свойств (в динамических и равновесных условиях) ряда ПАВ, обладающих высокой динамической поверхностной активностью и способностью испаряться с межфазной поверхности (летучие ПАВ). Продолжение исследований свойств смесей этих ПАВ с традиционными; выявление влияния природы полярных групп традиционных ПАВ на поверхностные свойства смешанных растворов в равновесных и динамических условиях. Задачи этапа 2020 г. выполнены в полном объеме. Основные результаты представлены в соответствии с двумя стратегическими направлениями тематики НИР. (А) Разработка подходов к синтезу наноструктурированных систем с заданными свойствами. (А1). Получены липидные частицы, состоящие из фосфолипида, олеиламина и холестерина, конъюгированного с полиэтиленгликолем. Исследованы частицы трех типов, различающиеся длиной алкильных фрагментов фосфолипидов. Установлено, что полученные частицы инкапсулируют более 70% добавленной ДНК, сохраняя стабильность в течение 2,5 недель. (А2). Предложен и реализован простой конденсационный способ получения ниосом на основе полиоксиэтилированных мицеллообразующих ПАВ (Твин 80 и Твин 20) и основания хлоргексидина (ХГ). Подход не требует применения высокоэнергетического диспергирования и роторного испарителя, которые используются в обычной практике получения ниосом. Получены водные дисперсии двухкомпонентных ниосом (Твин 80+ХГ и Твин 20+ХГ), стабильные в течение длительного времени. Определены размеры ниосом, их структура, солюбилизационная емкость и транспортные свойства относительно ХГ, чувствительность к изменению рН в широких пределах. Проанализировано влияние длины углеводородной цепи ПАВ на размеры и стабильность ниосом с инкорпорированным ХГ. Предложен механизм трансформации мицелл полиоксиэтилированных ПАВ с солюбилизированным ХГ в ниосомы при определенном значении молярного отношения ХГ/ПАВ. Получены водные дисперсии трехкомпонентных ниосом Твин 80+ХГ+фелодипин, способные находиться в квазиравновесном состоянии в течение длительного времени, определены размеры, солюбилизационная емкость и транспортные свойства ниосом относительно целевых компонентов (липофильное лекарственное вещество  фелодипин и биоцид). (А3). Определены условия (химическое строение ПАВ, соотношение компонентов смесей, режимы диспергирования) получения агрегативно устойчивых эмульсионных систем, содержащих высококонцентрированные растворы нитрата аммония. Показана эффективность разработанных эмульсионных систем в процессах приготовления промышленных взрывчатых смесей на основе гранулированного нитрата аммония. (А4). Получены новые данные о реологии межфазных слоев высокомолекулярных ПАВ, являющихся стабилизаторами дисперсий – реакционных смесей для проведения суспензионной полимеризации, на границе раздела вода-бутилметакрилат. Показано, что обеспечению структурно-механического барьера (эффективного фактора обеспечения агрегативной устойчивости дисперсий) способствует снижение ГЛБ – гидрофильно-липофильного баланса ПАВ (что эквивалентно увеличению его гидрофобности). Вместе с тем, повышение склонности к ассоциации юнимеров ПАВ с низким ГЛБ в водной фазе является одной из причин протекания эмульсионной полимеризации параллельно с суспензионной. Для устранения этого фактора перспективным путем является поиск композиций ПАВ, обеспечивающих, наряду с агрегативной устойчивостью дисперсных реакционных систем протекание в них суспензионной полимеризации. Установлены оптимальные условия проведения синтеза полистирола и полиметилметакрилата в присутствии олигомерных кремнийорганических и оксиэтилированных углеводородных ПАВ. (А5). Оценена специфичность определения ионов тяжелых металлов в присутствии УКТ, полученных из различных прекурсоров (глюкоза, глюкозамин, аскорбиновая кислота, лимонная кислота + мочевина, лимонная кислота + тиомочевина). Выявлено, что наиболее перспективно использование данных УКТ для определения присутствия ионов ртути, меди и железа. Предварительные данные о коллоидных характеристиках УКТ, полученных из лимонной кислоты и мочевины, свидетельствуют о том, что они могут представлять собой не наночастицы на основе углерода, а физические агрегаты органических молекул. (А6). С использованием коллоидно-химических принципов получения ультрадисперсных систем реализована экстракция компонентов растительного сырья (листьев и цветков двух типов трав, листьев и плодов яблони лесной), перспективных для применения в фармакологии. Дисперсность систем, получаемых таким путём, определяет скорость экстракции и способствует снижению температуры процесса. Оптимизация процесса экстракции особенно важна при получении душистых веществ, флавоноидов и терпеновых веществ, а также отработки процессов технологии при переходе от лабораторных опытов к полупромышленным испытаниям. Установлено умеренное антимикробное действие полученных дисперсий в отношении тест-штамма Bacillus cereus ATCC 11778 и слабого антимикробного действия в отношении тест-штамма Staphylococcus aureus ATCC 6538. Проведены идентификация и количественное определение (ТСХ, ВЭЖХ) полифенольных соединений – флавоновых гликозидов и флавоновых агликонов, в экстрактах трав. Определены «вещества-маркёры» (метод ГХ), которые могут рассматриваться в качестве аналитических для «веществ-маркёров» при идентификации лекарственного растительного сырья и выявления его антиоксидантной и антибактериальной активности в высосодисперсном состоянии. (А7). Сконструирована оригинальная установка для изучения динамического поверхностного натяжения методом максимального давления в пузырьке; проведено тестирование установки с использованием водных растворов классических и летучих ПАВ. Проведено исследование поверхностных свойств смесей душистых веществ, обладающих поверхностной активностью (линалоола, гераниола), с традиционными ионогенными ПАВ (додецилсульфатом натрия, додецилтриметиламмоний бромидом). (Б) Развитие научных принципов создания новых материалов. (Б1). Впервые для широкого круга полимеров различной химической структуры и фазового состава установлены корреляции энергетических характеристик поверхностей и газопроницаемости. Несмотря на большое число изученных полимеров, вопрос о том, является ли эта зависимость универсальной, остается открытым. Решение данного вопроса открывает перспективы прогноза газоразделительных свойств полимерных мембран с использованием в качестве параметров прогноза величин компонент удельной свободной энергии их поверхностей. Исследования в этом направлении будут продолжены. На основании сопоставления физико-химических и биомедицинских исследований установлено, что существующие в настоящее время подходы к прогнозу гемосовместимости полимеров на основании физико-химических характеристик их поверхности не пригодны для прогноза гемосовместимости высокопроницаемых полимеров с величиной свободного объема более 20%. (Б2). На основании ранее полученных данных по краевому углу смачивания и по кинетики растекания в системах Ag/X и Pb/X, где X – металлы, не образующие устойчивых интерметаллических соединений с серебром и свинцом соответственно при температурах, близких к температурам плавления серебра и свинца, были проанализированы общие закономерности взаимодействия в металлических системах расплав/кристалл. Эти результаты сопоставлены с данными по смачиванию тугоплавких подложек медью и золотом. Общая закономерность улучшения смачивания при уменьшении теплоты смешения подтвердилась. При этом показано, что с ростом поверхностного натяжения расплава смачивание улучшается, если рассматривать подложки с одинаковой теплотой смешения. (Б3). Детально проанализирована взаимосвязь величин вращательных компонент энергий границ зёрен с разориентировкой в меди. Для этого проведен анализ направления вращательной компоненты относительно низкоиндексовых плоскостей границ зерен, для которых было установлено снижение энергии. Однако даже для наиболее низкоэнергетических границ, близких к плоскости (111) корреляция между направлением вращения и направлением вращательной компоненты не была обнаружена. Это может указывать на существование локальных энергетических минимумов, не связанных с высокоиндексными плоскостями. (Б4). Разработана методология определения устойчивости сегрегирующих на границах зёрен пленок-прекурсоров базирующаяcя на расчетах методом функционала плотности. В ходе предварительного этапа проведено моделирование ряда периодических структур никеля, висмута, а также содержащих висмут и никель. Затем энергия каждого атома была описана при помощи функции, зависящей от расстояния до ближайших соседей и их взаимного расположения. Параметры этой функции были оптимизированы при помощи нейросетевого алгоритма. Затем при помощи полученных параметров была рассчитана энергия нескольких границ зёрен никеля, содержащих моно-, би-, три- и поли слои висмута. Результаты расчетов согласуются как с экспериментальными данными, так и с прямыми расчетами методом функционала плотности. Показано, что в системе Ni-Bi на ряде специальных границ зёрен наибольшей устойчивостью обладают бислои висмута. (Б5). Обнаружено значительное ускорение деформации по механизму рекристаллизационной ползучести (РП) кристаллов NaCl и KCl, содержащих наночастицы щелочного металла. На основании выводов о смешанном диффузионно-кинетическом режиме РП кальцита проведена количественная оценка влияния ионов магния (входящих в состав доломитовых пород) на скорость рекристаллизационной ползучести карбонатных материалов. Полученные расчетные данные хорошо описывают зависимость скорости ползучести кальцита от содержания магния в поровой жидкости. (Б6). При испытаниях на растяжение в широком диапазоне скоростей и измерениях длительной прочности образцов бактериальной целлюлозы (БЦ), смоченных водными растворами хлоридов щелочных металлов, обнаружено, что значения долговечности и эффективного модуля Юнга определяются подвижностью молекул воды в ближней координационной сфере гидратных оболочек катионов. Проведены испытания образцов БЦ в режиме ползучести-восстановления и в динамическом осцилляционном режиме. Определены модули накопления и потерь и показано, что реологическое поведение БЦ хорошо описывается моделью Бюргерса. (Б7). Отработана методика получения потенциально биосовместимого композиционного материала на основе полилактида и наноалмазов; проведены пробные эксперименты по изучению механических свойств материала в условиях растяжения и сжатия. (Б8). Изучены поверхностные свойства (в динамических и равновесных условиях) ряда ПАВ, обладающих высокой динамической поверхностной активностью и способностью испаряться с межфазной поверхности (летучие ПАВ). Установлено, что в динамических условиях поверхностные свойства смесей контролируются содержанием душистого вещества, в равновесных условиях состав смешанных адсорбционных слоев близок к составу раствора, при испарении капель растворов смесей поверхностные слои обогащаются ионогенными ПАВ. По полученным в рамках этапа НИР 2020 г. исполнителями этапа НИР был подготовлен ряд публикаций, из них 13 статей в журналах, индексируемых в российских и международных базах научных данных, 4 тезисов докладов на конференциях различного уровня). Статьи: 1) Direct fluorination as method of improvement of operational properties of polymeric materials / N. A. Belov, A. Y. Alentiev, Yu. G. Bogdanova, et al. // Polymers. 2020. Vol. 12, № 12. P. 2836-2860. DOI: 10.3390/polym12122836 2) The effect of solvent nature on the adhesive properties of binary sterene-n-butyl acrylate copolymer films formed by custing on solid substrates / Yu. G. Bogdanova, A. V. Shapagin, J. V. Kostina, et al. // Colloid Journal. 2020. Vol. 82, № 2. P. 93-99. DOI:10.1134/S1061933X20020027 [Влияние природы растворителя на адгезионные свойства пленок бинарных сополимеров стирола и н-бутилакрилата, сформированных поливом на твердые субстраты / Ю. Г. Богданова, А. В. Шапагин, Ю. В. Костина и др. // Коллоидный журнал. 2020. Т. 82, № 2. С. 133-139. DOI: 10.31857/S0023291220020020] 3) The evaluation of the hemocompatibility of polymer membrane materials for blood oxygenation / A. Y. Alentiev, Yu. G. Bogdanova, V. D. Dolzhikova, et al. // Membranes and Membrane Technologies. 2020. Vol. 2, № 6. P. 368–382. DOI: 10.1134/S2517751620060025 [Оценка гемосовместимости полимерных мембранных материалов для оксигенации крови / А. Ю. Алентьев, Ю. Г. Богданова, В. Д. Должикова и др. // Мембраны и мембранные технологии. 2020. Т. 10, № 6. С. 393–408. DOI: 10.1134/S2218117220060024] 4) Molecular mechanisms of the interactions of n-(2-hydroxypropyl)methacrylamide copolymers designed for cancer therapy with blood plasma proteins / L. Janisova, A. Gruzinov, Olga V. Zaborova, et al. // Pharmaceutics. 2020. Vol. 12, № 2. P. 106-114. DOI:10.3390/pharmaceutics12020106 5) Stereolithographic fabrication of three-dimensional permeable scaffolds from cap/pegda hydrogel biocomposites for use as bone grafts / A. Tikhonov, P. Evdokimov, E. Klimashina, S.Tikhonova, E. Karpushkin, et al. // Journal of the Mechanical Behavior of Biomedical Materials. 2020. Vol. 110. P. 103922-103949. DOI:10.1016/j.jmbbm.2020.103922 6) Formation of soil aggregates via clay flocculation with organic polyelectrolytes/ E.V. Lasareva , A. M. Parfenova , N. A. Azovtseva // Biointerface Research in Applied Chemistry. 2020. V. 10, № 4. P. 5765-5771. DOI: 10.33263/BRIAC104.765771 7) Study of polyphenolic compounds in extracts from flowers and leaves of canadian goldenrod and dwarf goldenrod (solidago canadensis) / I. N. Avertseva, F. S. Suleymanova, O. V. Nesterova, V.N. Matveenko, P.A. Zhukov // Moscow University Chemistry Bulletin. 2020. Vol. 75, № 1. P. 47-51. DOI: 10.3103/S0027131420010034 [Изучение полифенольных соединений в экстрактах из цветков и листьев золотарника канадского и золотарника карликового (solidago canadensis l и solidago nana nitt / И. Н. Аверцева, Ф. Ш. Сулейманова, О. В. Нестерова, В.Ю. Решетняк, В.Н. Матвеенко, П.А. Жуков // Вестник Московского университета. Серия 2: Химия. 2020. № 1. С. 57-64] 8) Antioxidant and antibacterial activity of the canadian goldenrod herb (solidago canadensis l) / F. S. Suleymanova, O. V. Nesterova, I. N. Avertseva, V.Y. Reshetnyak, V.N. Matveenko, P.A. Zhukov // Moscow University Chemistry Bulletin. 2020. Vol. 75, № 4. P. 261-263. DOI: 10.3103/S0027131420040070 [Антиоксидантная и антибактериальная активность травы золотарника канадского (solidago canadensis l / Ф. Ш. Сулейманова, О. В. Нестерова, И. Н. Аверцева, В.Ю. Решетняк, В.Н. Матвеенко, П.А. Жуков // Вестник Московского университета. Серия 2: Химия. 2020. Т. 61, № 4. С. 330-335] 9) A comparative study of acetonitrile fraction marker substances from leaves and fruits of malus sylvestris / N. V. Nesterova, I. A. Samylina, V.N. Matveenko // Moscow University Chemistry Bulletin. 2020. Vol. 75, № 1. P. 52-55. DOI: 10.3103/S0027131420010083 [Сравнительное изучение веществ - маркеров ацетонитриловой фракции листьев и плодов яблони лесной / Н. В. Нестерова, И. А.Самылина, В. Н. Матвеенко // Вестник Московского университета. Серия 2: Химия. 2020. № 1. С. 65-71] 10) The influence of electrolyte solutions on the mechanical properties of bacterial cellulose / Z. N. Skvortsova, V. Y. Traskin, V. S. Grachev, I. T. Gromovykh // Colloid Journal. 2020. Vol. 82, no. 4. P. 475-478. DOI: 10.1134/S1061933X20030138 11) Влияние природы полимерного стабилизатора на реологические свойства межфазных адсорбционных слоев / И. А. Грицкова, А. В. Андреева, Е. С. Клюжин, О.А. Сацкевич, Л.Ю. Басырва, С.М. Левачев // Журнал физической химии. 2020. Т. 94, № 9. С. 1391-1397. DOI: 10.31857/S0044453720090101 12) Деформация порошка кальцита в присутствии водных растворов различного состава / Я. И.Симонов, З. Н. Скворцова, В. Ю. Траскин // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. Т. 12. Тверь: Тверь, 2020. С. 875-884. DOI: 10.26456/pcascnn/2020.12.875 13) Оптимизация химического состава высокомолекулярных поверхностно-активных веществ, используемых для стабилизации полимерных дисперсий при суспензионной полимеризации мономеров / С. М. Левачев, И. А. Грицкова, Н. И. Прокопов и др. // Пластические массы. 2020. № 5-6. С. 3-7. Тезисы докладов: 1) Оценка гемосовместимости полимерных материалов: сопоставление физико-химических критериев и результатов медико-биологических тестов / Ю. Г. Богданова, Н. В. Боровкова, С. В. Журавель и др. // Cборник тезисов VIII Всероссийской Каргинской конференции Полимеры в стратегии научно-технического развития РФ. Полимеры — 2020. МГУ имени М.В. Ломоносова Москва, 2020. С. 251-251. http://kargin.msu.ru/abstracts_2020.pdf. 2) Метод смачивания в исследованиях свойств полимеров и материалов на их основе / Ю. Г. Богданова, В. Д. Должикова // XXVI Всероссийская конференция Структура и динамика молекулярных систем, сборник тезисов докладов. Издательство Перо, Москва, 2020. С. 33–33. 3) Impact of nano-micro structures of energy-saturated materials on their characteristics / N. N. Efremovtsev, A. E. Harlov, S. M. Levachev // AIP. Vol. 2310. United States: United States, 2020. P. 020079. Proceedings of the International Conference on Physical Mesomechanics. Materials with Multilevel Hierarchical Structure and Intelligent Manufacturing TechnologyAIP Conf. Proc. 2310, 020079-1–020079-4; https://doi.org/10.1063/5.0034517. 4) Мезопоритые наноконтейнеры из кремнезема: золь-гель синтез на функциональных темплатах / О. В. Дементьева, К. А. Наумова, В. А. Огарев и др. // Институт физической химии и электрохим: Сборник научных трудов, посвященный 90-летию создания Института физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина РАН. PHYCHE.AC.RU Москва, 2020. С. 59–60. Силами коллектива кафедры организовано проведение 1 конференции: 1) XXVII Международная конференции студентов, аспирантов и молодых учёных «Ломоносов-2020», секция «Дисперсные системы и поверхностные явления» (онлайн-мероприятие), 18 ноября, 2020, Москва, МГУ имени М.В. Ломоносова Также члены коллектива кафедры приняли участие в организации 3 конференций: 1) 45 Ребиндеровские чтения 6 октября 2020, , Москва, ИФХЭ РАН. 2) Ломоносовские чтения 2020. Секция "Химия", 26-30 октября 2020, Москва, МГУ имени М.В. Ломоносова 3) XXVI Всероссийская конференция «Структура и динамика молекулярных систем» Яльчик-2020, 17-22 августа 2020, пансионат «Яльчик», Заповедник Марий Чодра, Волжский р-н, республика Марий Эл. Подготовлена к защите и успешно защищена 1 диссертация: Влияние геометрических характеристик на энергию границ зёрен поликристаллической меди и состава расплава на межфазную энергию в системе медь-свинец Дисс…..канд. хим. наук специальностям 02.00.11 - коллоидная химия, 02.00.21 - химия твердого тела. Защита состоялась 23 декабря 2020 года в 13:00 в совете МГУ.02.10 МГУ имени М.В. Ломоносова, Химический факультет. Соискатель: Королев Вадим Викторович, МГУ имени М.В. Ломоносова. Научный руководитель: Проценко Павел Валерьевич, к.х.н., МГУ имени М.В. Ломоносова.

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".