Вещества и материалы для обеспечения безопасности, надежности и энергоэффективностиНИР

Substances and materials for safety, reliability and energy efficiency

Источник финансирования НИР

госбюджет, раздел 0110 (для тем по госзаданию)

Этапы НИР

# Сроки Название
1 1 января 2021 г.-31 декабря 2021 г. Вещества и материалы для обеспечения безопасности, надежности и энергоэффективности
Результаты этапа: Таким образом, в 2021 году: 1 - была установлена взаимосвязь глубины окисления графитовой матрицы на стадии получения интеркалированных соединений графита, температуры получения терморасширенного графита (ТРГ), плотности графитовой фольги с пористостью, удельной поверхностью и газопроницаемостью этого материала. Показано, что графитовая фольга с наименьшей пористостью и, следовательно, газопроницаемостью получается при температуре терморасширения не выше 600 оС. Прессование графитовой фольги до плотности 1,8 г/см3 приводит к снижению открытой пористости и уменьшению газопроницаемости, что позволяет использовать ее как эффективный уплотнительный материал. Помимо этого материалы на основе ТРГ могут быть использованы в смеси с полианилином в качестве электродов, удельная электрохимическая емкость которых достигает 675 Ф г–1 , в качестве гидрофобных сорбентов нефти с водной поверхности; 2 - предложен простой и быстрый способ количественного анализа фталонитрильных мономеров (ГФФН, ДФБ), резорцина, 4НФН, ФН2О и их смесей методом ВЭЖХ в обращенно-фазовом режиме. Методика позволяет работать в широком диапазоне концентраций и определять до 0.5 % содержания примесных соединений; 3 - разработан метод получения C/C композитов по ускоренной процедуре, включающей карбонизацию при 1000 оС с последующей повторной пропиткой фталонитрильным связующим и графитизацией при 1800 оС с сокращением времени синтеза до 52 часов; 4 - разработан состав быстроотверждаемого связующего для получения ПКМ с фталонитрильной матрицей методом горячего прессования, используемого для получения материалов с высокой термостойкостью; 5 - определены эффективные кинетические параметры термического разложения фталонитрльных реактопластов; 6 - разработаны новые терморасширяющиеся огнезащитные материалы на основе диановых эпоксидных смол и аминных отвердителей, а также конструктивные огнезащитные материалы на основе минеральных связующих, обладающих огнезащитной эффективностью до 180 мин и устойчивостью в условиях промышленной атмосферы умеренного и холодного климата; 7 - Показано, что модифицируя обменные и анизотропные взаимодействия посредством атомарного замещения и внедрения водорода для интерметаллических соединений на основе RNi и Sm2Fe17, возможно получение новых материалов с улучшенными свойствами магнито-калорического эффекта и пригодных для использования при криогенных температурах. 8 - проведено моделирование и исследование водородсорбционных свойств многокомпонентных металлических сплавов, кристаллизующихся в гексагональном и кубическом типах фаз Лавеса на основе титана и циркония для использования в качестве рабочего вещества в металлогидридных установках. Отмеченно, что характерной особенностью систем TiZrMnV–H2 является наличие гистерезиса давления и энтальпии. 9 - с использованием статистической модели прогноза были рассчитаны водородсорбционные свойства трех-пяти компонентных сплавов титана и циркония, проведен их синтез и исследована реакция взаимодействия с водородом. 10 - исследованы люминесцентные свойства твердых растворов Ca9.5-1.5xMgEux(PO4)7 (х=0.12-1) и Ca9-xZnxLa0.9Ho0.1(PO4)7 (х=0-1) и установлено, что замещение Ca2+ на Zn2+ в Ca9-xZnxLa0.9Ho0.1(PO4)7 приводит к переходу структуры из полярной R3c для x=0–0.5 в центросимметричную R-3c для x=0.6–1 с улучшением интегральной интенсивности люминесценции. 11 – изучено распределение катионов Eu3+ по структурным позициям в твердых растворах Ca9.5-1.5xMgEux(PO4)7 (х=0.12-1). Исследование люминесцентных свойств показало, что все твердые растворы излучают в «красной» области видимого света с максимальной интенсивностью свечения для x=0.67. Это соответствует стандартным промышленным требованиям к эффективным люминофорам для применения в светодиодах. 12 - исследовано распределение катионов по позициям структуры в фосфатах Ca9R(PO4)7 (R=Ho, Tb) и диэлектрические свойства этих соединений, которые свидетельствуют о том, что синтезированные твердые растворы можно рассматривать как новые полифукциональные материалы для микроэлектроники и создания биосовместимых имплантов костной ткани. 13 - выявлено влияние замещения катионов стронция на кальций в твердых растворах сегнетоэлектриков Sr9-xCaxIn(VО4)7 (0≤х≤9) на их нелинейно-оптические свойства. В подобных фосфатных твердых растворах Sr9-xCaxIn(PО4)7 сигнал ГВГ (0.2 – 0.6 единиц кварцевого эталона) на два прядка ниже, чем у ванадатах Sr9-xCaxIn(VО4)7 (16 – 26 единиц кварцевого эталона). 14 - изучено влияние способов синтеза и условий нагревания и охлаждения на структуру и люминесцентные свойства KTb(MoO4)2, полученного твердофазным, гидротермальным и методом Чохральского. На монокристалле измерены магнитная восприимчивость и электропроводность вдоль различных направлений кристаллической решетки. Подтверждено предположение о возможности ионного транспорта K+ вдоль слоев Спектры люминесценции всех образцов демонстрируют интенсивное «зеленое» свечение при 545 нм и максимум интенсивности при возбуждении λ=380 нм наблюдается для монокристалла, выращенного методом Чохральского. 15 - получены новые пре-катализаторы для синтеза сверхвысокомолекулярного полиэтилена (СВМПЭ), этилен-пропиленовых, этилен-пропилен-этилиденнорборненовых каучуков из числа координационных соединений металлов 4 группы с лигандами [OO]2- и [OXO]2- - типов, определены их кристаллические структуры и разработаны составы гетерометаллических каталитических систем на их основе и участии соединений металлов 2 группы и алюминийорганических соединений, активных в реакция олиго-, со- и полимеризации олефиновых углеводородов. \ 16 - показано, что максимальная активность в синтезе СВМПЭ достигает 4 тонн ПЭ/моль Ti ч атм, в синтезе эластомеров 5-6 тонн сополимера/моль Ti ч атм. Пленочные нити из сверхвысокомолекулярного полиэтилена (СВМПЭ), полученного на каталитических системах с пре-катализатором, активированном смесью Et2AlCl/Bu2Mg имеют прочность 2.5- 2,65 ГПа, при среднем модуле 127 ГПа и наибольшей кратности вытяжки – 44.
2 1 января 2022 г.-31 декабря 2022 г. Вещества и материалы для обеспечения безопасности, надежности и энергоэффективности
Результаты этапа: Исследовано влияние степени окисления графитовой матрицы (номера ступени исходного ИСГ), используемого интеркалята и размера частиц исходного графита на параметры микро-, мезо- и макропористой структуры. С помощью низкотемпературной адсорбции/десорбции азота и ртутной порометрии показано, что удельный объем микро-, мезо- и макропор и удельная поверхность ТРГ возрастают по мере уменьшения номера ступени ИСГ. Установлено, что для ТРГ из нитрата графита увеличение размера частиц исходного графита приводит к получению материала с более развитой пористой структурой. Для ТРГ из бисульфата графита такой тенденции не наблюдается. Обработка изотерм низкотемпературной адсорбции азота выявила падение содержания латеральных центров адсорбции ТРГ при уменьшении номера ступени ИСГ независимо от фракционного состава исходного графита. Открытая пористость графитовой фольги, спрессованной из ТРГ, уменьшается с увеличением плотности, тогда как закрытая пористость остается практически неизменной. Характеристический размер пор в графитовой фольге (согласно ртутной порометрии) зависит от приложенного давления сжатия и плотности графитовой фольги. Для графитовой фольги плотностью 1,8 г∙см-3 харктеристический размер пор составляет 20 нм, а для фольги плотностью 0,5 г∙см-3 он увеличивается до 1000 нм. Расчет газопроницаемости по капиллярной модели дает сопоставимые значения размеров проницаемых пор со значениями размеров, определенных ртутной порометрией. Следует отметить, что эффективная площадь поперечного сечения проницаемых пор не коррелирует с открытой пористостью терморасширенного графита. В рамках проведенных исследований были разработаны новые терморасширяющиеся огнезащитные материалы на основе диановых эпоксидных смол и отвердителей аминного и полисульфидного типа с огнезащитной эффективностью до 150 мин в условиях стандартного горения и 120 мин в случае углеводородного сценария развития пожара. Был создан универсальный подход к разработке терморасширяющихся материалов на основе многофакторного анализа влияния компонентов огнезащитной композиции на ее огнезащитную эффективность. Успешно синтезированы новые инициаторы полимеризации фталонитрильных мономеров – 1,3-дииминоизоиндолины. Данные соединения способствуют более быстрой полимеризации фталонитрильных связующих, по сравнению с диаминами и бисфенолом А и являются перспективным классом отвердителей. Впервые были разработаны составы быстроотверждаемых фталонитрильных связующих для формования композитов методом прессования. Цикл получения изделия был сокращен до 80-170 минут, позволяя получить композиты, пригодные для эксплуатации при температурах до 300℃. Такие материалы будут востребованы при создании противопожарных перегородок в реактивных двигателях, транспорте, в качестве стенок отсека для батарей электромобилей. Разработан метод получения углерод-углеродных композитов с использованием фталонитрильных связующих, позволяющий получить материал, не уступающих по свойствам коммерческим аналогам, всего за два цикла пропитки-карбонизации. Получено более 40 новых гомо- и гетероядерных координационных соединений металлов 4, 5, 8-10 групп, стабилизированных краун-эфирами и фенксиминными лигандами. Определены их составы и структуры в конденсированной фазе и в растворах. Показано, что большая часть этих веществ может быть активирована обычными магний- и алюминийорганическими соединениями и проявлять высокую и очень высокую активность в реакциях со- и полимеризации этилена и высших олефинов, приводя к сверхвысокомолекулярным полимерам. Исследованы особенности строения, ионная подвижность, нелинейнооптические и сегнетоэлектрические свойства фосфатов, молибдатов, вольфраматов и иодатов, кристаллизующихся в структурном типе витлокита, аллюодита и других. Для молибдатов и вольфраматов типа аллюодита рассмотрены корреляции ионной проводимости по натрию с заселенностью соответствующих позиций выведены в кристаллической структуре, определены возможные пределы составов двойных молибдатов и вольфраматов этого типа.
3 1 января 2023 г.-31 декабря 2023 г. Вещества и материалы для обеспечения безопасности, надежности и энергоэффективности
Результаты этапа: В твердых растворах Ca9–xMnxR(PO4)7, R = РЗЭ и Sr2.98Eu0.01M0.01(PO4)2, M = Li+, Na+, K+ выявлено аномальное самовосстановление катионов Eu3+ до Eu2+. Образец Sr2.98(Eu3+/2+)0.01Li0.01(PO4)2 обладает наибольшей интенсивностью люминесценции. Цвет люминесценции твердых растворов Sr2.98Eu0.01M0.01(PO4)2 можно регулировать при изменении температуры. Это явление можно использовать для измерения температуры. Установлено влияние метода синтеза на структурные и фотолюминесцентные свойства двойного молибдата K5Eu(MoO4)4, полученного золь-гель, твердофазным методами и выращенного методом Чохральского. Показано, что твердые растворы Ca10.5-хMx(PO4)7, M2+ = Ni, Cu не обладают цитотоксичностью в отношении остеобластов, при этом демонстрируют выраженную антибактериальную активность. В сложнооксидных соединениях и твердых растворах со структурой типа перовскита изучены влияние модифицирующих добавок на морфологию, температуры сегнетоэлектрических фазовых переходов и связанные с ними диэлектрические и пьезоэлектрические параметры. Осуществлён синтез новых фталонитрильных мономеров с P-N мостиками, изучены термические и реологические свойства связующих на их основе и изготовлены полимерные композиционные материалы. Показано, что 1,3-дииминоизоиндолины, которые ранее считались промежуточными структурами при отверждении, действительно намного легче инициируют процесс поликонденсации фталонитрилов по сравнению с ароматическими аминами. Эти соединения могут применяться для формования ПКМ в более мягких условиях, а также для увеличения скорости поликонденсации в целом. Проведено детальное исследование факторов, влияющих на термоокислительную стабильность фталонитрильных полимеров. Обнаружено, что введение негорючих мономеров с фосфатным мостиком повышает термоокислительную способность смол при быстром нагреве. Однако, при длительной выдержке при повышенных температурах (300-350°С) они подвержены не окислению, а термической деструкции, что приводит к снижению срока эксплуатации материалов. Показано, что введение фторов в структуру инициаторов позволяет значительно повысить термоокислительную стабильность, что подтверждает гипотезу о том, что начинается именно с окисления ароматических колец инициаторов поликонденсации. Продолжены работы по синтезу фотоотверждаемых мономеров, несущие фталонитрильные группы. Определены константы сополимеризации новых мономеров и стандартных компонентов составов для стериолитографии. Разработаны новые огнезащитные терморасширяющиеся материалы на основе эпоксидных полимеров, а также сополимеров акрилатов и винилкарбоксилатов, обеспечивающие пределы огнестойкости защищаемых конструкций от 60 до 150 мин, изучена зависимость теплофизические свойства огнезащитных покрытий на их основе от типа используемой полимерной основы и молекулярной массы используемых полимеров. Для огнезащитных материалов на основе ПВХ-пластиката, применяемых в качестве огнестойких уплотнителей, изучена зависимость огнезащитных, физико-механических свойств и термоаналитических параметров материалов от характеристик используемого ПВХ, типа интумесцентного наполнителя и пластификатора. Получены интеркалированные соединения графита (ИСГ) с различным номером ступени из высокоориентированного пиролитического графита (ВОПГ) и азотной кислоты химическим способом. Терморасширенный графит (ТРГ) получен путем гидролиза ИСГ и последующего термоудара. Изучена зависимость внутренней пористой структуры ТРГ от глубины окисления графитовой матрицы. Методом низкотемпературной адсорбции/десорбции азота изучена микро- и мезопористая структура. Проведена обработка экспериментальных данных современным методом 2D-NLDFT с целью расчета распределения пор по размеру и объема пор. Установлены характеристики макропористой структуры при помощи ртутной порометрии. Также изучены параметры пористой структуры путем получения при помощи сканирующей электронной микроскопии (СЭМ) и обработки множества изображений сечений частиц ТРГ. Создан метод, основанный на глубокой сверхточной нейронной сети, позволяющий значительно ускорить обработку изображений без существенной потери точности. Большой объем макро- и мезо-/микропор, исследованный методами ртутной порометрии и адсорбционно-десорбционного азота, приводит к высокой скорости сорбции и сорбционной емкости ТРГ до по отношению к нефти и жидким углеводородам. Исследовано влияние условий получения графитовой фольги, спрессованной из ТРГ, на газопроницаемость и термоокислительную стабильность материалов. Получены новые каталитические системы на основе металлов 4 группы с феноксииминными лигандами и краун-эфирами. Все синтезированные комплексы протестированы в реакции полимеризации этилена, показана их способность к активации модифицированными производными алкоксоалюминия и комбинированных Al/Mg активаторов, что приводит к получению, сверхвысокомолекулярного полиэтилена с молекулярными массами до 6 млн. Да, пределами прочности пленок, полученных из них безрастворным методом, до 2,3 ГПа и модулем упругости до 147 ГПа. Изучены реологические характеристики расплава полимера. Найдено, что отсутствие точки кроссовера не позволяет сравнивать значения молекулярно-массового распределения полимеров, полученных на некоторых типах катализаторов, например, использующих фторированные и нефторированные лиганды в пре-катализаторах. Молекулярные массы этилен-октеновых сополимеров (5,3–8,7·105 Да) оказались значительно ниже, чем у образцов полиэтилена (1,9·106–2,9·106 Да). Процент внедрения сомономера в этиленовую цепь составляет 1,5–4,2 моль %. Построено изотермическое сечение системы Tb-Mn-Ga при 870 К, впервые синтезировано порядка 40 новых тройных, квазибинарных и квазитройных ИМС РЗМ. Определена/уточнена их кристаллическая структура, впервые определены их магнитные свойства и магнитокалорический эффект. Изучено явление магнитного катализа марганца, заключающегося в индуцировании ферромагнитного упорядочения подрешетки редкоземельных металлов. Методом нейтронографии определена магнитная структура Tb5Si3 – антиферромагнетика в приложенном магнитом поле.
4 1 января 2024 г.-31 декабря 2024 г. Вещества и материалы для обеспечения безопасности, надежности и энергоэффективности
Результаты этапа:
5 1 января 2025 г.-31 декабря 2025 г. Вещества и материалы для обеспечения безопасности, надежности и энергоэффективности
Результаты этапа:
6 1 января 2026 г.-31 декабря 2026 г. Вещества и материалы для обеспечения безопасности, надежности и энергоэффективности
Результаты этапа:
7 1 января 2027 г.-31 декабря 2027 г. Вещества и материалы для обеспечения безопасности, надежности и энергоэффективности
Результаты этапа:

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".