Основные направления исследований Важнейшие результаты Проекты Публикации Конференции Оборудование

Наука / Важнейшие результаты

ВАЖНЕЙШИЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ЗАВЕРШЕННЫХ ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ В 2011 г.

1. Радиационно–термическое получение нанохорнов с повышенной адсорбционной емкостью.
Разработан метод радиационно-термического синтеза в инертной атмосфере нанохорнов - одной из форм закрытых нанотрубок, позволивший впервые в мире получить нанохорны с размерами 200 нм, в то время как обычно диаметр агломерата нанохорнов не превышает 100 нм. Увеличение размеров агломератов приводит к увеличению на порядок адсорбционной емкости, что чрезвычайно важно для медицины, катализа и разработки новых высокоэнергетических материалов. Работа выполнена совместно с ИЯФ и ИНХ СО РАН. (Проект V.36.4.7, Программа СО РАН V.36.4. «Управление химическими процессами путем воздействия на системы высокого давления, различного рода излучений, электрического и магнитного полей в стационарном и импульсном режиме»).
nanohorn 1
Рис. 1. Нанохорны, полученные радиационно – термическим методом.
2. Механохимический синтез сегнето-пьезокерамик на основе бессвинцовых материалов.
Осуществлен механохимический синтез и исследованы свойства сегнето-пьезокерамик на основе бессвинцовых материалов: феррита висмута и ниобата лития, допированного ионами переходных металлов. Показано, что механическая активация шихты позволяет существенно сократить время и температуру последующего синтеза оксидного материала, а также снизить температуру и время спекания керамики. Так, при синтезе ниобата лития с модифицирующими добавками меди и титана использование механохимической обработки шихты, содержащей карбонат лития и оксид ниобия, позволяет снизить температуру процесса с 800 до 500°С, сократить в несколько раз время реакции, на 100°С снизить температуру спекания керамики. Полученный результат может быть интересен для разработки механохимической технологии синтеза сегнето- и пъезокерамик на основе бессвинцовых материалов. Работа выполнена совместно с Институтом физики Южного федерального университета (г. Ростов-на-Дону). (Проект V.37.1.4, программа СО РАН V.37.1. «Совершенствование технологий синтеза и модифицирования различных классов материалов и покрытий на их основе»).

Рис.2 (61b-61bX-61b500b).JPG
Рис. 2. Рентгеновские дифрактограммы образцов:
a) смесь исходных компонентов после механической активации в течение 10 мин,
b) механически активированная смесь после отжига при 400°С,
c) после отжига при 500°С.
¦ - Nb2O5 моноклинный, ¦ - Nb2O5 орторомбический,
О – ниобат лития с модифицирующими добавками меди и титана.

 

3. Разработка химических и гальванических процессов для LIGA-технологий синтеза 3D дифракционных структур.
Впервые теоретически обоснована возможность интенсификации процессов локального электроосаждения металлов на литографические заготовки за счет уменьшения межэлектродного расстояния, а также улучшения равномерности распределения тока за счет создания определенного профиля проводимости проводящего подслоя. Показано, что локализация тока у токоподвода (терминальный эффект) определяется не только средней толщиной подслоя, но и профилем ее распределения: наилучшим является профиль с повышенной проводимостью подслоя у токоподвода. Разработаны режимы нанесения функциональных химико-гальванических процессов для копирования профиля матриц асферических бифокальных интраокулярных линз (Ag, Cu, Ni), рентгеновских шаблонов различного назначения (Au) (рис. 3), сетчатых фильтров терагерцового излучения (Cu). (Междисциплинарный интеграционный проект № 55).
а)
б)
в)
Рис. 3. Примеры рентгеношаблонов различного назначения, полученных электроосаждением золота:
а) шаблон для фильтра терагерцового излучения с крестообразными отверстиями (100x100 мкм);
б) шаблон линзы Френеля; в) шаблон биохимической тест-системы (ширина «нити» - 20 мкм).

4. Синтез наноструктур ядро-оболочка на основе благородных металлов.
Показана возможность модификации наночастицами благородных металлов инкапсулированных в оболочки аморфного углерода наночастиц серебра с использованием реакции гальванического замещения. Благодаря проницаемости углеродных оболочек для ионов серебра, обработка растворами HAuCl4 и H2PtCl6 сопровождается осаждением на внешней поверхности углеродных капсул наночастиц благородных металлов (рис. 4). Наноструктуры на основе благородных металлов типа «ядро-оболочка» являются перспективными материалами для практического применения, например, в каталитических реакциях, а медицине для адресной доставки лекарственных средств. Можно ожидать, что эффект осаждения Au и Pt на углеродной поверхности капсул будет характерен не только для инкапсулированных частиц серебра, но и для других металлов. Обнаруженный факт открывает широкие перспективы направленного получения и конструирования композиционных наноматериалов различного состава. (Проект V.37.3.6, программа СО РАН «Синтез и диагностика объемных наноразмерных и наноструктурированных материалов).
Рис.4. Схема, иллюстрирующая образование наночастиц платины или золота при обработке инкапсулированных углеродом частиц серебра.

5. Синтез смешанных кристаллов мелоксикама.
Впервые предложены принципиально новые подходы к решению актуальной проблемы солюбилизации противовоспалительного лекарственного средства мелоксикама: за счет получения со-кристаллов мелоксикама с карбоновыми кислотами и за счет приготовления микронизированных образцов в результате криогенной сушки замороженных растворов мелоксикама. Со-кристаллы получали с помощью различных методов, в том числе путем механической обработки в присутствии небольших количеств растворителя. Расшифровка структур смешанных кристаллов с адипиновой и терефталевой кислотами и анализ имеющихся в литературе данных позволили выявить новый мотив кристаллического строения смешанных кристаллов мелоксикама (рис. 5) и предложить объяснение повышенной скорости растворения по сравнению с исходным препаратом. Разрыв гомомолекулярных связей в димерах мелоксикама и образование гетеромолекулярных связей может облегчить выход в раствор молекул лекарственного вещества в смешанных кристаллах. (Программа Президиума РАН № 22 «Основы фундаментальных исследований нанотехнологий и наноматериалов»).
а)
б)
Рис. 5. а) Структурообразующий фрагмент в со-кристалле мелоксикама с адипиновой кислотой,
б) кривые растворения со-кристаллов мелоксикама и самого мелоксикама в буферном растворе (pH 6,8).
6. Протонные проводники на основе кислых солей щелочных металлов для среднетемпературных протонных мембран.
Рис. 5. Температурная зависимость проводимости CsH2PO4 и смешанных солей различных составов
(CsH2PO4)1-x(CsHSO4)x

В смешанных соединениях на основе кислых солей щелочных металлов (CsH2PO4)1-x(CsHSO4)x удалось стабилизировать суперионное состояние вплоть до комнатной температуры c протонной проводимостью на четыре порядка выше, чем в низкотемпературной фазе. Структура этих соединений в области составов х=0.15-0.3 соответствует высокотемпературной кубической фазе CsH2PO4, которая существует в индивидуальном соединении только выше 231°С. Такие высокопроводящие соединения перспективны в качестве среднетемпературных протонных мембран в электрохимических устройствах. (Интеграционный проект, выполняемый со сторонними научными организациями, №120).