Архив

В работе изучены триботехнические характеристики эластомеров на основе каучуков СКИ-3 и гибридного наполнителя технический углерод/углеродных нанотрубок (Таунит-М) производства ООО «НаноТехЦентр». Содержание углеродных нанотрубок в резиновых смесях составляло 0,5 масс. ч. на 100 масс. ч. каучука. В качестве контртела использован асфальтобетон I-II марок из горячей смеси типа А на битуме БНД60/90. Эксперименты проводили при скоростях качения от 60 до 80 км/ч и нормальных нагрузках – 3,0…3,5 кН. Погрешность измерений не превышала 2 %. Экспериментально показано, что при варьировании нормальной нагрузки зависимость массового износа от скорости качения не изменяет свой характер. Такое поведение эластомерных материалов полностью соответствует модели износа Арчарда, согласно которой износ прямо пропорционален нормальной нагрузке и скорости качения. Увеличение значения массового износа Jm с увеличением нагрузки связано с повышением адгезии в контакте. Максимальная разница величины массового износа Jm при испытаниях на скорости 80 км/ч и нагрузке 3,5 кН для каучука СКИ-3 и каучука/углеродный наполнитель достигает 2 раз. Применение углеродных наноструктур позволило снизить величину массового износа почти на 40 %. Поэтому применение наполнителя технический углерод/углеродные нанотрубки для резин является перспективным методом улучшения их триботехнических свойств.

Обсуждается возможность реализации ионной проводимости в графеноподобных слоях, содержащих примесные атомы бора. В настоящее время поиск новых элементов питания является актуальной задачей. Это связано с рядом недостатков современных материалов, в частности, литий-ионных аккумуляторов, таких как легкая воспламеняемость, горючесть и образование дендритных структур при многократном использовании. Выполнены квантово-химические исследования процесса миграции вакансии, отождествляемые с движением иона по поверхности нанослоя и определено влияние замещающих атомов В на изучаемое явление. Представлены результаты компьютерного моделирования перемещения дефекта по поверхности нанослоев, содержащих различное количество примесных атомов – от чистого графена до так называемого «борофена», то есть нанослоя, целиком состоящего из атомов бора. Установлено, что при увеличении примесных атомов бора происходит уменьшение высоты потенциального барьера, что делает реализацию ионной проводимости в боросодержащих нанослоях более эффективной, чем в чистых углеродных. Однозначно определена прямая зависимость между концентрацией примесных атомов бора в нанослое и высотой потенциального барьера. Результаты, излагаемые в данной статье, получены с использованием модели молекулярного кластера и расчетного метода DFT c обменно-корреляционным функционалом B3LYP (валентно-расщепленный базисный набор 6-31G).

Оптические свойства углеродных нанотрубок зависят от их геометрических размеров, степени дефектности и наличия функциональных групп, что важно учитывать при выборе углеродных нанотрубок для использования в конкретных фототермических и других процессах. Исследованы температурные различия между коллоидными суспензиями при воздействии солнечного света, обусловленные разницей в скорости фототермического преобразования (в результате оптического поглощения). Показано, что с уменьшением размеров углеродных нанотрубок оптическое поглощение увеличивается, а его пик смещается в синюю сторону. Окисленные углеродные нанотрубки демонстрируют повышение общего оптического поглощения по сравнению с неокисленными углеродными нанотрубками. Пик оптического поглощения, соответствующий π-плазмону, в окисленных и неокисленных углеродных нанотрубках типа «Таунит-М» и «Таунит» находился при значениях 1,96, 1,25 и 1,13 соответственно. Показано, что температура коллоидных суспензий и скорость их нагрева увеличиваются с уменьшением размера углеродных нанотрубок. В результате проведенных исследований определен тип углеродных нанотрубок, наиболее подходящий для конкретного использования в оптических поглощающих устройствах (таких как солнечные коллекторы) на основе отношения размеров углеродных нанотрубок к целевому электромагнитному спектру.

В силу важности проведения материаловедческих исследований по критическим технологиям РФ, учитывая большой спрос в матрицах на основе фторида лития для УФ- и ИК-спектроскопии, лазерной техники и биомедицины, выделен аспект на преимущества и перспективы процесса структурирования поверхности матричного материала LiF нанообъектами. Рассмотрены спектральные характеристики (изменение пропускания и отражения), механические параметры (микротвердость), а также угол смачивания поверхности фторида лития, модифицированной углеродными нанотрубками, в сравнении с таковыми данными для чистых кристаллов LiF. Для структурирования поверхности материалов применяется инновационный метод лазерного ориентированного осаждения (Laser Oriented Deposition – LOD) и дополнительное электрическое поле, варьируемое в диапазоне напряженностей 100…600 Всм–1, что позволяет осаждать нанотрубки вертикально к поверхности изучаемого материала. Обширный пакет экспериментальных полученных результатов подтверждается квантово-химическим моделированием.

В последние годы появилась необходимость определения теплотворной способности (ТС) чистых горючих веществ, так как погрешность ранее применяемой формулы Д. И. Менделеева доходит до 20 %, что не приемлемо. Широко известен и метод определения ТС М. С. Караша. В основе метода лежит принцип взаимодействия электронных полей атомов и атомных группировок – всякое взаимодействие полей атомов сопровождается изменением энергии системы. По методу Караша подсчитываемая ТС относится только к жидкому состоянию, при этом для каждого класса органических соединений предлагается своя формула расчета с учетом поправочных коэффициентов для всех атомных группировок. Необходимость хотя бы количественного учета структуры молекулы и взаимного расположения атомных группировок затрудняет расчет. Авторами настоящей работы найдена взаимосвязь между ТС веществ с отрицательным кислородным балансом и величины кислородного баланса. Рассчитанная авторами формула имеет вид Qн = –0,1387∙КБ, МДж∙кг–1, и только одну переменную (КБ). Точность определения не хуже, чем известной формуле Д.И. Менделеева (6 переменных), но расчет значительно проще.

Обоснована вероятность решения широкого круга проблем защиты окружающей среды от техногенных загрязнений с помощью активных углей (АУ). Показано, что одним из важнейших направлений защиты от экоцида является детоксикация почв сельхозугодий от остатков гербицидов. Установлено, что растительные отходы сельхозкультур, и, прежде всего, солома, являются ценным многотоннажным сырьем для получения активных углей. Получены активные угли из широкого спектра растительных отходов: соломы (16 видов), шелухи и шлама кофейных зерен, шелухи зерен и стеблей подсолнечника, рисовой шелухи, а также скорлупы орехов и косточек плодов фруктовых деревьев. Оценены адсорбционные свойства (адсорбционная активность по йоду и по метиленовому голубому), параметры пористой структуры (суммарный объем пор, объем мезопор, размер микропор, общая удельная поверхность и т.п.) и другие показатели качества (насыпная плотность, массовая доля золы, прочность при истирании) полученных растительных активных углей. Исследована детоксикация почв от остатков сильнодействующих гербицидов – Зингер СП (действующее вещество метсульфурон-метил). Предложены области применения получаемых растительных АУ в различных областях адсорбционной техники.

Создан образец экспериментального кольцевого четырехступенчатого термоакустического двигателя с бегущей волной в целях измерения его рабочих характеристик, а также определения оптимальной длины полостей между теплообменниками и торцевыми поверхностями ступеней. Диаметр ступени двигателя составил 32 мм, диаметр соединяющих ступени резонаторов – 13 мм, суммарная длина кольцевого резонатора – 4,9 м. Экспериментальный образец двигателя не предусматривал акустической нагрузки, в качестве рабочего тела использовался воздух под атмосферным давлением. При подведении к двигателю тепловой энергии при мощности от 88 до 480 Вт проведены измерения распределения амплитуды колебания давления в резонаторе, акустической мощности, а также других параметров, в частности: электрической мощности нагрева каждого горячего теплообменника, колебания давления в семи различных точках резонатора, частоты акустических колебаний, температуры каждого из теплообменников. В целях определения оптимальных размеров длины полостей между теплообменниками и торцевыми поверхностями ступеней проведены исследования зависимости характеристик двигателя от длины этих полостей. Показано, что оптимальная величина полостей для ступени диаметром 32 мм находиться в диапазоне от 0 до 6 мм.