Аннотация: Электрохимическое формирование покрытий прозрачных полупроводниковых оксидов на основе цинкита – привлекательный универсальный и легкомасштабируемый метод, который является многообещающим для оптоэлектроники и химических сенсоров. Сложность в формировании покрытий на основе оксида цинка и легированных составов, таких как ZnO(Al), путем электрохимического соосаждения производных цинка и алюминия в водных средах связана с различием окислительно-восстановительных потенциалов двух металлов и формированием гальванических осадков гидратированных оксидов цинка и алюминия. Применение неводных сред в роли электролитов цинкования может позволить сформировать биметаллический осадок для последующего контролируемого окисления до оксида (AZO). В рамках данной статьи в роли растворителя выступал диметилсульфоксид (ДМСО). Показано, что особенности нуклеации и роста фазы цинкита в электролитах на основе ДМСО приводят к образованию значительно более пористых покрытий металлического цинка, окисляемого в дальнейшем до цинкита, по сравнению с процессами вводных электролитах. Оптимизированы составы неводных электролитов и потенциалы формирования пленок в потенциостатическом режиме. Изучены корреляции микроструктуры и элементного состава от условий протекания гальванического процесса. Методом рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии показано присутствие алюминия на поверхности образцов в двух различных валентных состояниях, что может быть следствием дефектности структуры вюрцита и присутствием фазы γ-Al2O3 – вероятного продукта сегрегации. Показано, что предложенный синтетический подход может быть перспективен для направленного формирования пористых тонкостенных покрытий цинкита с варьируемой степенью дефектности структуры.

На основе экспериментальных данных по краевым углам смачивания пленок малослойных графеновых частиц, полученных методом прямой жидкофазной эксфолиации, рассчитано значение их поверхностной энергии. Расчет свободных энергий смешения проведен прямым методом из данных по поверхностным натяжениям различных дисперсионных сред и их температурным коэффициентам, а также с использованием параметров Хансена для нахождения констант Флори–Хаггинса. Несмотря на количественные отличия в полученных значениях свободных энергий смешения, рассчитанных различными методами, принципиально показано, что дисперсные системы на основе малослойных графеновых частиц являются лиофобными, причем значения свободных энергий смешения для этиленгликоля, диэтиленгликоля и N-метилпирролидона оказались близкими и принципиально более низкими по сравнению с водой. Для суспензий в этиленгликоле проведена оценка структуры получаемых препаратов методами просвечивающей электронной микроскопии и спектроскопии комбинационного рассеяния. Показана перспективность использования многоатомных спиртов в качестве среды для проведения диспергирования и эксфолиации природного графита с получением графеновых препаратов с точки зрения структуры получаемых частиц, смачивания и высокой способности к стабилизации свободной поверхности графена при низких значениях свободной энергии смешения. Вычисленные значения термодинамических функций могут быть использованы при разработке новых методов получения графена, основанных на непосредственном расслоении и стабилизации получаемой свободной поверхности.

Методом дифференциальной сканирующей калориметрии (ДСК) исследована кинетика формирования кристаллической фазы TiO2 в образцах протонированного полититаната калия (ПТК), имеющего аморфную слоистую структуру. С использованием свободного обеспечения THINKS на основе методов Киссинджера, Фридмана, метода комбинированного кинетического анализа, с применением методов линейной и нелинейной регрессии проведен анализ соответствия полученных экспериментальных кривых ДСК различным кинетическим моделям процесса кристаллизации, включая: два независимых гибких одноступенчатых шага; два последовательно протекающих гибких одноступенчатых шага; два параллельно протекающих (конкурирующих) гибких одноступенчатых шага. Определены основные кинетические параметры процесса, в наибольшей степени удовлетворяющие экспериментальным данным по критерию соответствия Байеса (BIC). Результаты исследования показали, что образование кристаллической фазы анатаза в данной системе идет в два этапа. На основании полученных результатов предложен механизм двухстадийного процесса кристаллизации протонированных ПТК, предусматривающий на первом этапе диффузию поверхностно-активных компонентов (Н2О, Н3О+, K+) в межслойном пространстве к поверхности частиц ПТК, с дальнейшей десорбцией воды и преобразованием слоистой аморфной структуры полианионов ПТК в искаженную структуру анатаза. На втором этапе процесса происходит трансформация искаженной структуры анатаза к ее традиционной кристаллической форме, и завершается процесс кристаллизации протонированных ПТК образованием мелких кристаллов гексатитаната калия на поверхности кристаллических частиц TiO2 с участием остаточных ионов калия, ранее продиффундировавших из внутренних слоев частиц ПТК к поверхности.

Показана актуальность исследований в области разработки активированных углеродных материалов с высокой удельной поверхностью и пористостью, которые могут быть использованы в качестве материалов для разделения или хранения различных жидких и газообразных сред. Отмечена множественность подходов к осуществлению процесса активации, характеризуемая преимущественно накоплением опытных данных и лабораторными исследованиями. Установлена возможность реализации процесса активации карбонизата по двум вариантам: 1) высокотемпературная щелочная активация, 2) высокотемпературная щелочная активация с дополнительным активатором в виде водяного пара. Определены наиболее рациональные температурные режимы реализации данного процесса активации, составляющие для первого варианта 750 °С, для второго – 600 °С, а также их ключевые особенности. Проведен анализ характеристик полученного в результате двух вариантов активации углеродного материала – удельной поверхности и пористости, и установлена их зависимость от температуры проведения данного процесса. Обоснована возможность промышленной реализации рассмотренных вариантов активации с учетом особенностей их проведения, для получения активированного высокопористого углеродного материала с удельной поверхностью более 2700 м2/г и пористостью, приходящейся на микро- и мезоразмерный диапазон более 1,3 см3/г.

Проведено исследование эффективности процесса сепарации примеси частиц различной плотности в быстром гравитационном потоке монодисперсного зернистого материала. Исследование выполнено методом математического моделирования динамики распределения концентрации примеси частиц на шероховатом скате с использованием математической модели, учитывающей кинетику эффектов конвекции, перемешивания, сегрегации и квазидиффузионной сепарации. Исследование, проведенное при варьировании относительной плотностью частиц примеси в интервале 0,2…4,0 по отношению к плотности частиц базового компонента, подтверждает определяющую роль эффекта квазидиффузионной сепарации. Установлено, что профили распределения концентрации примеси частиц с малой и высокой плотностью имеет форму, аналогичную форме профилей объемных долей пустот и твердой фазы, соответственно. При одинаковой степени отличия частиц легких и тяжелых примесей от частиц базового компонента более высокую склонность к сепарации имеют легкие частицы. Склонность к сепарации с увеличением степени отличия плотности частиц примеси от плотности частиц базового компонента повышается более интенсивно для примеси частиц с малой плотностью. Установлено, что с уменьшением концентрации частиц примеси в потоке интенсивность их сепарации повышается для частиц с малой плотностью и снижается для частиц с высокой плотностью. Наиболее высокой склонностью к сепарации частиц по плотности характеризуется бинарная смесь однородных по размеру частиц с минимальным объемным содержанием примеси частиц, имеющих малую плотность.

В данной работе по технологически простой и дешевой методике в качестве альтернативы известным слоистым неорганическим ионообменникам марганцевого и титанатного типа получен и исследован протонированный полититанат калия (K0,8Н1,2Ti4,3O8,5) в целях извлечения лития из вторичных природных ресурсов. Методом рентгеновского фазового анализа (РФА) подтверждено сохранение исходной рентгеноаморфной структуры полититаната калия после процесса протонирования, обеспечивающей хорошую ионообменную и адсорбционную способность материала. Методом инфракрасной спектроскопии проанализированы функциональные группы протонированного полититаната калия, представляющие собой потенциальные активные центры для взаимодействия с ионами Li+. При извлечении лития из водного раствора с концентрацией 0,01 моль/л протонированный полититанат калия продемонстрировал равновесную адсорбционную емкость 0,52 ммоль/г. При этом экспериментальные данные хорошо согласуются с кинетической моделью псевдовторого порядка (R2 = 0,999). Адсорбционный процесс описываются изотермой Фрейндлиха и характеризуются константой KF = 0,0013 (л)1/n(ммоль)1–1/n/г. Показана хорошая селективность протонированного полититаната калия по отношению к ионам Li+ в присутствии ионов Na+, K+, Mg2+ и Ca2+ при сохранении адсорбционной емкости на уровне 0,50…0,52 ммоль/г. Полученные результаты свидетельствуют о том, что протонированный полититанат калия является перспективным и конкурентоспособным материалом для извлечения ионов Li+ из водных растворов с низкой концентрацией.

Показано, что формирование в суперсплаве ЭК61 ультрамелкозернистой (УМЗ) структуры смешанного типа обеспечивает проявление эффекта низкотемпературной сверхпластичности, который может быть успешно реализован в инновационном технологическом процессе сварки давлением для получения твердофазных соединений (ТФС) в сочетании суперсплавов ЭК61 и ЭП975, характеризующихся различным типом упрочняющей фазы. По результатам энергодисперсионного анализа установлено, что в процессе сварки давлением в вакууме в температурно-скоростных условиях низкотемпературной сверхпластичности (Т = 850 °С, ε