Получены серии образцов композиционных материалов на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена и гибридного наполнителя, содержащего графеновые нанопластинки и йодированные многостенные углеродные нанотрубки (МУНТ) посредством методов прессования с последующим спеканием. Полученные нанокомпозиты исследованы методами рентгенофазового анализа и рамановской спектроскопии. Концентрацию йода в модифицированных МУНТ определяли посредством энергодисперсионного рентгенофлуоресцентного анализа. Оценка структурных особенностей наноматериалов при помощи рентгенофазового анализа указывает на отсутствие йода в межслоевом пространстве графеновых листов, при этом наблюдается изменение поверхности. Данные рамановской спектроскопии указывают на незначительное деструктивное воздействие йода на поверхность наноматериала. Исследование электрической проводимости показало, что при использовании в качестве наполнителя модифицированных йодом МУНТ происходит смещение перколяционного порога в область меньших концентраций наполнителя, в сравнении с образцами нанокомпозитов, содержащих немодифицированные нанотрубки. Увеличение концентрации графеновых нанопластин способствует снижению перколяционного порога в два раза. Максимума электрической проводимости 5.4×10–4 См/см удалось достичь в нанокомпозитах сверхвысокомолекулярного полиэтилена, содержащих 3 масс. % йодированных многостенных углеродных нанотрубок и 1 масс. % графеновых нанопластинок.

В процессе спекания при относительно низких давлениях и температурах наноалмазного порошка с покрытием на основе неалмазных форм углерода толщиной порядка 10 Å происходит формирование наноструктурного алмазного материала путем перехода графитоподобного углерода в алмаз. Показано, что наноалмазный порошок, модифицированный неалмазными формами углерода, представляет собой «активную» основу, на которой в процессе термобарического спекания происходит переход нанометрового слоя графитоподобного углерода в алмаз. Показано влияние предварительного отжига наноалмазов в атмосфере диссаммиака, в окислительной и углеводородсодержащей атмосферах на структуру и микротвердость наноалмазных поликристаллов. Установлено, что атмосфера, в которой осуществляется модифицирующий отжиг, влияет на содержание алмазной фазы и размер кристаллитов наноалмазов в поликристаллическом материале. Показано, что предварительное модифицирование (функционализация) поверхности наноалмазов углеродсодержащими соединениями стимулирует процесс алмазообразования. При этом наиболее существенный рост микротвердости алмазных поликристаллов наблюдается после модифицирования наноалмазов в окислительной и углеводородной атмосферах. Установлено, что модифицирующая обработка наноалмазов углеводородами стимулирует процессы синтеза алмаза, а рост давления подавляет процесс графитизации алмаза и активирует трансформацию графитоподобного углерода в алмаз, что способствует спеканию алмазных зерен.

Объектом настоящего исследования являются композиционные многокомпонентные нано- структурированные покрытия, которые используют для повышения долговечности рабочих поверхностей запорной арматуры, эксплуатируемой на ответственных объектах нефтехимической и атомной промышленности. Цель настоящей работы заключается в экспериментальном определении основных характеристик покрытий Ti–TiN–(Ti, Mo, Al)N, Ti–CrN–(Cr, Mo, Al)N, Ti–Zr–ZrN–(Zr, Mo, Al)N, полученных методом конденсации вещества катодно-вакуумно-дуговым осаждением с фильтрацией микрокапельной фазы, для выбора наиболее предпочтительных для запорной арматуры. В целях определения коэффициента сухого трения проводили трибологические испытания, для установления твердости образцов использовали инструментальное индентирование, шероховатость определяли профильным методом. Установлено, что наилучшими значениями исследуемых характеристик, а именно твердости при индентировании (38,9 ГПа) и шероховатости (среднее отклонение профиля равно 0,242 мкм) по результатам испытаний, обладают образцы с покрытием Cr–CrN–(Cr, Mo, Al)N; по результатам трибологических испытаний наименьший коэффициент трения (0,0806) также имеет покрытие Cr–CrN–(Cr, Mo, Al)N. Перспективным направлением дальнейших исследований может стать разработка и исследование новых многокомпонентных нанокомпозитных покрытий на основе высокоэнтропийных сплавов.

Инертность карбида кремния (SiC) при создании полимерных композиционных материалов (ПКМ) часто не позволяет создать качественное конечное изделие. Это обусловлено слабым межфазным взаимодействием между наполнителем и полимером. В данной работе представлен способ модификации карбида кремния с управляемым содержанием 3-аминопропилтриэтоксисилана (АПТЭС) на его поверхности. Модификатор создает активные функциональные группы на поверхности карбида кремния, и именно они будут первыми вступать во взаимодействие. В исследовании проведена поэтапная оценка изменения поверхности частиц наполнителя при образовании реакционноспособных групп методом ИК-спектроскопии, и определено влияние предлагаемого способа на насыпную плотность частиц SiC. Представленная работа содержит данные об исследовании кинетики адсорбции наполнителя после его модификации и описывает условия, при которых происходит наиболее полное присоединение функциональных групп при обработке силаном. Выявлены факторы, с помощью которых можно варьировать содержание функциональных групп на поверхности карбида кремния, изменяя таким образом ее активность. Показана эффективность предложенного метода модификации и получены образцы с реакционноспособной поверхностью частиц SiC, являющиеся наиболее перспективными для создания полимерных композиционных материалов.

Разработана технология создания наномодифицированного вяжущего строительного назначения, в котором равномерное распределение углеродных наноматериалов достигнуто за счет контролируемого синтеза наноматериалов в структуре вяжущего материала. Синтез углеродных наноматериалов (УНМ) осуществляли способом газофазного химического осаждения углеводородов на металлоксидных катализаторах. В качестве исходного сырья использован цемент ЦЕМ I 42,5Н (М500 Д0) и металлоксидный катализатор Ni–MgO (92,5 %–7,5 %, полученный термическим методом). Для получения заданного качества УНМ найдено оптимальное соотношение катализатора к цементу – 0,2. При увеличении соотношения катализатор / вяжущее (без изменения остальных параметров) значение удельного выхода наномодификатора снижается, что можно объяснить «отравлением» катализатора и, как следствие, образованием неструктурированного углерода. Наномодификатор исследован с помощью методов сканирующей электронной микроскопии, рамановской спектроскопии и термогравиметрии. С помощью рамановской спектроскопии по форме и положению характеристических полос G и D установлено, что на матрице цементного вяжущего синтезирован материал, содержащий в своем составе многослойные углеродные нанотрубки (МУНТ). По данным термогравиметрии полученный наномодификатор устойчив к термическому разложению до 500 °С. Экспериментальные исследования влияния полученной добавки на характеристики строительного композита проводились на образцах мелкозернистого бетона. Установлено, что прочность на сжатие для наномодифицированных образцов увеличивается на 18–20 %.

Проведены поиск и исследование новых оксидных катализаторов окисления глюкозы, способных работать в условиях нейтральной среды, получены катализаторы в виде дисперсии на углеродной подложке, охарактеризованы полученные электроды. На способность к бесферментному окислению глюкозы были исследованы следующие оксиды: оксид олова(IV), оксид вольфрама(VI), оксид титана(IV) и оксид марганца(IV). При проведении испытаний использовали такие методы анализа, как циклическая вольтамперометрия и хроноамперометрия. В качестве рабочего электролита (фонового раствора) выступал фосфатный буферный раствор (pH 7,40). Показано, что электрокатализатор на основе оксида марганца(IV), смешанного с ацетиленовой сажей, показывает стабильный ток при непрерывной поляризации электрода в течение двух часов, устойчив при постоянном нахождении в рабочей среде, а зависимость тока от корня из концентрации глюкозы имеет практически линейный характер, в связи с чем данный электрокатализатор может выступать как перспективный и недорогой материал для датчиков непрерывного мониторинга глюкозы.

Показано, что разработка метаматериалов различного типа (электромагнитных, акустических, механических) характеризуется единым подходом. Требуемый для решения конкретной задачи отклик среды на внешнее воздействие «конструируется» путем использования системы, определенным образом организованных элементов, изготовленных из обычных хорошо известных материалов. Данный подход является универсальным и позволяет успешно решать широкий круг задач в различных областях науки и техники. Его использовала живая природа при создании материалов, обеспечивающих оптимальное приспособление живого организма. Показано, что рационально спроектированные механические метаматериалы обладают рядом необычных свойств. В частности, они могут удовлетворять противоречивым требованиям, сочетая, например, высокую жесткость с высокой вязкостью разрушения и малой плотностью. Это делает их крайне перспективными для разработки на их основе новых конструкционных материалов. Сделан вывод о том, что аддитивные технологии могут быть успешно использованы для создания механических метаматериалов с ультрасвойствами сверхлегких и сверхжестких. Подробно описаны принципы создания ауксетических метаматериалов на основе пенопластов с открытыми порами.