Архив

Обсуждаются результаты математического моделирования технологического процесса одностороннего прессования порошковых фторполимерных материалов. Особенностью теоретического описания является учет реодинамики, структурирования и кинетики уплотнения сжимаемой среды. Важный моментом такого описания – выбор реологических уравнений. В дальнейшем предполагается, что уплотнение материала происходит по механизму вязкого течения массы в поры (согласно теории Я. И. Френкеля). Реологические свойства такой среды, то есть способность к деформированию и течению, определяются свойствами твердой фазы, наличием и степенью пористости. Рассмотрены два варианта технологического процесса прессования в зависимости от задаваемых извне условий на перемещение плунжера пресса: режимы постоянного заданного усилия или его постоянной скорости. Анализ численных расчетов для каждого из этих режимов позволил выявить их принципиальные особенности. Установлено, что в режиме заданного усилия происходит прогрессивное автоторможение процесса уплотнения во времени. Показано, что для прессования материалов в обоих режимах следует выбирать такие параметры, когда время структурных превращений больше времени уплотнения. Проведенный анализ позволил выработать конкретные рекомендации прогноза рациональных режимов одностороннего прессования порошковых материалов.

Рассматриваются особенности формирования в процессе сварки взрывом многослойного композиционного материала (МКМ), состоящего из алюминиево-магниевого сплава АМг6, титана ВТ1-0 и аустенитной коррозионностойкой стали 12Х18Н10Т. Данный МКМ обладает перспективными свойствами для использования в различных отраслях промышленности, таких как судостроение и автомобильная промышленность. Однако процесс получения такого материала сопряжен с определенными трудностями, связанными с различиями в свойствах исходных материалов. Проведено исследование влияния остаточных напряжений, возникающих в МКМ после сварки взрывом, на сплошность соединения. С помощью металлографических исследований и электронной микроскопии обнаружено, что в процессе высокоскоростного соударения между различными материалами, входящими в состав МКМ, формируются границы соединения с прямым и волнообразным профилем. Кроме того, получены данные о динамической рекристаллизации на границе соединения 12Х18Н10Т – ВТ1-0 и образовании вихревых зон в гребнях волн. Проведено измерение микротвердости слоев, которое показало, что в слоях МКМ произошло упрочнение, максимальное значение которого зафиксировано в слое из стали 12Х18Н10Т. Испытание прочности слоев на отрыв выявило, что разрушение происходило по границе соединения ВТ1-0 – АМг6 при средней прочности 160 МПа. Результаты исследования могут быть полезны для специалистов в области материаловедения, машиностроения и других смежных областей.

Цель работы заключается в разработке наноструктурированных защитных покрытий с высокой химической стойкостью для металлических поверхностей. Для модификации лакокрасочных материалов применялись составы на основе углеродных нанотрубок (УНТ), наночастиц оксида висмута, диоксида кремния, диоксида титана, гидроксида магния и алюминия. Введение в акриловый лакокрасочный материал наноматериалов способствовало увеличению адгезионной прочности покрытий, так наилучший эффект определен при введении УНТ, в количестве 0,1 % – адгезионная прочность повышается с 2,0…2,2 до 2,9…3,1 МПа при изменении характера отрыва лакокрасочного покрытия от подложки с полностью адгезионного (100 %) на адгезионно-когезионный. Оценка химической стойкости наноструктурированных лакокрасочных покрытий с УНТ показала, что при воздействии на покрытия раствора гербицида, они сохраняют свою массу вне зависимости от концентрации модификатора, при этом их твердость не изменяется (Н). Оценка равновесной степени набухания позволила определить, что лакокрасочные покрытия с наночастицами оксида висмута и УНТ обладают устойчивостью к растворителям и приобретают более сетчатую структуру по отношению к покрытиям без добавок. Сканирование различных участков поверхностей образцов на АСМ показало, что при модификации нанодобавками оксида висмута и УНТ поверхность становится более гладкой, нанометровая шероховатость уменьшается с 50…60 до 20…30 нм. Более существенное уменьшение выступов наблюдается у покрытий модифицированных УНТ, что говорит об упрочнении покрытия за счет уменьшения размеров углублений и пор.

Изучены возможности и некоторые особенности прямой электронно-лучевой литографии с использованием слоя диоксида кремния SiO2 (выращенного термическим окислением) в качестве резиста, чувствительного к действию электронного луча, и проявляющего состава на основе водного раствора разбавленной буферизованной плавиковой кислоты. Найдены дополнительные факторы, влияющие на результат литографии (существование первоначального периода усиления эффекта экспонирования). Для объяснения данной особенности предложена гипотеза о механизме влияния внедренного в слой SiO2 (в процессе экспонирования) электрического заряда на процесс дальнейшего проявления скрытого изображения. В качестве меры, устраняющей проявления контаминационных явлений, предложен подход с использованием жертвенного слоя меди, наносимого на период проведения экспозиции. Приведено обоснование выбора металла жертвенного слоя на основе экспериментальных наблюдений и гипотезы о возможном химическом составе контаминационных пятен в экспонированных областях. Уточнены известные из литературы параметры процесса прямой литографии на SiO2. Найден нелинейный характер эффекта воздействия электронного луча на слой диоксида кремния, и предложены простые эмпирические зависимости, позволяющие количественно описать результат процесса литографии для случая крупномасштабных структур. Показано, что даже при использовании жертвенного слоя меди возможно достижение разрешения литографического процесса не хуже 30 нм.

Проведено теоретическое исследование механизмов сорбции трипропиламина, триизопропиламина, тригидроксипропиламинов и хлорида тетрапропиламмония на поверхности фталоцианина меди, включающей атом металла на уровне теории функционала плотности. В качестве инструментов изучения механизма взаимодействия молекулы сорбата с поверхностью использовались критические точки QTAIM, IRI и распределения зарядов в комплексах сорбат-сорбент. Определено, что триалкиламины имеют более высокую энергию связи с поверхностью, чем триалкиламиноспирты, за счет меньшей энергии взаимодействия с растворителем. Во всех случаях связь молекул сорбата с поверхностью в основном имеет электростатический и дисперсионный механизм, однако присутствие связей с перекрытием орбиталей существенно увеличивает стабильность комплексов. Комплекс с солью четвертичного аммониевого основания является самым стабильным за счет сочетания электростатического и орбитального механизмов. В комплексе с четвертичным аммониевым катионом наблюдается существенная поляризация поверхности по направлению вглубь кристалла, что может увеличивать энергию взаимодействия между молекулами в приповерхностных слоях и уменьшать растворимость модифицированных таким образом частиц в полярных растворителях. Во всех комплексах с перекрытием орбиталей со стороны поверхности участвует 3 2 z d -орбитали атома меди.

В работе синтезировали нанокомпозиционный активированный уголь (AУ) из растительного сырья (отходов производства персика), модифицированного углеродными нанотрубками (УНТ). Первой стадией получения всех образцов была гидротермальная карбонизация (ГТК) персиковых выжимок в водной среде с добавлением определенного количества УНТ, после чего биомассу поэтапно карбонизировали и активировали с помощью щелочи (КОН) в инертной среде. Цель работы – оценка влияния УНТ на структуру и физико- химические и функциональные свойства нанокомпозиционного АУ. Установлено, что уголь, полученный из исходной смеси, содержащей 0,05 мас. % УНТ, показывает величину удельной поверхности по модели БЭТ, равную 2876 м2/г, и общий объем пор – 1,643 см3/г. Предположительно, взаимодействие биомассы с нанотрубками происходит на участках поверхности образцов после ГТК, где расположены функциональные группы. Образец с 0,05 мас. % УНТ показывает минимальные значения ID/IG и d100, что говорит о более высокой упорядоченности углеродной структуры. Для всех углей определяли сорбционную способность по отношению к синтетическим красителям – малахитовый зеленый (МЗ) и конго красный (КК). Обнаружена общая корреляция характера изменения показателей ID/IG и d100 с активностью образцов АУ. Наибольшую емкость по обоим красителям в статическом режиме показал АУ с 0,05 мас. % УНТ: 2987 и 1201 мг/г для МЗ и КК соответственно. Для указанного образца проведена оценка кинетики сорбции в динамическом режиме. По результатам экспериментальных и теоретических исследований определены такие важные показатели поглощения, как константы скорости сорбции и коэффициенты диффузии.

Рассмотрен современный подход к проектированию сорбентов диоксида углерода (СО2) на основе концепции ландшафта потенциальной энергии (ЛПЭ). Приведен анализ взаимосвязи между характеристиками ЛПЭ и эффективностью сорбции СО2. Показано, как изменение параметров ЛПЭ позволяет разрабатывать оптимизированные материалы с требуемыми сорбционными свойствами. Исследовано влияние глубины и распределения энергетических минимумов на селективность, емкость и кинетику сорбции СО2. Обсуждаются различные стратегии изменения ЛПЭ, включая функционализацию поверхности, целенаправленное введение дефектов для достижения желаемых сорбционных характеристик. Приведены примеры различных типов сорбентов, таких как MOF, цеолиты, активированные угли, проектирование которых осуществлялось в рамках концепции ЛПЭ. Рассмотрены потенциальные применения разработанных сорбентов в технологиях улавливания, хранения углерода, а также синтез химически ценных продуктов. Обзор представляет интерес для специалистов в области материаловедения и энергетики, занимающихся разработкой новых сорбционных материалов.