Архив

Энергоэффективным методом низкотемпературного горения получены Co-Mn-содержащие композиты на основе природного и активированного диатомита Утесайского месторождения (Республика Казахстан) в качестве носителя (матрицы). Активация включала этапы промывки водой, прокалки при 500 град.С, а также обработки раствором HCl, в различных сочетаниях. Нанесение фазы, содержащей 5 мас. % Co + 5 мас. % Mn (в расчете на металлы), на диатомит производили путем низкотемпературного горения смеси нитратов Co и Mn (окислители) с мочевиной (восстановитель, горючее). Максимальная температура в волне горения достигала 337 град.С. Исследованы физико-химические свойства композитов методами РФА, СЭМ/ЭДС, и измерена удельная поверхность по адсорбции азота. Основными фазами в составе композитов по данным РФА являлись модификации SiO2 (кварц, тридимит и кристобалит). Согласно результатам СЭМ/ЭДС, имеет место неравномерное распределение компонентов Co-Mn-содержащей фазы по поверхности гранул катализаторов, связанное с неоднородностью морфологии поверхности и внутренних пор природного диатомита. Также были обнаружены примесные элементы (Mg, Al, Na, K, Ca, Fe). Удельная поверхность по БЭТ образцов носителей составила от 56,0 до 83,5 м2/г, а композитов - от 46,4 до 78,5 м2/г. Полученные композиты предполагается использовать как катализаторы процесса глубокого окисления СО и углеводородов для экологически важных технологий нейтрализации выхлопных и отходящих газов техногенной природы.

Предложено феноменологическое описание эффектов формирования кластеров и сепарации несвязных сферических частиц по размеру и плотности в слое разреженной зернистой среды под действием вибраций в условиях микрогравитации. Проведено математическое моделирование структурно-кинематических параметров зернистой среды на базе уравнения ее состояния как «газа твердых частиц», в результате которого установлено, что условием формирования кластера частиц являются достаточно высокие значения доли твердой фазы и толщины вибрирующего слоя, при которых квазитепловой поток вибрации имеет ограниченную область активного проникновения в объем слоя. Процесс сепарации является следствием квазидиффузионного взаимодействия частиц, имеющих различную скорость флуктуаций при наличии градиента доли пустот в объеме зернистой среды. Моделирование распределения частиц бинарной смеси, различающихся по размеру, проведено с использованием уравнения динамики сепарации, описывающего процесс переноса неоднородных частиц как результат сопряжения квазидиффузионных потоков сепарации и перемешивания. Результаты моделирования приведены в сравнении с экспериментальными данными, полученными при поддержке европейского космического агентства (Parabolic Flight Campaign PFC64) с использованием прибора VIP-Gran.

В статье суммированы результаты исследований структуры углеродных наноматериалов методом спектроскопии комбинационного рассеяния (КР). В результате проведенных исследований установлено, что расстояния между дефектами в графитах находятся в диапазоне 26…43 нм, углеродных многостенных углеродных нанотрубок (МУНТ) - 12…16 нм и саж 11…15 нм. Показано, что для КР-спектров высококачественных графитов и графенов характерны узкая G-полоса (ширина менее < 35 см–1), соотношение интенсивностей I(D)/I(G)) < 0,3. Для КР-спектров углеродных нанотрубок характерны широкие G-полосы (ширина > 50 см-1), высокое соотношение I(D)/I(G) (> 0,5) и наличие 2D-полос с положением максимума около 2670 см–1. Для КР-спектров саж характерно сильно уширенная G-полоса (ширина > 70 см-1), соотношение I(D)/I(G) близко к 1 и более. Наличие, положение и ширина 2D-полос чувствительны к структурам углеродных материалов. Для упорядоченных графитов положение максимума 2D-полос составляет порядка 2680 см–1, а их ширина менее < 85 см-1. Для МУНТ максимум 2D-полосы находится в диапазоне 2670…2690 см-1, а ширина полосы порядка 90…100 см-1. На КР-спектрах саж 2D-полоса может отсутствовать; положение максимума может быть смещено в длинноволновую или коротковолновую области, 2D-полоса сильно уширена (ширина > 150 см-1).

Представлены новые способы устранения случайных и систематических ошибок, возникающих при регистрации вольтамперных характеристик полевых катодов в режиме быстрого сканирования высоким напряжением. Методы реализованы в среде графического программирования LabVIEW и интегрированы в программное обеспечение экспериментальной установки, которая регистрирует и обрабатывает данные полевой эмиссии в режиме реального времени. Разработанная программа состоит из трех модулей. Первый устраняет влияние постоянной наводки на сигналы тока и напряжения. Второй модуль устраняет систематическую ошибку синусоидальной формы, связанную с наличием емкости в измерительной цепи. Третий модуль уменьшает влияние на сигнал шумов, связанных с измерительным оборудованием, а также флуктуациями эмиссионной активности катода. Результирующая вольтамперная характеристика подвергается обработке в полулогарифмических координатах с применением уравнения Мерфи-Гуда. В результате обработки получаются значения эффективных параметров. Тестовый эксперимент был проведен с полевым катодом на основе многостенных углеродных нанотрубок, выращенных химическим осаждением из газовой фазы с использованием плазмы (метод PECVD). Методика также применялась для корректной оценки эмиссионных свойств катодов различного типа: на основе углеродных наночастиц, регулярных матриц острий и одноострийных катодов.

Рассматривается лазерная термодинамика топологических структур - дендритов, полученных при воздействии лазерных импульсов на поверхность ряда высокоэнтропийных сплавов в процессе лазерной абляции. Рассмотрены схемы лазерного экспериментального синтеза и его параметры для получения дендритных структур высокоэнтропийных сплавов различного характера. Для разных конфигураций таких структур в рамках нанокластерных/островковых топологических моделей проанализированы возможности управления функциональными характеристиками образцов с дендритами (электрофизика и оптика) для возможных технологических применений. Смоделированы и оценены термодинамические условия направленного синтеза дендритов при разных условиях эксперимента с лазерным воздействием от Гауссового источника излучения в рамках приближения Matlab Laser Toolbox. Проведено исследование особенностей термодинамических условий синтеза дендритных систем, образованных из высокоэнтропийных сплавов на основе аналитических оценок поля температуры. Проведенная процедура позволила оценить реальные температуры плавления для компонент наноструктурированного высокоэнтропийного сплава. Предложены модели дендритных структур в диффузионном приближении в рамках диффузионно-ограниченной агрегации, для которых приведена оценка их электропроводимости с помощью моделирования вольтамперных характеристик в рамках туннельного и прыжкового приближений, а также усиления электрического поля на неоднородных границах фрактальных структур. Разработанные модели реализованы в среде MATLAB и имеют непосредственную связь с параметрами реальной схемы синтеза. Оценки, выполненные с их помощью, не противоречат реальным величинам.

Образцы коммерческих адсорбентов активированного угля AC, цеолита ZS и силикагеля SG были исследованы в процессах адсорбции водорода, метана, азота, углекислого и угарного газа для оценки эффективности их использования при очистке водорода от газовых примесей. Методами сканирующей электронной микроскопии и энергодисперсионного микроанализа охарактеризованы состав и морфология материалов. Текстурные характеристики (удельная поверхность и характер пористости) рассчитаны по моделям БЭТ, Гурвича и BJH на основе данных по криосорбции азота. Для всех изученных газов построены изотермы адсорбции в области давлений до 25 атм при температурах от 0 до 50 град.С, определены изостерические теплоты адсорбции, рассчитаны идеальные селективности в парах «примесный газ - водород». Для оценки поведения изученных адсорбентов по отношению к многокомпонентным газовым смесям проведено моделирования с использованием теории идеальных адсорбированных растворов (IAST). Данный подход позволил установить, что в реальных смесях селективность SIAST(CO2/H2) увеличивается в 1,5-3 раза по сравнению с расчетами по данным для индивидуальных газов.

По результатам экспериментальных исследований получены адсорбционные изотермы для газов: диоксида углерода, оксида углерода, метана и водорода на промышленных адсорбентах. Предложен подход для расчета коэффициентов уравнения Дубинина–Астахова на основе экспериментальных изотерм, позволяющий определять величину равновесной адсорбции компонентов водородсодержащей газовой смеси с высокой точностью. Подход включает: расчет значений предельного адсорбционного объема данного адсорбента и характеристической энергии адсорбции стандартного газа (азота) для заданного адсорбента с использованием экспериментальных изотерм адсорбции азота, полученных при температуре 77,3 K в диапазоне относительных давлений адсорбции от 0 до 1 на каждом из исследуемых адсорбентов, а именно: NaX, CaA, СКТ-4; нахождение расчетных значений коэффициентов аффинности, показателя степени, термического коэффициента предельной адсорбции уравнения Дубинина–Астахова (для температур и давлений, при которых получены экспериментальные изотермы сорбции исследуемых газов), обеспечивающих минимальное значение невязки между расчетными и экспериментальными изотермами; усреднение найденных значений коэффициентов аффинности и показателя степени. Эффективность предложенного подхода продемонстрирована на примере расчета параметров уравнения Дубинина–Астахова для CO2, CO, CH4 при использовании цеолитов NaX, CaA, активного угля СКТ-4. Среднеквадратическое отклонение между расчётными и экспериментальными данными не превышает 6,6 % в широком диапазоне давлений (до 3,0 МПа) и температур (293…353 K) для изученных сорбентов (цеолиты NaX, CaA, активный уголь СКТ-4).

Разработка новых электролитных растворов с улучшенными характеристиками является ключевой задачей для создания высокоэффективных аккумуляторов, топливных элементов, суперконденсаторов и других электрохимических устройств. Исследование ландшафта потенциальной энергии (ЛПЭ) играет важную роль в этом процессе, предоставляя информацию о взаимодействиях между компонентами раствора на молекулярном уровне. В данной работе рассмотрена практика применения методов исследования ЛПЭ, основанных на классических и квантово-химических алгоритмах, для анализа структуры, динамики и термодинамических свойств электролитных растворов. Подробно рассматриваются межмолекулярные и ион-молекулярные взаимодействия на микроскопическом уровне, определяющие макроскопические свойства электролитного раствора. Подчеркнута важность идентификации стабильных конфигураций ионов и их сольватов. Анализ ЛПЭ позволяет систематически определять наиболее вероятные структуры и комплексы, образующиеся в растворе, что важно для понимания механизмов ионного транспорта. Исследование ЛПЭ позволяет определить энергетические барьеры, которые необходимо преодолеть для миграции ионов, что связано с проводимостью электролита. Применение методов исследования ЛПЭ в сочетании с экспериментальными данными открывает новые возможности для рационального дизайна электролитных растворов с требуемыми физико-химическими свойствами.