ИФХЭ РАН

Ведущий научный сотрудник лаборатории физикохимии коллоидных систем ИФХЭ РАН, доктор физико-математических наук Дмитрий Леонидович Тытик в составе авторского коллектива из ИСАН РАН, ИОФ РАН, НИУ ВШЭ и ИФХЭ РАН принял участие в подготовке методического доклада «Лазерная микроскопия наночастиц в водных растворах: реальные возможности и применения», представленного доктором физико-математических наук, профессором Юрием Григорьевичем Вайнером (ИСАН РАН).

Доктор физико-математических наук, ведущий научный сотрудник лаборатории поверхностных сил ИФХЭ РАН, Виталий Борисович Световой в соавторстве с коллегами из ФТИАН РАН представил доклад на тему «Измерение энергии адгезии между Si и Au, индуцированной дисперсионными силами». В своём выступлении Виталий Борисович обобщил результаты пятилетних экспериментальных исследований, посвященных данной теме.

Он подчеркнул, что с использованием метода залипшего кантилевера удалось достигнуть точности измерения адгезии между кремнием и золотом до 10%, что на сегодняшний день является наилучшим результатом в данной области. Виталий Борисович также отметил, что при исследованиях залипания можно пренебречь короткодействующими и капиллярными силами, сосредоточившись на анализе дисперсионных и электростатических сил, однако важно учитывать влияние шероховатости поверхности.

В заключение, Виталий Борисович акцентировал внимание на том, что для дальнейшего совершенствования экспериментальной установки необходимо исключить погрешности, связанные как с толщиной кантилевера, так и с электростатическим воздействием, что позволит повысить точность и надежность получаемых результатов.

Старший лаборант лаборатории поверхностных сил ИФХЭ РАН, Тимофей Вениаминович Голубитченко, в составе коллектива авторов из ИФХЭ РАН и ИОХ РАН представил исследование на тему «Особенности применения ионных жидкостей, полифторполиэфирных и полидиметилсилоксановых смазок в качестве пропиток для SLIPS».

В ходе эксперимента был разработан новый подход, позволяющий определить, как свойства пропиток изменяются при длительном контакте с атмосферными осадками. Исследование основывалось на наблюдении за поверхностным натяжением сидящей капли воды на гидрофобных покрытиях и скользких пористых покрытиях с пропиткой (SLIPS). Долговечность пропитки была связана с двумя ключевыми факторами: скоростью истощения смазочного материала, запасенного в порах, и стабильностью смачивающих плёнок на поверхности.

Полученные результаты показали, что путём замены функциональных групп, присоединенных к имидазолу, а также изменения положения имидазольного кольца в молекуле, можно гибко управлять плотностью, вязкостью и поверхностным натяжением синтезированных ионных жидкостей. В заключение, в докладе было отмечено, что из исследованных ионных жидкостей наибольшую эффективность в качестве смазочных материалов для регулярно восполняемых SLIPS демонстрируют монокатионные бис(трифторметилсульфонил)имидные ионные жидкости с алкильными или смешанными алкильными/силоксановыми линкерами.

Заведующий Международной лабораторией САММА НИУ ВШЭ, кандидат физико-математических наук Григорий Сергеевич Смирнов, совместно с доктором физико-математических наук, ведущим научным сотрудником лаборатории новых физико-химических проблем ИФХЭ РАН Анатолием Николаевичем Ходаном, представил доклад на тему «Нанофибриллы оксигидроксидов алюминия: изучение феномена формирования и 1D роста на поверхности жидких сплавов Me(Al), где Me = Hg, Ga, In, Sn, Bi, Pb, и расплава Al при окислении парами воды».

Актуальность этой работы обусловлена тем, что механизм формирования и роста 1D нанофибрилл оксигидроксидов алюминия в системе Al – H₂O остается нерешенной фундаментальной физико-химической проблемой. В ходе доклада были обобщены результаты экспериментальных исследований морфологии и структурно-фазового состояния 1D наноматериалов, полученные в ИФХЭ РАН, а также оценки параметров бемитоподобных структур, выполненные методами компьютерного моделирования в НИУ ВШЭ.

Важным результатом работы стала количественная оценка параметров базового структурного модуля в 1D нанофибриллах, которые сохраняют практически постоянный диаметр в пределах 5–9 нм в широком диапазоне температур синтеза: от 20 до 670°С.

Учёные ИФХЭ РАН продолжат развивать методы синтеза 1D наноматериалов и высокопористых монолитных 3D наноструктур, а также искать возможности для их практического применения. Показано, что 1D и 3D наноматериалы, выращенные на поверхности жидкометаллических расплавов, обладают физико-химическими свойствами, близкими к классическим аэрогелям, однако принципиально отличаются способом их получения: процесс окисления поверхности сплавов является одностадийным и протекает при отсутствии жидкой фазы.

От коллектива авторов ИФХЭ РАН выступил главный научный сотрудник лаборатории поверхностных сил ИФХЭ РАН, доктор физико-математических наук Александр Михайлович Емельяненко с докладом «Использование экстремального смачивания при создании антибактериальных материалов нового поколения». Масштабные исследования посвящены материаловедческому подходу к борьбе с распространением больничных инфекций.

В мире наблюдается снижение смертности от различных инфекционных заболеваний, однако смертность от больничных инфекций – тех, которыми пациенты заражаются в стационарах – растет, и этот рост ускоряется. Ситуация усугубляется тем, что у бактерий – возбудителей этих инфекций – быстро формируется резистентность к антибиотикам и дезинфицирующим средствам, применяемым для борьбы с ними.

Предлагаемый в докладе Александра Михайловича способ борьбы с больничными инфекциями заключается в использовании материалов с экстремальным смачиванием, что позволяет сделать бактериально чистыми поверхности касания (ручки, перила, кнопки лифтов и стены – все поверхности, до которых дотрагиваются персонал, посетители и пациенты больницы).

Александр Михайлович также рассказал о бактерицидных и бактериостатических свойствах супергидрофобных и супергидрофильных покрытий. Он подчеркнул, что проведенные лабораторные исследования и эксперименты в стационарах убедительно показывают: создание специальной морфологии и химического состава поверхностей касания, которые препятствуют закреплению и развитию бактерий, позволяет значительно сократить бактериальную нагрузку на людей. Исследования продемонстрировали, что на местах, где было нанесено покрытие с экстремальным смачиванием, бактериальная загрязненность снизилась в 3-4 раза.

В ходе обсуждения Александру Михайловичу был задан вопрос об устойчивости покрытия. Докладчик отметил, что действительно, после 90 дней эксплуатации наблюдается снижение бактериальной активности. В настоящее время научная группа предложила технологию быстрой замены покрытия: оно наносится на самоклеящуюся металлизированную пленку и заменяется сразу, как только начинает терять свои антимикробные свойства.

Ведущий научный сотрудник лаборатории поверхностных сил ИФХЭ РАН, кандидат физико-математических наук Кирилл Александрович Емельяненко от коллектива авторов из ИФХЭ РАН представил доклад на тему «Физико-химическая модификация поверхностей: от управления смачиванием к снижению токов утечки в линиях электропередачи». Потери на коронный разряд в России составляют более 40 млрд рублей в год. В настоящее время наиболее распространенный способ борьбы с коронным разрядом – это снижение напряжения в сети во время неблагоприятных погодных условий, то есть именно в тот момент, когда потребитель нуждается в большем количестве электроэнергии, он получает её меньше.

Кирилл Александрович отметил, что исследования по защите от коронного разряда через управление смачиванием ведутся в лаборатории поверхностных сил ИФХЭ РАН уже давно. В данном исследовании было решено уделить внимание супергидрофильным покрытиям, однако их недостатком является неустойчивость к коррозии и повышенная адгезия льда. Лёд накапливается на проводах, что может привести к их обрыву из-за веса.

Чтобы устранить эти недостатки, на провода наносят тонкую плёнку гидрофильного вещества, которая значительно повышает их стойкость к коррозии и обледенению. Кирилл Александрович подчеркнул, что подбор состава для этого вещества представлял собой довольно трудоёмкую задачу. Когда состав был найден, плёнка из этого вещества была нанесена на провода с текстурированной поверхностью и гладкого алюминия (контрольные образцы). Испытания проводились на установке в Новосибирске.

Исследования показали, что гидрофильная плёнка существенно снижает потери на коронный разряд как для текстурированного провода, так и для провода из гладкого алюминия. Кирилл Александрович объяснил, что в обоих случаях капли воды стекают на нижнюю часть провода и свисают с него толстыми линзами с большим радиусом кривизны, что ограничивает коронирование нижней частью провода.

Эксперименты также показали, что длительное воздействие коронного разряда не приводит к деградации покрытия, поскольку, во-первых, коронный разряд очищает его, разлагая загрязнения, неизбежно попадающие на провод из атмосферы и ухудшающие его гидрофильные свойства. Во-вторых, водная плёнка защищает покрытие от неблагоприятных факторов, связанных с коронным разрядом (ультрафиолетовое излучение, озон).

Кирилл Александрович подчеркнул, что важность этой работы заключается в том, что наиболее дорогостоящий этап при изготовлении супергидрофильного провода – нанесение текстуры – оказывается избыточным; плёнка существенно уменьшает коронирование на гладком проводе. Хотя нанесение плёнки увеличивает стоимость производства провода примерно на 30%, она значительно снижает потери электроэнергии, что позволяет окупить применение более дорогой технологии. Кроме того, уменьшение адгезии льда позволяет реже проводить замену проводов.

Так как подавляющее большинство линий электропередач в России расположено не в аридных, то есть не засушливых, регионах, защита от коронного разряда актуальна практически для всех регионов страны, что открывает большие перспективы для промышленного использования этой разработки.

Заведующий лабораторией структурно-морфологических исследований ИФХЭ РАН, кандидат химических наук Алексей Викторович Шапагин выступил с докладом на тему «Разрушение переходных зон в реакто-термопластичных системах».

Алексей Викторович подчеркнул, что межфазные диффузионные зоны в реакто-термопластичных системах и структурообразование в них в процессе химической реакции отверждения до настоящего времени изучены недостаточно, что определяет актуальность данной работы. Он отметил крайнюю важность понимания физико-химических процессов, происходящих на межфазных границах при склеивании термопластов эпоксидными клеями и армировании эпоксидных связующих полимерными волокнами. Изучение отвержденных диффузионных зон «эпоксид–термопласт» также имеет большое значение для прогнозирования распространения трещин в процессе разрушения клеевых и волокнистых композиций.

В докладе были представлены исследования распространения трещины в диффузионных зонах эпокси-термопластичных композиционных материалов на примере модельной системы «полиэфирсульфон – ЭД-20», отвержденной диаминодифенилсульфоном. Изучение растворимости компонентов, определение концентрационных профилей при различных температурно-временных режимах, а также исследование фазовой структуры в диффузионной области эпокси-полиэфирсульфоновой системы показали, что отвержденная система характеризуется гомогенной структурой диффузионной области.

Этот факт позволил исследовать влияние диффузионного профиля на зону локализации трещины при разрушении межфазной границы без учета влияния дисперсных и взаимопроникающих структур, которые обычно формируются при отверждении реакто-термопластичных систем. Методом рентгеноспектрального элементного микроанализа была определена концентрационная область распространения трещины в межфазной области при расслоении исходных компонентов.

В результате было установлено, что концентрационная область диффузионной зоны, по которой распространяется трещина, определяется скачком на диффузионном профиле, возникшим вследствие нахождения данной концентрационной области в застеклованном состоянии при температуре отверждения системы. Полученный результат, как отметил докладчик, в дальнейшем будет апробирован на системах, характеризующихся различными температурами стеклования исходных компонентов.