Институт / Научные школы ИХТТМ СО РАН

Научная школа академика Н.З. Ляхова

Ляхов Н.З.,
д.х.н., академик РАН
Руководитель – Ляхов Николай Захарович,

д.х.н., профессор, академик РАН

Грант НШ-2938.2014.3 (2014-2015 гг.)

«Разработка новых и модифицированных функциональных материалов, в том числе наноразмерных и наноструктурированных, изучение свойств полученных материалов».

Полученные важнейшие научные результаты:

Показано, что для нестехиометрических перовскитов со смешанной проводимостью вариация кислородной нестехиометрии в широких пределах приводит не только к изменению структурных, но и энергетических параметров. Использование нового метода релаксации парциального давления кислорода и «изостехиометрического» подхода позволило обнаружить, что энергия активации процесса выделения кислорода из перовскита SrCo0.8Fe0.2O3-δ (SCF) является функцией кислородной стехиометрии оксида; уменьшение содержания кислорода приводит к увеличению энергетических барьеров и самоторможению реакции выделения кислорода.

Синтезированы новые мембранные материалы состава Ba0.5Sr0.5Co0.8-xFe0.2Wx0.2O3-δ (BSCFW). Показано, что допирование высокозарядным катионом W6+ (2%) улучшает функциональные свойства BSCF, увеличивает кислородную проницаемость, подавляет полиморфный переход «кубический – гексагональный» перовскит, увеличивает стабильность мембранного материала в атмосфере диоксида углерода. Разработана методика получения микротрубчатых (МТ) мембран на основе нестехиометрического оксида состава BSCFW2.

Проведены структурные исследования наноструктурированных оксидов на основе ферритов стронция SrFe1-yMyO3-δ (M=V, Mo; 0<y<0.2) с высокой степенью кислородной нестехиометрии (2.5<3-δ<2.7). Показано, что с увеличением степени замещения (y) высокозарядными катионами M и с увеличением кислородной стехиометрии (3-δ) нано-доменная структура трансформируется в сторону уменьшения размера доменов и усложнения ее внутренней организации.

Проведено исследование твердофазного взаимодействия иридия с тугоплавкими карбидами металлов IV (Zr, Hf), V (V, Nb, Ta) и VI (Mo, W) групп. Показана принципиально новая возможность образования соединений типа MeIr3 посредством реакционного осаждения тугоплавкого металла на иридий через газовую фазу при температурах, не превышающих 1000°С.

Разработан эффективный низкотемпературный метод синтеза порошка AlN. При сухом прессовании данного порошка с добавкой оксида иттрия и последующем прогреве при 1850 °C получен плотный (97 – 100 %) материал с высокой теплопроводностью.

Исследовано влияние предварительной механической активации низкокалорийных порошков Ti–C, Ti–Al и Ni–Al на параметры последующего теплового взрыва. Установлено, что в механически активированных образцах температуры инициирования теплового взрыва снижаются на сотни градусов. Определены режимы предварительной механической активации реакционных смесей и условия последующего теплового взрыва, позволяющие получать монофазные интерметаллиды Ti3Al и Ni3Al с нанометровым размером зерна.

Разработан низкотемпературный способ получения порошковых композитов системы Ti–TiC, с различным содержанием частиц керамической фазы субмикронных размеров. Укрупненные партии синтезированных композитов использовались для получения покрытий на стальных и титановых подложках методами электронно-лучевой наплавки и детонационно-газового напыления.

Механокомпозиты из нестехиометрических смесей системы Ti–C использовались для получения объемных образцов при совмещении химической реакции между титаном и углеродом в режиме теплового взрыва с методом SPS прессования. В результате этих экспериментов получены образцы диаметром 30 мм и толщиной 10 мм с плотностью 97%. и микротвердостью 4,8 – 5 ГПа.

В результате механической активации компонентов, используемых при СВС восстановлении SiO2 магнием, получен диоксид кремния, инкапсулированный магнием, что привело к снижению температуры начала химического взаимодействия, модифицированию условий протекания химических реакций, существенному изменению термических параметров синтеза и получению ультрадисперсного (~500 нм) и наноразмерного (~80 нм) кремния.

Получены высоконаполненные (содержание наполнителя 89-99 масс. %) и низконаполненные (0.01-10 масс. %) композиционные материалы (КМ) на основе биополимеров (коллагенов с различной молекулярной массой и хитозана) и нанодисперсного гидроксиапатита (ГАП) и изучены их прочностные свойства. Установлено, что прочность на сжатие КМ зависит от кристаллического состояния коллагена. КМ на основе водорастворимого аморфного коллагена обладают наибольшей прочностью (128 МПа при степени наполнения ГАП 91 масс. %). Открытая пористость полученных КМ составляет 20-30 %, что является важным фактором их использования в медицине в качестве «искусственных костей».

Методом механохимического синтеза получены наноразмерные порошки ГАП, в которых часть фосфатных групп замещена на силикатные. Разработан новый перспективный метод синтеза биокерамического материала силикокарнотита. Метод заключается в механохимическом синтезе наноразмерного кремний-замещенного ГАП с содержанием Si = 2 моль и дальнейшем его отжиге при температуре 1000 оС.

Разработаны новые методики и аппаратура для исследования структуры и морфологии наноматериалов с использованием синхротронного излучения (СИ). Расширена экспериментальная база на каналах синхротронного излучения ВЭПП-4, что позволило продвинуться в жесткую область спектра (до 100 кэВ). Это открывает новые возможности для исследования наноматериалав, находящихся в тяжелой матрице.