Vol 97, No 2 (2024)

В обзоре обсуждается современное состояние исследований функционально-градиентных материалов. Приведена классификация функционально-градиентных материалов по составу компонентов, по направлению и уровню изменения градиента, по форме частиц наполнителя, по степени непрерывности состава или структуры. Выбор метода получения функционально-градиентного материала зависит от природы материала, исходного агрегатного состояния компонентов, величины градиента (в объеме или тонких пленках). Функционально-градиентные полимерные материалы могут быть получены последовательным отверждением полимерных смесей и взаимопроникающих сеток, диффузией мономера в недоотвержденную полимерную матрицу либо расслоением смесей ограниченно-совместимых олигомеров или полимеров. Рассмотрены функционально-градиентные композиционные материалы, в которых градиент состава формируется за счет распределения наполнителя, в основном дисперсного, что позволяет добиться сочетания характеристик жесткости и ударной прочности. Отдельное внимание уделено аддитивным технологиям, преимуществом которых перед другими методами является возможность формирования изделия по заранее заданной компьютерной модели и управления составом материала по траектории любой формы. Ограничением применения аддитивных методов для создания градиентных материалов является ограниченные возможности компьютерных программ и отсутствие методических рекомендаций по совместимости используемых материалов. Рассмотрены методы исследования градиентных материалов, применяемые для изучения и визуализации распределения состава образцов. Показана необходимость введения дополнительных этапов пробоподготовки в методики изучения физико-химических свойств градиентных материалов по сравнению со стандартными методиками. Методики также должны быть адаптированы с учетом градиентного изменения свойств по объему материала. Рассмотрены особенности применения таких материалов, как градиентные пены, покрытия, клеи, оптические материалы, композиты, показаны их преимущества перед материалами постоянного состава и структуры. Отмечена перспективность использования градиентных материалов в конструкциях для аккумулирования энергии, в которых использование градиента позволяет улучшить электрохимические характеристики аккумуляторов, а также решить задачи снижения механических напряжений, стабилизации структуры, увеличения срока службы.

Изучен плазмохимический процесс получения водорода из пропана под действием лазерного излучения. Исследование проведено с использованием фемтосекундного (35 фс) и наносекундного (7 нс) импульсных источников лазерного излучения. Построены экспериментальные зависимости объемного содержания водорода на выходе из реактора в зависимости от скорости подачи пропана. Предложены уравнения, описывающие количество получаемого водорода с учетом скорости подачи пропана и эффекта его смешения с образующимся водородом. Полученные уравнения могут быть применены к плазмохимическому разложению других углеводородов. В рамках проведенного исследования они позволили рассчитать максимально возможную эффективность получения водорода при данных характеристиках лазерного излучения. Даны рекомендации по изменению параметров лазерного излучения с целью повышения эффективности плазмохимического получения водорода.

Синтезированы сорбенты со структурой двойной сетки на основе координационно сшитого альгината кальция и химически сшитого полиакриламида. Координационное сшивание полисахаридных цепей проводили в ходе ионного обмена в фазе гидратированного геля или лиофильно-высушенного криогеля. Гидрофильность полученных сорбентов характеризовали величиной степени набухания в воде. Показано, что лиофилизация приводит к уменьшению гидрофильности материалов со структурой двойной сетки. Установлено, что сорбционная способность синтезированных сорбентов по отношению к ионам Pb²⁺ зависит от плотности химической сетки полиакриламида и распределения сшивок координационной сетки альгината кальция.

Изучены структура и свойства клеящих фенолоформальдегидных смол, синтезированных при снижении содержания NaOH в реакционной смеси относительно нормы, установленной для рецептуры производства смолы марки СФЖ-3014. Методом спектроскопии ЯМР ¹³C установлено, что смолы с высоким (мольное соотношение фенол:NaOH = 1:>0.50), средним [мольное соотношение фенол:NaOH = 1:(0.26–0.50)] и низким (мольное соотношение фенол:NaOH = 1:<0.26) содержанием NaOH в реакционной смеси различаются по строению фенолоформальдегидных олигомеров. Для реакционной смеси с высоким содержанием NaOH характерна высокая скорость образования фенолоспиртов и средняя скорость поликонденсации, что приводит к образованию олигомеров, состоящих преимущественно из трех остатков фенола. Для реакционной смеси со средним содержанием NaOH характерна средняя скорость образования фенолоспиртов и высокая скорость поликонденсации, что приводит к получению олигомеров, состоящих преимущественно из четырех остатков фенола. Для реакционной смеси с низким содержанием NaOH характерна низкая скорость образования фенолоспиртов и низкая скорость поликонденсации, что приводит к образованию олигомеров, состоящих преимущественно из двух остатков фенола. Смолы, синтезированные при высоком содержании NaOH в реакционной смеси, отличаются невысоким содержанием свободного формальдегида и средней реакционной способностью; фанера и древесностружечные плиты на основе таких смол характеризуются средними физико-механическими показателями. Смолы, синтезированные при среднем содержании NaOH в реакционной смеси, отличаются высокой реакционной способностью и повышенным содержанием формальдегида; фанера и древесностружечные плиты на основе таких смол характеризуются высокими физико-механическими показателями. Смолы с низким содержанием NaOH в реакционной смеси отличаются высоким содержанием свободного формальдегида и низкой реакционной способностью; фанера и древесностружечные плиты на основе таких смол не соответствуют требованиям стандартов по физико-механическим показателям.

Синтезирован палладиевый катализатор корочкового типа с иcпользованием в качестве носителя гидротермально модифицированного гранулированного оксида алюминия. Катализатор охарактеризован следующими методами: механическая прочность гранул на раздавливание, низкотемпературная адсорбция–десорбция азота, атомно-эмиссионная спектроскопия, конфокальная лазерная сканирующая микроскопия, энергодисперсионная спектроскопия, термопрограммируемое восстановление водородом. Проведена оценка активности катализатора в реакциях гидрирования двойной связи моноолефинов (этилен, гексен-1, α-метилстирол) в интервале температур 28–270°С, гидрирования ароматического кольца (α-метилстирол) в интервале температур 170–270°С, дегидратации третичного спирта (трет-бутанол) в интервале температур 100–200°С. Установлено наличие у катализатора бифункциональной активности: гидрирующей и дегидратирующей.

Проведено математическое моделирование и оптимизация технологического процесса электрохимического осаждения тонких пленок Sb₂S₃ гальваностатическим методом в различных условиях на никелевых электродах. На основании изучения влияния различных факторов (концентрация исходных компонентов, температура, плотность тока и т. д.) выбраны оптимальный режим электролиза и состав электролита для процесса совместного осаждения. Проведен статистический анализ полученного уравнения регрессии, вычислена средняя ошибка аппроксимации, оценено среднеквадратичное отклонение. Для оценки построенного уравнения множественной регрессии вычислен критерий Фишера и оценены коэффициенты регрессии. Полученное уравнение регрессии определяет содержание электролита и условия электролиза, позволяющие осаждать сплав Sb–S, содержащий в составе необходимое количество Sb. Математические расчеты были выполнены в программном пакете с использованием специально разработанного для этого процесса программного обеспечения.