Доклады Российской академии наук. Химия, науки о материалах

В данной работе впервые рассмотрены явления образования частиц NHC–R и NHC=O, индуцированное медью, в реакционной системе арилирования анилина по Чану–Эвансу–Ламу. Рассмотренные сочетания между карбеном NHC и остатками арилбороновой кислоты были продемонстрированы с использованием 5-ти различных арилбороновых кислот и трех комплексов Cu/NHC. Также показано, что образование азолона NHC=O происходит за счет переноса кислорода из атмосферы с помощью меди на карбеновый центр NHC. Комплексом экспериментальных физико-химических методов анализа, а также с помощью методов квантовой химии впервые показано, что путь деградации комплексов Cu/NHC через образование частиц NHC–R контролируется кинетически, а через образование NHC=O – термодинамически, что вносит значительный вклад в понимание наблюдаемых явлений.

Методами термогравиметрического неизотермического анализа впервые исследована кинетика сорбции кислорода оксидами Y_0.8Ca_0.2BaCo_4–xFe_xO_7+δ, (x = 0, 1) на воздухе. Значения энергии активации получены с использованием безмодельных методов Фридмана, Старинка и Вязовкина. Для определения кинетической функции, описывающей механизм процесса, использован обобщенный графический анализ и метод Коутса–Редферна. В оксидах Y_0.8Ca_0.2BaCo₄O_7+δ и Y_0.8Ca_0.2BaCo₃FeO_7+δ, значения энергии активации и частотного фактора составляют 189 и 197 кДж моль^–1 и 4.7 × 10¹³ и 2.3 × 10¹⁴ мин^–1 соответственно. Показано, что процесс кислородной сорбции лимитируется случайным образованием и ростом зародышей окисленной фазы в структурных слоях типа кагоме.

Титан и его сплавы обладают рядом уникальных свойств, таких как высокая удельная прочность, устойчивость к коррозии, нетоксичность и биосовместимость с тканями человека. Благодаря этим свойствам они широко используются для создания протезов суставов человеческого тела. В данной работе исследуются слитки сплавов Ti–38Zr–9Nb (ат. %) и полученные из них пластины. Особое внимание уделяется однородности химического состава, микроструктуре, фазовому составу и механическим свойствам. Полученные слитки подходят для дальнейшей обработки давлением. Гомогенизирующий отжиг при температуре 1000°С в течение двух часов разрушает дендритную структуру сплава. После гомогенизирующего отжига α′-фаза полностью растворяется в β-фазе, которая является основной для использования сплава в имплантах. Микроструктура пластины однородна и состоит из полиэдрических β-зерен. Размер зерен после прокатки составляет примерно 100 мкм. Рентгенофазовый анализ показал, что сплав состоит из метастабильного β-Ti, стабилизированного Nb и Zr. Сплав Ti–38Zr–9Nb обладает механическими свойствами, близкими к свойствам человеческой кости, а именно низким модулем упругости, высокой прочностью и пластичностью, которые делают его перспективным материалом для применения в медицинских целях.

В статье предложен новый подход для повышения прочности льда, заключающийся в формировании ледяных нанокомпозитов простым замораживанием аэрогелей из нано/микрофибриллярной целлюлозы, предварительно наполненных водой. Предложенное решение позволяет устранить основной недостаток льда – хрупкость, ограничивающую его использование в качестве строительного материала, основы дорог и переправ в зимнее время в труднодоступных северных регионах с продолжительной зимой. В настоящее время укрепление достигается за счет введения различных добавок – опилок, полимеров, бумаги, кремнезема, базальтовых волокон. Однако формирование таких ледяных композитов является трудоемким процессом, так как часто проводится последовательным намораживанием ряда слоев, в которых макродисперсии оседают, плохо смачиваются, что приводит к формированию механически менее прочных гетерогенных структур. Предложенный подход отличается простотой, так как заключается в одностадийном заполнении пор водой в легко смачиваемой гидрофильной аэрогельной матрице, образованной из однородной трехмерной сетки многочисленных нано/микрофибрилл. целлюлозы. Аэрогели характеризуются небольшим удельным весом (0.1–0.001 г см^–3) и большим объемом (до 99 об. %) взаимосвязанных пор. Установлено, что механические свойства нанокомпозитов на участке упругой деформации определяются льдом. Упрочнение льда аэрогелями обусловлено изменением механизма разрушения от хрупкого к пластичному. В отличие от льда, раскалывание которого на части происходит через хрупкое растрескивание по сформировавшимся макротрещинам, в ледяных нанокомпозитах образуются микротрещины, развитию которых препятствует трехмерная сетчатая структура из нано/микрофибриллярной целлюлозы. Постепенно нарастающее их число приводит к локальным растрескиваниям, а после достижения критического уровня к разрушению материала.

Впервые установлен максимальный синергетический эффект снижения горючести эпоксидной смолы по кислородному индексу с использованием нестехиометрической смеси меламина и гидрофосфата аммония. Синергетика смеси обусловлена образованием термостойких керамоподобных структур в результате термодеструкции компонентов. В настоящей работе впервые установлен эффект увеличения стойкости до (80 ± 10)% к импульсным нагрузкам с последующим быстрым разрушением (реологический взрыв) для полимерного композита на основе отвержденной эпоксидной смолы с 20%-м содержанием фосфор-азотсодержащих антипиренов (P,N-антипиренов) за счет введения 0.5–1.5% наночастиц органобентонита. Впервые зафиксировано, что импульсы электрического тока, возникающие при сверхбыстром разрушении композита без наночастиц органобентонита, отличаются по частотным характеристикам от композита с введенными наночастицами органобентонита. Для композита без наночастиц органобентонита фиксируется одна полоса радиочастотного излучения с максимумом при 2.4 МГц, а для композита с введенными наночастицами органобентонита – полосы радиочастотного излучения с максимумами при 2.4, 20.9 и 25.3 МГц. Предложен вероятный механизм наблюдаемого эффекта.