Российский химический журнал

ИССЛЕДОВАНИЯ ВЫСОКОНАПОЛНЕННЫХ КОМПОЗИЦИЙ НА ОСНОВЕ ПОЛИФЕНИ-ЛЕНСУЛЬФИДА

А. В. Саморядов, В. В. Битт, Е. В. Калугина, Ю. Г. Паршиков — Пн, 15 апр 2024 16:55:40 +0300

В статье представлены результаты исследований по установлению зависимостей термических, физико-механических и технологических свойств высоконаполненных полифениленсульфидов в зависимости от вводимых в стеклонаполненный полифениленсульфид порошкообразных минеральных наполнителей, отличающихся химической природой. Показано, что наполнение стеклонаполненного полифениленсульфида порошкообразными наполнителями не влияет на уровень электрофизических свойств, но заметно сказывается на физико-механических и технологических характеристиках высоконаполненных материалов.

ВЛИЯНИЕ МИКРООРГАНИЗМОВ НА ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТЬ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ В ЭКСТРЕМАЛЬНЫХ УСЛОВИЯХ

И. Г. Калинина, С. А. Семенов, В. Б. Иванов — Пн, 15 апр 2024 17:02:47 +0300

Установлено, что изменение электропроводности изоляции из материалов различной химической природы и физической структуры (поливинилхлоридного пластиката и лакоткани) при кратковременном воздействии плесневого гриба имеет S-образный характер. Однозначная корреляция периода индукции, стадии быстрого увеличения и времени достижения квазистационарного уровня электропроводности с периодом индукции, стадией быстрого роста, временем достижения предельного количества биомассы на поверхности материала обусловлена сорбцией изоляцией продуктов метаболизма плесневого гриба. Изменение электропроводности при небольших временах воздействия микроорганизмов (~ 1 месяц) обратимо. Удаление микроорганизмов с поверхности приводит к снижению электропроводности до первоначального уровня. При более длительном их воздействии (~ 1 год) изменение электропроводности может стать необратимым в результате биохимического разложения компонентов изоляции, в частности – диалкилфталатов – пластификаторов поливинилхлорида. Особенности процессов изменения электропроводности обусловлены продолжительностью развития микроорганизмов, природой материалов и их компонентов. Развитие микроорганизмов зависит, прежде всего, от температурно-влажностных условий. Для материалов с высоким водопоглощением (лакоткань) наиболее важным внешним фактором является температура, а с низким водопоглощением (поливинилхлорид) – относительная влажность воздуха.

ФОТОХРОМНЫЕ ГИБРИДНЫЕ ХРОМЕНЫ С ОБРАТИМОЙ МОДУЛЯЦИЕЙ ФЛУОРЕС-ЦЕНЦИИ НА ОСНОВЕ КИСЛОРОДСОДЕРЖАЩИХ ГЕТЕРОЦИКЛОВ

А. М. Горелик, О. В. Венидиктова, А. О. Айт — Пн, 15 апр 2024 17:11:46 +0300

Исследована реакцuя бензокумарина, содержащего свободную гидроксильную группу, который является бензологом хорошо известного люминофора – бета-4-метилумбелиферона с 1,1-дифенил-2-пропин-1-олом в результате которой сuнтезuровано новое гибридное соединение, обладающее одновременно фотохромными u люмuнесцентными свойствами. Структура полученного соединения включает два аннелированных фрагмента – фотохромный нафтопирановый и флуоресцирующий кумариновый. Линейный бензокумарин, как исходное соединение для получения фотохрома, образуется в условиях реакции Пехмана при взаимодействии 2,7-дигидроксинафталина с ацетоуксусным эфиром в растворе 80% серной кислоты наряду с еще двумя сопродуктами – ангулярными бензохромоном и бензокумарином. Каждый из продуктов выделен как индивидуальное соединение методом колоночной хроматографии. Выделение продуктов стало возможным лишь после получения их гексиловых эфиров при обработке смеси продуктов иодистым гексилом, хроматографической очисткой полученных эфиров с последующим деалкилированием каждого плавом смеси хлористого натрия и хлористого алюминия. Вторая стадия заключалась во взаимодействии гидроксибензокумарина и пропинола в дихлорэтане в присутствии пиридиний трифторметансулфоната в качестве катализатора и триметилортоформиата в качестве дегидратирующего агента. Такие структуры обладают свойствами, позволяющими влиять на флуоресценцию посредством фотохромных превращений в молекуле. Подобная фотоиндуцированная модуляция флуоресценции могла бы привести к созданию оптических переключателей с высокой светочувствительностью. Модуляцию интенсивности флуоресценции можно объяснить, как фотоиндуцированным изменением концентрации флуоресцирующих молекул, так и фотоиндуцированным индуктивно-резонансным переносом энергий возбуждения от флуоресцирующих исходных молекул к фотоиндуцированным молекулам.

МЕТОДЫ УСИЛЕНИЯ ФЕМТОСЕКУНДНЫХ ЛАЗЕРНЫХ ИМПУЛЬСОВ

Б. Ю. Паршиков, Н. В. Прудников, Е. А. Леонова, Н. А. Соловьев — Пн, 15 апр 2024 20:53:07 +0300

В статье приведены методы усиления фемтосекундных лазерных импульсов. Представлена схема установки усиления чирпированных импульсов и устройство на основе решеток, использование которого позволяет усиливать чирпированный импульс с полным коэффициентом усиления, достигающим 10¹¹. Описана типичная блок-схема усилителя чирпированных импульсов для получения мощных фемтосекундных импульсов. Использование усилительной системы, состоящей из многопроходового усилителя и каскадов усиления с прогрессивным увеличением диаметра лазерного пучка, позволяет увеличить энергию импульса в 10⁸-10⁹ раз, избегая повреждения усилительных элементов. Метод усиления чирпированных импульсов требует использования дифракционных решеток с размерами, близкими к 1 м, для усиления импульсов до энергий в десятки Дж. В частности, отмечается использование гигантских лазерных установок, основой которых были усилительные каскады, содержащие пластины неодимового стекла. Рассмотрен параметрический метод усиления фемтомекундных импульсов. Обсуждены преимущества и недостатки параметрического усиления. Представлена общая блок-схема установки для получения фемтосекундных импульсов петаваттного уровня путем параметрического усиления. Принцип параметрического усиления используется не только для получения сверхвысоких мощностей и интенсивностей, но и для достижения высоких значений других параметров.

ИНДУЦИРУЕМАЯ ЛАЗЕРНЫМ ИЗЛУЧЕНИЕМ СТАЦИОНАРНАЯ СВЧ ПЛАЗМА НА ПО-ВЕРХНОСТИ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫХ КЕРАМИК

Е. И. Мезенин, В. А. Степанов — Пн, 15 апр 2024 21:01:46 +0300

Исследовали одновременное лазерное и плазменное воздействие на материалы, при которых происходит синтез и сплавление высокотемпературных оксидных фаз, а также формируется сплошная бездефектная поверхность. Первичное инициирование плазмы в результате пробоя воздуха достигается специальной конфигурацией составного СВЧ-вибратора, в который входят четверть- и полуволновые антенны. С помощью полуволнового вибратора можно локализовывать зону плазменной обработки керамики. Тип керамики, примесный состав и состояние ее поверхности оказывают влияние на характер поверхностного плазменного разряда. Плазма на поверхности высокотемпературных оксидных керамик может быть инициирована за счет антенного эффекта области лазерного облучения, когда нагретый диэлектрик является ионным проводником и частью СВЧ-вибратора. Показана возможность инициирования плазмы в условиях СВЧ воздействия на облучаемую лазером поверхность керамических материалов. В условиях лазерного (длина волны 10,6 мкм) плавления и кристаллизации цирконата кальция и кальций-стабилизированного оксида циркония развитая микроструктура керамики исчезает и образуется гладкая без макроскопических дефектов поверхность при дополнительном воздействии СВЧ (2,45 ГГц) плазмы.

ОСОБЕННОСТИ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ТОНКИХ МНОГОСЛОЙНЫХ ВЫСОКОТЕМПЕ-РАТУРНЫХ ГАЛЬВАНИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ В ЭКСТРЕМАЛЬНЫХ УСЛОВИЯХ

В. Ю. Баринов, В. В. Просянюк, Н. В. Прудников, И. С. Суворов, Т. Г. Акопджанян — Пн, 15 апр 2024 21:14:29 +0300

Резервные источники тока в виде батарей высокотемпературных гальванических элементов (ВГЭ), электроды которых выполнены из разнородных малогазовых энергетических конденсированных систем (ЭКС), широко применяют для задействования и питания приборов и устройств различного назначения в экстремальных условиях. Продукты сгорания ВГЭ сохраняют исходные размеры и форму, выполняют функции электродов и электролита. ВГЭ могут быть миниатюрными, адаптированы под конкретные геометрические формы оборудования, их можно устанавливать в любом удобном для потребителя месте. Результаты исследований безгазового горения тонких многослойных ВГЭ с легкоплавким инертным компонентом (электролитом) представляют теоретический и практический интерес для высокотемпературной электрохимии и получения слоевых композиционных материалов различного назначения методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС). Прямое преобразование химической энергии ЭКС в электрическую энергию в режиме горения является новым направлением высокотемпературной электрохимии.

ЗАКОНОМЕРНОСТИ ПОЛУЧЕНИЯ ЭЛЕКТРОХРОМНЫХ ПЛЕНОК WO3 ПРИ КАТОДНОЙ ПОЛЯРИЗАЦИИ ЭЛЕКТРОДА

А. В. Щегольков, А. В. Щегольков, М. С. Липкин, Ф. Ф. Комаров, И. Д. Парфимович — Пн, 15 апр 2024 21:25:27 +0300

В статье получены электрохромные пленки WO₃ из 25, 100 и 200 мМоль раствора пероксивольфрамовой кислоты (ПВК). Представлена хроноамперограмма катодного восстановления оксида вольфрама (WO₃) через стадии образования адсорбированной на поверхности ITO-электрода пленки-прекурсора и ее последующем стадийным восстановлением до WO₃ и побочным образованием растворимых продуктов реакции. Выход по веществу пленки WO₃ на ITO-стекло находился в пределах 50%, что обусловлено параллельным протеканием побочных процессов, связанных с выделением водорода и восстановления вольфрамокоплексов, которые находились в растворе осаждения (схема восстановления WO₃). При этом учитывалось, что конечным продуктом являлись тонкие пленки WO₃. Исследованы особенности синтеза пероксивольфрамовой кислоты. Показано, что реакция растворения W в 37% H₂O₂ протекает экзотермически. При этом температура реакции достигала 96 °С в течение нескольких секунд, а ее спад изменялся по экспоненциальной зависимости с образованием продуктов реакции. Получена зависимость величины предельного тока от квадратного корня. Представленная графическая зависимость характеризуется линейностью, при этом начало прямой не совпадает с началом координат. Процесс интеркаляции-деинтеркаляции протонов (H⁺) (катодные-анодные ветви ЦВА) являлся следствием структурных и обратимых изменений в результате интеркалирования H⁺. Полученные электрохимическим (катодным) осаждением пленки WO₃ могут быть рекомендованы в качестве электродного материала для электрохромромных устройств (катод) и материала для электрохимических датчиков. Также перспективным направлением является разработка анода с широкой запрещенной зоной проводимости на основе WO₃ для устройств фотовольтаики, которые являются энергоэффективными системами генерации водорода.

ПРИМЕНЕНИЕ КАРДОВЫХ АРОМАТИЧЕСКИХ ПРОСТЫХ ПОЛИЭФИРОВ ДЛЯ СОЗДАНИЯ КОНЦЕНТРАТОРНЫХ КРЕМНИЕВЫХ СОЛНЕЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ

А. Б. Чеботарева, Т. Н. Кост, В. В. Шапошникова, С. Н. Салазкин, А. Н. Лачинов — Пн, 15 апр 2024 21:34:22 +0300

Работа посвящена применению кардовых ароматических простых полиэфиров – полиариленэфиркетонов - для создания токособирающей системы концентраторных двусторонних кремниевых солнечных элементов. Для создания концентраторных солнечных элементов использовались наиболее перспективные для этой цели структуры с гетеропереходами кристаллический кремний/аморфный кремний, покрытые антиотражающим проводящим покрытием из оксида индия и олова. Такие структуры широко используются в промышленном производстве и позволяют получить высокоэффективные солнечные элементы. Однако, стандартная токособирающая система, применяемая на производстве, не позволяет использовать данный тип элементов в концентраторных приложениях (при степени концентрации солнечного излучения более 2 Солнц) из-за падения эффективности. В наших исследованиях проволочная контактная система прикреплялась к поверхностям, покрытым проводящим оксидом индия и олова, с помощью адгезива из полиариленэфиркетона с кардовыми флуореновыми группами при температуре максимальной деформации полимера. Были исследованы термомеханические, электрические, оптические и адгезионные свойства полимеров в зависимости от концентрации кардовых групп. Особенностью данных полимеров является способность формировать токосъемный контакт проволока-полимер-прозрачный проводящий оксид, обладающий низким удельным контактным сопротивлением, менее 2 мОм·см². Пленки исследуемых кардовых ароматических простых полиэфиров также являются оптически прозрачными в диапазоне спектральной чувствительности кремниевого солнечного элемента и могут обеспечить хорошую адгезию медной луженой проволоки к поверхности оксида. Были изготовлены двусторонние солнечные элементы с КПД 20.2-20.7% (18.9-19.6%) с лицевой (тыльной) стороны в диапазоне освещенности С=1-5 Солнц, и с КПД 19.7-20.7% (18.4-19.4%) с рабочим диапазоном концентраций С=1-8 Солнц.

ЭЛЕКТРОННО-МИКРОСКОПИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ МАТЕРИАЛОВ С ЗАДАННЫМ КОМПЛЕКСОМ СВОЙСТВ

О. Н. Карандаева, Н. К. Смеянова, К. С. Павлов, С. Г. Туровский, А. В. Шевченко — Пн, 15 апр 2024 22:50:52 +0300

Рассмотрены вопросы практического применения сканирующей электронной микроскопии для исследования специальных материалов с заданным комплексом свойств. Проведен дисперсионный и элементный анализ порошковых материалов неорганических люминофоров на основе оксисульфида иттрия, обладающих фотостимулируемой модуляцией люминесценции. Гистограммы численного распределения частиц по фракциям и результаты статистического распределения дисперсионного анализа показали, что предоставленные порошки НЛ полидисперсные, размер частиц варьируется от 1 до 20 мкм. Однако, образцы П-2 и П-3 имеют бимодальное распределение. Используя режим картирования элементного состава, выявлена определенная зависимость интенсивности рассеяния элементов шихты от размеров частиц. Контроль в поверхностном слое Yb, Er, Ti, Ca позволяет формировать оптимальное сочетание специальных спектрально-кинетических характеристик в НЛ на основе Y₂O₅S при изменении их концентрации в составе шихты. Использование установки ионной резки SEMPrep2 впервые позволило получить точные прецизионные срезы под углами 30, 45, 90 ° и изучить внутреннюю фибриллярно-пористую структуру полимерных волокон и мембраны, окрашенных методом крейзинга, а также особенности размещения пигментов в виде микрокристаллов и микрокапсул в крейзованных материалах. Показаны особенности применения методов СЭМ и РСМА для исследования специального триплекса из осветленного стекла с металлической полосой. Регистрация спектра рентгеновского излучения и определение элементного состава стекол триплекса выявили превышение весового соотношения элементов К, Mg, Al, Sn. Металлическая полоса для обогрева триплекса содержит In. Триплекс из химически упрочненного стекла применяется при производстве стеклоизделий, в которых недопустимо ухудшение оптических свойств стекла при высоких нагрузках.

ВЛИЯНИЕ ОБРАБОТКИ АРАМИДНОГО ВОЛОКНА НАНОТРУБКАМИ НА ПРОЧНОСТЬ ПРИ СДВИГЕ НА ГРАНИЦЕ МАТРИЦА/ВОЛОКНО

М. С. Шебанов, В. Г. Бова, Л. Б. Шиянова, В. Б. Иванов — Пн, 15 апр 2024 22:58:57 +0300

Определены прочности комплексной нити и единичных филаментов сополимерного арамидного волокна марки Русар С производства АО НПП “Термотекс” (Россия, Московская область) и изготовленного с его использованием микропластика на основе эпоксидной смолы марки КДА. Установлено, что обработка поверхности волокна в процессе его формирования суспензией многослойных углеродных нанотрубок производства ООО “Нанотехцентр” (Россия, г. Тамбов,) приводит к увеличению прочности нити, определяемой при зажимной длине 70 мм, на 4.4%. Увеличение прочности микропластика в тех же условиях составило 8.2%. Оцениваемое на основании анализа зависимости прочности единичного филамента от зажимной длины значение критической длины волокна после обработки нанотрубками уменьшилось с 0.59 до 0.43 мм, а прочность увеличилась на 28%, с 4.98 до 6.38 ГПа. Это приводит к возрастанию предела прочности при сдвиге матрицы на границе с арамидным волокном на 67.7%, с 72.8 до 122 МПа Полученные результаты свидетельствуют о возможности значительного повышения прочности композиционного материала при использовании арамидного волокна, модифицированного многослойными нанотрубками. Отмечено, что корректное применение соотношений, связывающих пределы прочности при растяжении комплексной нити и изготовленного из нее микропластика возможно только в том случае, когда допустима аппроксимация экспериментальных данных распределением Вейбулла-Гнеденко. Гипотеза согласия экспериментальных данных для арамидных волокон, обработанных нанотрубками, с распределением Вейбулла-Гнеденко была проверена методами непараметрической статистики. Методом электронной микроскопии установлено, что поверхность волокна после обработки нанотрубками становится более шероховатой, что должно приводить к усилению адгезионного взаимодействия с матрицей.

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ, МОДЕЛИ И РАСЧЕТЫ СОСТАВОВ ДИСПЕРСНО-НАПОЛНЕННЫХ ПОЛИМЕРОВ С РАЗНЫМИ ТИПАМИ СТРУКТУР И СВОЙСТВАМИ

И. Д. Симонов-Емельянов, К. И. Харламова — Пн, 15 апр 2024 23:05:30 +0300

Впервые представлены теоретические основы построения структуры дисперсно-наполненных полимерных композиционных материалов (ДНПКМ) с позиций совместного рассмотрения модельных представлений Шкловского-Де Жена о формировании в пространстве структуры дисперсных наполнителей и, предложенной нами, обобщенной модели, включающей создание свободного пространства, его заполнение полимерной матрицей (связующее) и ее функционального деления на три составляющие – φ_п = Θ + В +М (Θ – доля полимерной фазы-матрицы для формирования прослойки между частицами наполнителя; В – доля полимерной фазы-матрицы при максимальной упаковке дисперсной фазы; М – доля полимерной фазы-матрицы в граничных слоях). Установлены корреляционные зависимости между параметрами гетерогенности в пространстве (параметры решеток - Z и k_уп) и обобщенным параметром Θ, проведена классификация всех ДНПКМ по структурному принципу [тип структуры: РС – разбавленные, ННС – низко-наполненные, СНС – средне-наполненные (СНС-1 и СНС-2) и ВНС – высоконаполненные дисперсные системы]. Для описания структуры ДНПКМ предложены обобщенные (Θ, В, М) и приведенные параметры (Θ/В и Θ/S_н). Разработаны экспериментальные методики определения основного параметра дисперсного наполнителя для построения структур ДНПКМ - максимальная упаковка (k_уп) и максимальное содержание дисперсных наполнителей (параметр φ_m) разных размеров. Показано, что построение всех возможных типов структур и составов ДНПКМ следует начинать с ВНС при содержании дисперсного наполнителя равного φ_m (фиксированная начальная точка), подобно построению ступенчатой ПИРАМИДЫ ЧИЧЕН ИЦА с вершиной - ВНС, основанием – полимерная матрица (ПМ) и со ступеньками – разные типы структур (СНС-2, СНС-1, ННС и РС). Установлены зависимости физико-химических, реологических, физико-механических, электрофизических, теплофизических характеристик ДНПКМ от обобщенных и приведенных параметров, а также от параметров решеток Z и k_уп дисперсного наполнителя и показано, что тип структуры и ее параметры определяют свойства ДНПКМ. Полученные зависимости впервые позволили провести сравнение между собой характеристик ДНПКМ с одинаковыми типами структур, а не при постоянном значении содержания дисперсной фазы (φ_н = Const), что не корректно. Эта концепция положена в основу создания высокотехнологичных, высокопрочных, теплопроводных и теплоизоляционных, а также электропроводящих и т.д. ДНПКМ. Новые теоретические положения можно распространить на построение структур композиционных материалов на основе металлической и керамической матриц.

ПРИМЕНЕНИЕ НАНОМАТЕРИАЛОВ В ПРОИЗВОДСТВЕ МНОГОСЛОЙНЫХ ЭЛЕКТРО-ПРОВОДЯЩИХ И ТЕПЛОСТОЙКИХ ПОЛИМЕРНЫХ ТРУБ

А. Е. Зверев, А. В. Марков, Е. В. Калугина, В. В. Битт — Пн, 15 апр 2024 00:00:00 +0300

Известно, что для защиты кабельных линий используют кабель-каналы, зачастую представляющие собой многослойные полимерные трубы. С учетом того, что кабели в процессе эксплуатации нагреваются, важными критериями надежности кабельного канала, является повышенная термостойкость и трудногорючесть - для внутреннего слоя трубы. Даже самая надежная система не может полностью ликвидировать возможность повреждения кабеля вплоть до короткого замыкания в линии. В случае обрыва кабеля на стенке полимерной трубы будут расположены оголенные провода. В этом случае поиск места обрыва кабеля через стенку трубы, традиционно изготовленной из ПЭВП - диэлектрика, крайне затруднен. При выборе кабель-канала специальной конструкции изготовленной из специальных электропроводных полимерных композиционных материалов (ПКМ), даже в случае повреждения проводящей линии можно будет не только избежать дальнейших разрушений, но и определить место пробоя. В ассортименте «Группа ПОЛИПЛАСТИК» есть принципиально новые технические, технологические и конструктивные решения токопоисковых труб для кабел каналов. Прокладка кабеля в трубах ЭЛЕКТРОПАЙ ОС РС ОМП позволяет определить место пробоя кабеля с точностью до 12 м. В работе проведено сравнительное исследование многослойных полимерных труб серии ЭЛЕКТРОПАЙП РС, ЭЛЕКТРОПАЙП ОС РС с внутренним трудногорючим слоем и ЭЛЕКТРОПАЙП ОС РС ОМП с внутренним электропроводящим слоем на основе специальной трудногорючей композиции и концентрата углеродных нанотрубок (КУНТ). Содержание КУНТ 5-10 масс.%. Все испытания проводили на реальных образцах трубы. Были исследованы физико-механические (предел прочности при растяжении, модуль упругости и относительное удлинение) и электрофизические характеристики (сопротивление изоляции), а также стойкость к воздействию пламени (воздействие раскаленной проволокой, тест на горючесть по методике ПАО «РОССЕТИ»).

ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА ИМПОРТОЗАМЕЩАЮЩЕЙ ХИМИЧЕСКОЙ ПРОДУКЦИИ ИЗ ТОЛУОЛА

Е. В. Траханова, М. Ю. Князев, А. В. Артемов, М. В. Дюбанов — Пн, 15 апр 2024 23:25:19 +0300

Приведен экокомический анализ получения бензилхлорида в России и показана перспективность создания его производства. На основе бензилхлорида предложена структура «бензилового кластера», обеспечивающая отрасли промышленности России необходимой малотоннажной продукцией переработки толуола. Описан основной метод получения бензилхлорида – жидкофазное радикально-цепное хлорирование толуола и влияние основных технологических параметров на ход процесса. Предложена новая конструкция реактора-хлоратора для хлорирования толуола и каскада реакторов хлорирования толуола. С использованием новой конструкции реактора-хлоратора предложена принципиальная технологическая схема жидкофазного радикально-цепного хлорирования толуола.