Тема: Разработка эффективных функциональных материалов для электромагнитных устройств на базе гибридных полимерных композитов с наноуглеродными включениями

Соглашение от 28 ноября 2014 г. № 14.577.21.0141
в рамках федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014-2020 годы»

Научный руководитель: д.х.н. Плетнев М.А.

Соисполнитель: Институт ядерных проблем Белорусского государственного университета

Цели и задачи проекта

Цель - создание эффективных функциональных материалов для электромагнитных устройств на базе гибридных полимерных композитов с наноуглеродными включениями,  исследования их электрических, электромагнитных, механических и тепловых свойств, что позволит установить оптимальные условия получения композитных материалов, демонстрирующих корреляцию и/или одновременное улучшение физических характеристик.

Ожидаемые результаты проекта

• Экспериментальные данные в микроволновом частотном диапазоне (26-37 ГГц) и в низкочастотной области (20Гц - 1 МГц), и сравнительный анализ электромагнитного отклика полимерных композитов с различными формами углерода в качестве наполнителя.
• Теория, описывающая формирование электромагнитного отклика многостеночныхнанотрубок как конечной, так и бесконечной длины в микроволновой области частот.
• Впервые будет сформирована база данных электрических, электромагнитных, механических и термогравиметрических свойств полимерных композитов с наноуглеродными включениями.
• Будут теоретически обоснованы и экспериментально определены предельные концентрации наноуглеродных наполнителей в полимерных композитах, не приводящие к деградации механических и тепловых свойств  композитных материалов.

Перспективы практического использования

Полимерные композиты на основе различных форм наноуглерода, благодаря их уникальным свойствам -(i) непрозрачные для микроволнового излучения, (ii) хорошо проводящие, (iii) ультратонкие и гибкие - могут широко использоваться при производстве материалов для электромагнитных приложений. Предполагается применение их в производстве электродов для светоизлучающих устройств, а также  солнечных батарей, активного слоя электролюминесцентных дисплеев, материалов для контроля электростатического разряда и антистатических покрытий, эффективных экранов электромагнитного излучения. На основе результатов проекта  индустриальным партнером  предполагается разработка технологии производства материалов для электромагнитных приложений, таких как материалы для контроля электростатического разряда и антистатических покрытий, эффективных экранов электромагнитного излучения.

E-mail:pletnev@istu.ru.

Тема: Модификация композиционных материалов строительного назначения на основе портландцемента и сульфатов кальция комплексными нанодисперсными системами с применением многослойных углеродных нанотрубок и нанодисперсных минеральных добавок

Научный руководитель: д.т.н., профессор Яковлев Г.И.

Цели и задачи проекта

Цель - повышение физико-технических свойств композиционных материалов строительного назначения за счет модификации структуры вяжущих матриц введением в их состав комплексных нанодисперсных систем на основе многослойных углеродных нанотрубок и нанодисперсных минеральных добавок (микрокремнезем и метакаолин).

Полученные результаты проекта

• Получены модифицированные традиционные строительные композиционные материалы на принципах структурной организации вяжущих матриц при направленной кристаллизации новообразований под влиянием комплексных нанодисперсных систем, включая цементные бетоны повышенной прочности, морозостойкости и водонепроницаемости;
• Получены силикатные бетоны ячеистой структуры пониженной теплопроводности с одновременным повышением показателей прочности изделий на их основе;
• Разработаны гипсовые композиции с улучшенными физико-техническими характеристиками;
• Проведена опытная апробация силикатного покрытия повышеннойдолговечности с эффектом поглощения техногенного электромагнитного излучения на заводе по производству керамического кирпича.

Перспективы практического использования

Применение при производстве строительных материалов и изделий комплексных нанодисперсных систем в качестве модифицирующих добавок позволит повысить их прочность на 35-40 %, улучшить морозостойкость изделий на 4-5 ступеней до марки по морозосойкостиF400, повысить трещиностойкость модифицированных строительных материалов, что, в конечном итоге, приведет к существенному повышению долговечности композиционных строительных материалов и к снижению материалоемкости в строительной индустрии. Результаты использованы для разработки новых и модификации структуры и свойств традиционных композиционных материалов и изделий на основе:

• цементного бетона, гипсового и ангидритового вяжущих;
• улучшения физико-технических показателей газосиликатных блоков;
• отделки фасадов зданий, окраски поверхности керамического кирпича для улучшения внешнего вида и создания электромагнитного экрана;
• в других отраслях строительной индустрии, включая жилищное, гражданское и промышленное строительство.

E-mail:gyakov@istu.ru.

Тема: Разработка научных основ получения комплексных жидких наномодификаторов на основе металл/углеродных нанокомпозитов и их функционализированных аналогов, содержащих фосфор, азот, серу или йод, для модификации сверхмалыми количествами полимерных композиций с целью придания им заданных свойств

Научный руководитель: д.х.н., профессор Кодолов В.И.

Соисполнитель: УдНЦ УрО РАН, Научно-инновационный центр АО «Ижевский электромеханический завод «КУПОЛ».

Цели и задачи проекта

Цели:

1. Создание теории редокс синтеза функционализированных металл/углеродных нанокомпозитов в нанореакторах полимерных матриц. Разработка способов получения металл/углеродных нанокомпозитов, содержащих фосфор, азот, серу или йод, без выделения избыточной энергии и без загрязнений окружающей среды.

2. Создание теории формирования жидких наномодификаторов в виде тонкодисперсных суспензий или золей на основе разработанных функционализированных нанокомпозитов и жидких составляющих полимерных композиций. Разработка способов и приемов получения жидких наномодификаторов при ультразвуковой обработке на заключительной стадии.

3. Совместно с заинтересованными организациями и предприятиями разработка способов модификации сверхмалыми количествами разработанных нанокомпозитов полимерных материалов с помощью жидких наномодификаторов.

Результаты проекта

• Электронное строение полученных впервые методом механохимической интеркаляции металл/углеродныхна нокомпозитов, содержащих такие элементы, как азот, кремний, фосфор, серу или йод, охарактеризовано с помощью метода рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии.
• Установлено изменение электронного строения металл/углеродного нанокомпозита в зависимости от природы содержащих указанные элементы реагентов.
•  Установлено, что металл/углеродные нанокомпозиты представляют собой кластеры металлов, защищенные 3-4 слоями углеродных волокон, образованных полиацетиленовыми и карбиновыми фрагментами, которые содержат неспаренные электроны.
• Впервые установлено, что соответствующий редокс процесс начинается уже при механическом перетирании реагентов с металл/углеродным нанокомпозитом (МУНК).
• Впервые кулонометрическим методом определена антиоксидантная активность медь- и никель/углеродных нанокомпозитов и их фосфор- и кремнийсодержащих аналогов.
• Отмечена высокая антиоксидантная активность кремнийсодержащих металл/углеродных нанокомпозитов.
• Впервые получены выпускные формы нанокомпозитов с полимерными оболочками на основе таких полярных полимеров, как полиэтиленгликоль (ПЭГ), подивиниловый спирт (ПВС), поликарбоновые кислоты, поликарбонат.
• На основании результатов проведенных исследований наноструктурированных полимеров, тонкодисперсных суспензий, металл/углеродных нанокомпозитов и их функционализированных аналогов предложен механизм модификации полимеров сверхмалыми количествами нанокомпозитов, который подтвержден и обоснован основными принципами мезоскопической физики.
• Впервые получен результат, подтверждающий усиление поляризующего действия сверхмалых количеств МУНК при использовании поликарбоната (ПК).

Перспективы практического использования

Полученные научные результаты предполагается использовать для развития научных основ получения нанокомпозитов и нанопродуктов в виде выпускной формы (концентратов и тонкодисперсных суспензий), а также для модификации сверхмалыми количествами полимерных композиций. Результаты исследований предполагается ввести в учебные дисциплины магистерской программы «Строительные материалы, в том числе наноматериаловедение», в соответствующие рабочие учебные программы по направлению бакалавриата «Химия, физика и механика материалов», соответствующие учебные пособия и учебно-методические разработки

E-mail:vkodol.av@mail.ru.