Текст книги "Всероссийский конкурс научно-исследовательских работ студентов и аспирантов в области химических наук и наук о материалах. Часть 1"

МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ПЛЕНКИ НА ОСНОВЕ ФАЗ SI-C-N, ПОЛУЧЕННЫЕ ИЗ БИС(ТРИМЕТИЛСИЛИЛ)ЭТИЛАМИНА

Ермакова Евгения Николаевна

Институт неорганической химии СО РАН

E-mail: [email protected]

Цель научной работы: разработка плазмохимического синтеза и исследование состава, химической структуры и функциональных свойств пленок карбонитрида кремния.

Методы исследований, использованные в работе:

➢ плазмостимулированное химическое осаждение пленок из газовой фазы PE CVD;

➢ эллипсометрия;

➢ ИК-спектроскопия;

➢ КР-спектроскопия;

➢ энергодисперсионная спектроскопия (ЭДС);

➢ спектрофотометрия;

➢ наноиндентирование.

Основные результаты научного исследования:

➢ Разработан метод синтеза пленок состава SiC_xN_y:H и SiC_xN_y c использованием бис(триметилсилил)этиламина.

➢ Методами ИК-, КР – спектроскопии и ЭДС изучены химическая структура и элементный состав полученных пленок. Установлены следующие закономерности. При увеличении температуры синтеза уменьшается содержание водородных связей: при низких температурах осаждения проявляется связывание Si-C, Si-N, Si-O, N-H, C-H, Si-CH₃, в то время как в высокотемпературных пленках преобладают связи Si-C. В зависимости от состава газовой смеси меняется содержание азота в составе пленок: введение аммиака приводит к увеличению содержания азота. Обнаружено наличие зерен графита в высокотемпературных пленках.

➢ Показано, что оптическая прозрачность, оптическая ширина запрещенной зоны и микротвердость материала чувствительны к наличию графита: происходит уменьшение этих параметров для пленок, в которых содержится дополнительная фаза углерода.

➢ Получены пленки состава SiC_xN_y:H с оптической прозрачностью до 95 % и пленки состава SiC_xN_y с микротвердостью до 21,5 ГПа.

ОСАЖДЕНИЕ ПОКРЫТИЙ КАРБИДОВ ТУГОПЛАВКИХ МЕТАЛЛОВ НА МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ И НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИЕ ПОДЛОЖКИ ИЗ ИОННЫХ РАСПЛАВОВ

Кучмезова Фатимат Юсуповна

Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М. Бербекова

E-mail: [email protected]

Цель научной работы: Электрохимическое получение покрытий карбидов тугоплавких металлов на металлические и неметаллические подложки из ионных расплавов.

Методы исследований, использованные в работе: вольтамперометрия, при различных скоростях поляризации (стационарный и нестационарный режим), потенциостатический и гальваностатически йэлектролиз, рентгенофазовый метод изучения фазового состава продуктов, рентгенофлуоресцентный элементный анализ, морфологический анализ с использованием микроскопа МЕТАМ РВ-21.

Основные результаты научного исследования:

1. Проведено электрохимическое получение покрытий карбидов тугоплавких металлов на никелевые и алмазные подложки из оксидновольфраматных расплавов.

2. Установлено влияние температуры и состава электролита на получаемые покрытия из карбидов вольфрама и молибдена.

ИССЛЕДОВАНИЕ ОБЪЕМНЫХ И ПОВЕРХНОСТНЫХ СВОЙСТВ РАСПЛАВОВ НА ОСНОВЕ ОКСИДА ВИСМУТА

Кучумова Оксана Валерьевна

Сибирский федеральный университет

E-mail: [email protected]

Цель научной работы: исследование объемных и поверхностных свойств расплавов Bi₂O₃ – TiO₂ и Bi₂O₃ – B₂O₃.

Методы исследований, использованные в работе: метод лежащей капли, низкочастотная вибрационная вискозиметрия, метод моста переменного тока.

Основные результаты научного исследования:

– измерена вязкость и электропроводность расплавов Bi₂O₃ – TiO₂ и Bi₂O₃ – B₂O₃ и найдена их зависимость от состава;

– изучено межфазное взаимодействие жидких Bi₂O₃ – TiO₂ и Bi₂O₃ – B₂O₃ с серебром, платиной и золотом. Показано, что при взаимодействии системы Bi₂O₃ – TiO₂ с Ag и Pt наблюдается полное смачивание твердых металлов расплавами. Жидкие образцы, содержащие 43,5; 50; 62,5 и 75 мол.% B₂O₃ полностью смачивают серебро, платину и золото. Рост содержания оксида бора в расплавах приводит к увеличению времени растекания. При контактном взаимодействии в системе (Bi₂O₃ – TiO₂)_ж – Au_тв отмечено формирование квазиравновесных краевых углов. Найдено, что повышение температуры приводит к растеканию жидких оксидов по твердым металлам.

РАВНОВЕСИЯ И КИНЕТИКА СОРБЦИИ КОМПЛЕКСОВ ПЛАТИНЫ (II, IV) И РОДИЯ (III) ПРИ СОВМЕСТНОМ ПРИСУТСТВИИ ИЗ ХЛОРИДНЫХ И СУЛЬФАТНО-ХЛОРИДНЫХ СИСТЕМ НЕКОТОРЫМИ АНИОНИТАМИ

Мельников Алексей Михайлович

Сибирский Федеральный Университет

E-mail: [email protected]

Цель научной работы: исследование ионообменных равновесий и кинетики совместного извлечения платины (II, IV) и родия (III) из свежеприготовленных и выдержанных хлоридных и сульфатно-хлоридных систем, а также изучение возможности их разделения и отделения от сопутствующих ионов никеля (II).

Методы исследований, использованные в работе: спектрофотометрия, ИКспектроскопия, Раман-спектроскопия.

Основные результаты научного исследования:

Изучено совместное сорбционное извлечение платины (II, IV) и родия (III) из свежеприготовленных и выдержанных хлоридных и сульфатно-хлоридных растворов в зависимости от исходных концентраций HCl и H₂SO₄. Выявлены хорошие сорбционные свойства исследуемых анионитов по отношению к платиновым металлам. Установлен смешанный механизм сорбции комплексов платины и родия на анионитах АМ-2Б и Purolite S 985, протекающий согласно анионообменному механизму и комплексообразованию, а также анионообменный механизм сорбции на анионите Purolite A 500. Показана высокая скорость протекания сорбционного процесса, которая несколько снижается при выдерживании растворов. Установлено, что кинетика сорбции является внутридиффузионной для всех исследуемых анионитов. Установлено, что для полного разделения ионов платины и родия и отделения их от ионов и никеля требуется использование комбинированных десорбентов: 2М раствор NH₄SCN и 0,5М раствор тиомочевины (Thio) в 2М H₂SO₄. На основании проведенного исследования аниониты Purolite A 500 и S 985, а также АМ-2Б можно рекомендовать для применения в усовершенствованных технологических схемах утилизации отработанных платинородиевых катализаторов.

РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ СИНТЕЗА ЭЛЕМЕНТООРГАНИЧЕСКИХ ПРЕКУРСОРОВ IV ГРУППЫ И ИХ ПРИМЕНЕНИЯ ДЛЯ СОЗДАНИЯ ЗАЩИТНЫХ ПОКРЫТИЙ

Левашов Андрей Сергеевич

Кубанский государственный университет

E-mail: [email protected]

Цель научной работы: разработка новых методов синтеза элементоорганических прекурсоров IV группы и создание на их основе новых, более эффективных защитных покрытий. Исследование факторов влияющих на изучаемые реакции и механизмов протекающих процессов.

Методы исследований, использованные в работе: УФ-, ИК– спектроскопия, ЯМР ¹Н, ¹³С, ²⁷Al, ²⁹Si, ¹¹⁹Sn спектроскопия, масс-спектроскопия, хромато-масс спектроскопия, вискозиметрия, титрование. Так же проводились исследования с использованием электронного микроскопа, атомно-силового микроскопа, адгезиметра и разрывной машины.

Основные результаты научного исследования:

Разработан более простой и экономичный способ нанесения пленок диоксида олова и оксида органоолова, позволяющих увеличить прочность стекол и сократить теплопотери за счет отражения ИК-излучения, изучены основные закономерности процесса, влияющие на свойства защитных пленок.

Разработан новый эффективный одностадийный способ синтеза три– и тетраорганилалкинилидов олова – прекурсоров тонких пленок оксида олова, исключающий применение труднодоступных металлоорганических соединений. Изучены основные факторы, влияющие на реакцию, и механизм процесса.

Проведено систематическое исследование влияние компонентов композитных материалов на их физико-химические характеристики, установлены основные закономерности влияния параметров наполнителя на свойства защитных покрытий, изучены условия модификации минеральных наполнителей органоалкоксисиланами.

В ходе проведенной научно исследовательской работы разработаны новые эффективные защитные покрытия барьерного типа, обеспечивающие высокую степень надежности и защиты от агрессивных сред, что подтверждено патентом РФ и актами о внедрении. Изучены их физико-химические характеристики, проведены натурные и климатические испытания.

Изучена реакционная способность три– и тетраорганилалкинилидов олова, показана возможность их использования для эффективного синтеза диарилацетиленов.

Разработанные защитные покрытия промышленно выпускаются и применяются на ряде объектов ОАО «Газпром», ЗАО «АБРАУ-ДЮРСО», ОАО «ЕвроХим» и т.д. На основе разработанной технологии получения пленок оксида олова в дальнейшем возможно создание энергосберегающих стекол, газовых сенсоров, OLED-источников освещения, гибридных органическо-неорганических материалов, в том числе новых более эффективных электролюминесцентных устройств.

СИНТЕЗ ПОЛИЯДЕРНЫХ НЕКОНДЕНСИРОВАННЫХ АЗОЛСОДЕРЖАЩИХ СИСТЕМ, КАК ПОТЕНЦИАЛЬНЫХ ВЫСОКОЭНЕРГОЕМКИХ МАТЕРИАЛОВ

Голобокова Татьяна Викторовна

Иркутский государственный университет

E-mail: [email protected]

Цель научной работы: разработка путей конструирования неконденсированных полиядерных систем, содержащих несколько ядер в виде 1,2,3-триазол-, 1,3,4-оксадиазол– и тетразольных гетероциклов, сочлененных различными мостиковыми фрагментами.

Методы исследования, использованные в работе: контроль за прохождением реакций и доказательств оструктуры синтезироанных веществ осуществлялся с помощью методов ИК-спектроскопии, ЯМР-спектроскопии и тонкослойной хроматографии на тонком слое пластинок Silufol и Alufol.

Основные результаты научного исследования:

1. Показана принципиальная возможность проведения реакции рециклизации тетразолов в 1,3,4-оксадиазолы при низких температурах под действием ангидрида трифторуксусной кислоты. Разработаны пути подхода к полиядерным 1,3,4-оксадиазолсодержащим соединениям реакцией хлорангидридов гетероциклических кислот с 5-змещенными тетразолами.

2. Реакцией цианурхлорида и его моно– и дихлорпроизводных с триазолами и тетразолами в присутствии оснований синтезированы полиядерные разветвленные блоки, содержащие несколько гетероциклов различной природы. Реакцией пропаргилирования 2,4,6-трихлор-1,3,5-триазина получены соответствующие пропаргил-производные триазина, которые в результате реакции окислительного сочетания образовывали полиацетиленовые структуры, несущие триазиновые циклы;

3. Взаимодействием азидов карбоновых кислот с аминами и спиртами гетероциклического ряда осуществлен синтез биядерных неконденсированных азолов, связанных карбамидными и уретановыми фрагментами. Реакция протекает через стадию промежуточного образования изоцианатов;

4. Реакцией циклоприсоединения органических и неорганических азидов к пропаргиловым эфирам, несущим нитрильную групп, осуществлен синтез полиядерных гетероциклических блоков, сшитых эфирными группировками.

СТРУКТУРА И СВОЙСТВА АЦЕТИЛЕНКАРБОКСИЛАТОВ МЕТАЛЛОВ И НАНОКОМПОЗИТОВ НА ИХ ОСНОВЕ

Шершнев Виталий Александрович

Институт проблем химической физики РАН

E-mail: [email protected]

Цель научной работы: фундаментальной задачей работы является исследование реакционной способности ацетиленовых карбоксилатов металлов в их радиационно или термически индуцированных твердофазных превращениях и выявление основных факторов и структурных критериев управления реакциями непредельных карбоксилатов в твердой фазе. Предполагается дальнейшая разработка методов синтеза, получение и характеристика неописанных в литературе мономеров – карбоксилатов металлов на основе ряда переходных металлов и ацетиленкарбоновых кислот. Будут выявлены специфическая роль металла, стерические условия и относительные расстояния между реакционными центрами, оказывающих существенное влияние на твердофазные превращения рассматриваемых металломономеров. Особое внимание будет уделено изучению кинетических закономерностей твердофазной полимеризации и структуре формирующихся металлополимеров с сопряженными связями в полиеновых цепях. Использование мономеров ацетиленового типа представляет интерес для создания нанокомпозитов с полисопряженной системой в структуре ядро-оболочка, что позволяет получать материалы с проводящими, магнитными свойствами.

Методы исследований, использованные в работе: ИК-, КР-спектроскопия, ДСК, ТГА, масс-спектрометрия, электронная сканирующая и просвечивающая микроскопия, методы магнитохимии.

Основные результаты научного исследования: разработаны методы синтеза металлосодержащих мономеров, полимеров и нанокомпозитов на основе ацетилендикарбоновой кислоты и ряда металлов. Различными методами исследована структура, свойства полученных мономеров, выявлены условия полимеризации, различными подходами получены и охарактеризованы полимеры, описана кинетика полимеризации в жидкой фазе. Получены и охарактеризованы нанокомпозиты на основе иследуемых металлосодержащих мономеров, исследованы их магнитные свойства.

АНИОННАЯ ПОЛИМЕРИЗАЦИЯ ε -КАПРОЛАКТАМА В ПРИСУТСТВИИ N-ЗАМЕЩЕННЫХ ЛАКТАМОВ В КАЧЕСТВЕ АКТИВАТОРОВ

Шарабанова Ирина Анатольевна

Казанский национальный исследовательский технологический университет

E-mail: [email protected]

Цель научной работы: установление влияния активаторов с разной молекулярной массой на свойства полиамидэфиров, полученных анионной полимеризацией с ε-капролактамом, а так же изучение механизма активации ε-капролактама N-замещенными лактамами в анионной полимеризации циклических лактамов.

Методы исследований, использованные в работе: дифференциально-сканирующая калориметрия, ЯМР ¹Н-спектроскопия, ИК– спектроскопия, термомеханический анализ, дифференциальный термический и термогравиметрический анализ, квантовые расчеты, жидкостная хроматография, элементный анализ, MALDI-TOF масс – спектроскопия. Основные результаты научного исследования:

– Был получен с подобранным активатором полиамидэфир, который обладает температурой стеклования -67ºС, относительным удлинением 560 % и водопоглощением 1%, в то время как промышленный поликапроамид имеет -30 ºС, 80 % и 6,4 % соответственно.

– Установлен механизм активации капролактамата натрия N-карбокс-амидами с помощью квантово-химического анализа, проходящий через стадии образования предреакционного комплекса, в котором происходит отрыв катиона натрия от катализатора, в переходное состояние, где данный катион координируется на кислороде карбонила мочевинной группы в активаторе и кислороде карбонильной группы катализатора. При этом происходит раскрытие лактамного цикла по связи N-CH₂.

ПОЛУЧЕНИЕ И ИССЛЕДОВАНИЕ ЦИНКОВЫХ КОМПЛЕКСОВ ЦЕФАЛОСПОРИНОВ

Маякова Мария Николаевна

Тверской государственный университет

За последнее время хорошо изучены методы получение цефалоспориновых антибиотиков и действия их на организм человека, в меньшей степени – их бионеорганические свойства.

Цель научной работы: получение и исследование твердых цинковых комплексов цефазолина и цефотаксима.

Методы исследований, используемые в работе: синхронный термический анализ, атомно-абсорбционная спектроскопия, ИК спектроскопия, компьютерное моделирование в программе ChemBioOffice Ultra v.12.0.2 с подключенной программой MOPAC 2009 (методы молекулярной динамики, молекулярной механики в силовом поле MMFF94 и квантовой механики полуэмпирический метод PM6), элементный анализ, комплексонометрическое титрование, метод диффузии в агар-агар на среде Muller-Hinton (определение антимикробной активности).

Основные результаты исследований:

Цинковые комплексы бета-лактамных антибиотиков цефазолина и цефотаксима выделены в твердом состоянии и исследованы с применением экспериментальных и теоретических методов. Установлен состав комплексов: [ZnClCzl]·H₂O и [ZnClCxm]·2H₂O, где Czl^– и Cxm^– – анионы цефазолина и цефотаксима, соответственно. Растворимость полученных соединений в воде составляет 0,33 г/100мл для [ZnClCzl]·H₂O и 0,46 г/100мл [ZnClCxm]·2H₂O. Определена структура и их антимикробная активность.

РАЗРАБОТКА МЕТОДА ТЕХНИЧЕСКОЙ НАНОДИАГНОСТИКИ КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ С ПОМОЩЬЮ СКАНИРУЮЩЕЙ ЗОНДОВОЙ МИКРОСКОПИИ

Погодаев Антон Васильевич

Дальневосточный федеральный университет

E-mail: [email protected]

Цель научной работы: разработка технической нанодиагностики конструкционных материалов.

Методы исследований, использованные в работе: метод атомно-силовой микроскопии.

Основные результаты научного исследования:

Установлено, что параметры структуры металла являются информативными диагностическими показателями, так как они определяют основные механические характеристики, влияющие на работоспособность сварных конструкций. Это требует разработки надежных методов и средств оценки структурных параметров, а также алгоритмов расчета показателей работоспособности в конкретных условиях эксплуатации на основе структурных моделей.

Разработана методика количественной параметризации микроструктуры металла на базе атомного силового микроскопа. Показано, что структура низкоуглеродистых феррито-перлитных сталей имеет несколько наиболее вероятных размеров зерна (мод). Моды наиболее вероятных размеров подчиняются геометрической прогрессии: d_i+n=qⁿd_i, где q=1,41 – коэффициент прогрессии.

Проведен выбор оборудования, приспособлений контрольно-измерительной аппаратуры для выполнения исследований на субмикро– и наноуровне

ИССЛЕДОВАНИЕ РЕАКЦИИ ДИЭТИЛ-2-ХЛОРМАЛОНАТА С ФТОРИДОМ КАЛИЯ В АПРОТОННЫХ РАСТВОРИТЕЛЯХ

Самбуева Оюна Борисовна

Институт оптики атмосферы им. В.Е. Зуева СО РАН

E-mail: [email protected]

Цель научной работы: исследование реакции диэтил-2-хлормалоната с фторидом калия в апротонных растворителях и разработка нового метода синтеза диэтил-2-фтормалоната, применяемого в качестве билдинг-блока для получения биологически активных фторсодержащих соединений.

Методы исследований, использованные в работе: хромато-массспектрометрия, тонкослойная хроматография.

Основные результаты научного исследования:

Исследована реакция диэтил-2-хлормалоната с фторидом калия в апротонных растворителях как перспективный метод получения диэтил-2фтормалоната. Установлены закономерности протекания реакции. Изучено влияние условий реакции на состав продуктов. С помощью квантовохимических методов рассчитан энергетический барьер реакции в зависимости от диэлектрической проницаемости растворителя. Установлено, что введение катализатора 18-краун-6 в систему повышает содержание диэтил-2фтормалоната до 50 %. Определены оптимальные условия проведения процесса. На основе полученных данных разработана методика синтеза диэтил-2-фтормалоната и получена пробная партия экспериментальных образцов.

ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ СОСТАВА ГАЗОВОЙ ФАЗЫ В СИСТЕМЕ ТЛЕЮЩЕГО РАЗРЯДА С ЭЛЕКТРОЛИТНЫМ КАТОДОМ

Сироткин Николай Александрович

Институт химии растворов им. Г.А. Крестова Российской академии наук

E-mail: [email protected]

Цель научной работы: определение состава газовой фазы над поверхностью электролитного катода при зажигании электрического разряда.

Методы исследований, использованные в работе: расчет зависимостей концентраций частиц от времени численным методом Рунге-Кутта 4-5 порядков. Основные результаты научного исследования:

➢ Разработана методика численного расчета, позволяющая определить состав газовой фазы над поверхностью электролитного катода в тлеющем разряде и найти временные зависимости значений концентрации многих частиц, среди которых ионы, радикалы, атомарные и многоатомные частицы.

➢ Представленные результаты численного анализа состава газовой фазы вблизи жидкого электролитного катода показали, что основные химические процессы происходят в первые 30 мс после зажигания разряда.

➢ Высокая окислительная способность газового разряда объясняется достаточно высокой концентрацией таких окислительных частиц, как OH, HO₂, H₂O₂, а также O и O₃.

БИОРЕЗОРБИРУЕМЫЕ МАТЕРИАЛЫ НА ОСНОВЕ ОРТОФОСФАТОВ КАЛЬЦИЯ И ЖЕЛАТИНА

Солоненко Анна Петровна

Омский государственный университет им. Ф.М. Достоевского

E-mail: [email protected]

Цель научной работы – исследование возможности модифицирования состава и свойств ортофосфатов кальция (гидроксилапатита и брушита) путем осаждения в присутствии желатина.

Методы исследований, использованные в работе. РФА («D8 Advance», Bruker); ИК-Фурье-спектроскопия (таблетки с KBr; «ФТ-801», СИМЕКС); атомно-эмиссионный анализ с индуктивно-связанной плазмой (оптикоэмиссионный спектрометр с индуктивно-связанной плазмой «710-ES», Varian); дисперсионный анализ («SALD-2101», Shimadzu); анализ удельной поверхности (по методу БЭТ; «Сорбтометр», ИК СО РАН); оптическая микроскопия (микросокоп «МБР-1», ЛОМО); термогравиметрический анализ («STA-449C Jupiter», Netzsch); гравиметрия (муфельная печь «LOIP LF-7/13-G2», ЛОИП; аналитические весы «VIBRA HT», Shinko Denshi); рН-метрия («рН-150МИ», ИТ); фотометрический анализ; комплексонометрия.

Основные результаты научного исследования (научные, практические). По результатам экспериментов и физико-химических исследований установлено, что в результате кристаллизации из водно-желатинового раствора возможно получение органо-минеральных композитов состава гидроксилапатит / брушит – желатин. При этом фазовый состав образцов, а также количество включенной органической составляющей, определяются значением рН системы и не зависят от содержания желатина в среде кристаллизации. Композит с наибольшим количеством желатина получен в системе Ca(NO₃)₂ – (NH₄)₂HPO₄ – желатин – H₂O (Са/Р = 1.70) при рН = 9.00.

Показано, что введение в систему белка приводит к смене механизма зарождения твердой фазы с гомогенного (в водном растворе) на гетерогенный (в водно-желатиновом растворе), при котором зарождение новой фазы инициируется активными центрами, входящими в состав органических молекул. Установлено, что синтетические композиты гидроксилапатит / брушит – желатин характеризуются большей растворимостью (биоактивностью) по сравнению с чистыми ортофосфатами кальция того же стехиометрического состава. Перешедшие в жидкую среду в процессе растворения ионы Са²⁺ и Н₂РО₄^-/НРО₄^2-/РО₄^3– in vivo снова вовлекаются в процессы фазообразования, выступая в качестве строительных компонентов вновь формирующихся малорастворимых соединений.

Полученные в ходе работы результаты могут быть использованы при дальнейшей разработке биоматериалов с улучшенными свойствами. Предложенные композиции перспективны для применения в тканевой инженерии и ортопедии.