К 95 летию Института

 

 

 Министерство образования и науки Российской Федерации

Государственная корпорация по атомной энергии «Росатом»

Российский Фонд Фундаментальных Исследований

Федеральное государственное унитарное предприятие

«Ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательский физико-химический институт

имени Л.Я. Карпова»

Общероссийская детская общественная организация

«Малая Академия Наук – «Интеллект будущего»»

 

 

 

ВСЕРОССИЙСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ И ШКОЛА

для молодых учёных и специалистов «Функциональные полимерные и композитные материалы и изделия для промышленности и атомной техники: достижения, проблемы, перспективы применения»

 

(г. Москва - Бекасово, 15 – 18 октября 2013 г.)

 

 

СБОРНИК ТЕЗИСОВ

 

 

Москва - Бекасово 2013

УДК 378.241; 378.046.4

ББК

 

Печатается по решению Учёного совета Федерального государственного унитарного предприятия «Ордена Трудового Красного Знамени Научно-исследовательский физико-химический институт имени Л.Я. Карпова».

Всероссийская конференция и школа для молодых учёных и специалистов «Функциональные полимерные и композитные материалы и изделия для промышленности и атомной техники: достижения, проблемы, перспективы применения» (Москва - Бекасово, 15 - 18 октября 2013 г.). 

Всероссийская конференция и школа для молодых учёных и специалистов «Функциональные полимерные и композитные материалы и изделия для промышленности и атомной техники: достижения, проблемы, перспективы применения» проводится при поддержке Государственной корпорации по атомной энергии «РОСАТОМ» (приказ от 26.03.2013 г. № 1/318-П, пункт 101), Российского фонда фундаментальных исследований (проект № 13-03-06081).

В сборнике тезисов Всероссийской конференции и школы для молодых учёных и специалистов «Функциональные полимерные и композитные материалы и изделия для промышленности и атомной техники: достижения, проблемы, перспективы применения» представлены сообщения участников, отобранные Организационным и Программным комитетом, тематика которых соответствует исследованиям, проводимым в ФГУП «НИФХИ им. Л.Я. Карпова».

Все работы публикуются в авторской редакции. Авторы тезисов несут ответственность за подбор, точность приведённых экспериментальных результатов, статистических данных и иных сведений. Тезисы в сборнике расположены в алфавитном порядке по фамилии первого автора.

Редакционная коллегия сборника тезисов Всероссийской конференции и школы для молодых учёных и специалистов «Функциональные полимерные и композитные материалы и изделия для промышленности и атомной техники: достижения, проблемы, перспективы применения»:

Куляпин В.П. – председатель, члены комиссии:

Лакеев С.Г., Смолянский А.С., Ляшко Л.Ю,

 

ISBN

© Федеральное государственное унитарное предприятие «Ордена Трудового Красного Знамени Научно-исследовательский физико-химический институт имени Л.Я. Карпова», 2010

 

 

 

СОДЕРЖАНИЕ

 

Авторы, наименование доклада

Страница

1.

Бояков Е.Е., Ревина А.А.

Применение родиевых нанокомпозитов в реакциях изотопного обмена водорода

6

2.

Гареев А.Р., Колесников С.А., Маянов Е.П., Пылаев А.Е.

Разработка технологии опытного производства объёмно-армированных углеродных полимерных композиционных материалов

7

3.

Голосов О.А., Николкин В.Н., Старицын С.В.,

Бахтина Е.А., Бедин В.В.

Коррозионные испытания неосушенного ОЯТ АМБ

8

4.

Дзябченко А.В.

От атомов и молекул к наноматериалам: численное конструирование кристаллических веществ

9

5.

Дзябченко А В., Сташ А.И., Серов С.А.

Модели электростатического потенциала молекул для предсказания кристаллических структур

10

6.

Желтова А.В., Иким М.И., Корнейчук С.А., Смолянский А.С.

Исследование озоностойкости ядерных микрофильтров на основе полиэтилентерефталатной плёнки

11

7.

Иким М.И., Потапова Г.Ф., Смолянский А.С.

Имитационное моделирование совместного действия озона и электрохимической обработки на процессы окислительной деструкции, сорбции и разложения органических и неорганических микро-загрязнений в природных и сточных водах

13

8.

Исакова А.Г., Базлов Д.А., Цивов А.В., Орлов В.Ю.

Формирование функциональных групп на поверхности  углеродных нанотрубок

14

9.

Кирпиков Д.А., Цапко Ю.В., Костин М.М., БуряковТ.И., Фильчаков И.Ф., Амосов А.А., Орлов С.Н.

Разработка методов контроля состава олигофенилметил-силоксановых жидкостей для атомной техники

15

10.

Осадчая Т.Ю., Федорова А.А.

Кинетические параметры жидкофазной гидрогенизации  4-нитротолуола при атмосферном давлении  водорода

16

11.

Островский В.

Физические основы трансформации мира и ФФО-ФХО гипотеза образования Солнечной Системы

17

12.

Островский В.Е., Кадышевич Е.А.

Гидратная гипотеза происхождения жизни

Life origination hydrate hypothesis, LOH-hypothesis

20

13.

Рындя С.М., Гусев А.С., Каргин Н.И., Павлова Е.П., Султанов А.О.

Спектры ИК-поглощения тонких плёнок карбида кремния, осаждённых методом лазерной абляции

25

14.

Трахтенберг Л.И.

Химические сенсоры на основе поликристаллических плёнок смешанных наноструктурированных металлоксидов

26


ПРИМЕНЕНИЕ РОДИЕВЫХ НАНОКОМПОЗИТОВ В РЕАКЦИЯХ ИЗОТОПНОГО ОБМЕНА ВОДОРОДА

 

Бояков Е.Е.1,2, Ревина А.А.1,2

1ИФХЭ им. А.Н. Фрумкина РАН, Москва

2РХТУ им. Д.И. Менделеева, Москва

zhenya88_06@inbox.ru, Alex_revina@mail.ru

 

За XX век потребление энергии в мире выросло, более чем в 15 раз, и будет расти дальше. Одним из наиболее обоснованных выходов из данной ситуации является использование атомной энергии, получаемой в результате деления ядер урана. При правильной безаварийной работе атомная электростанция может снабжать энергией огромный город при минимальном загрязнении окружающей среды. Одной загрузки ядерного топлива хватает на несколько лет эксплуатации. Тяжеловодные реакторы, в которых в качестве замедлителя нейтронов используется тяжелая вода, могут работать на уране природного изотопного состава, что выгодно с экономической точки зрения, так как дорогостоящий и трудоемкий процесс обогащения не требуется.

В последнее время в средствах массовой информации все чаще сообщается о достижениях научного прогресса в области применения водорода. Водородная энергетика является одним из основных направлений развития устойчивых экологически чистых открытых энергетических систем в мире, так как водород в чистом виде, а также в сочетании с некоторыми другими видами топлив наиболее эффективно преобразуется в энергию.

Водород рассматривается как энергоноситель, который вполне может заменить существующие природные энергоносители (нефть, природный газ, уголь). Основной предпосылкой этого являются практически неограниченные запасы водорода в природе в виде воды. Кроме того, при сгорании водорода образуются пары воды и таким образом поддерживается природный кругооборот, что создает условия для поддержания окружающей природной среды в сбалансированном состоянии. В этом заключаются уникальные, не имеющие альтернативы свойства водорода.

Естественно при «освоении» водорода, в качестве энергоносителя, возникает ряд проблем, одна из которых его хранение и использование в сжиженном состоянии [1]. Превращение нормального водорода в пара-водород связано с выделением большого количества тепла, превышающего теплоту испарения, и, следовательно, приводит к дополнительному расходу холода и энергии на его получение. Так как в отсутствие катализатора орто - пара конверсия протекает достаточно медленно, и так как она сопровождается выделением тепла, примерно равного при низкой температуре теплоте испарения, то стремятся проводить каталитическое конвертирование водорода в процессе получения.

Другим огромным пластом в использовании водорода являются процессы, включающие стадию его взаимодействия с  активным компонентом катализаторов. К таким процессам относятся в частности многочисленные реакции гидрирования, дегидрирования, гидрогенизации, конверсии, синтез аммиака, синтез Фишер-Тропша и многие другие.

В настоящей работе представлены результаты изучения физико-химических свойств наночастиц родия, полученных в обратно мицеллярных растворах (0,15 М АОТ/изооктан). Восстановление ионов родия и формирование НЧ проводилось химическим способом [2]. Получены данные по оптическим характеристикам (электронного плазмонного резонанса и люминесценции) синтезированных НЧ родия. Выявлена зависимость влияния концентрации компонент обратно мицеллярных растворов  на изменение оптических свойств и размеров НЧ. С использованием метода АСМ определены размеры наночастиц родия. На основе полученных наночастиц были изготовлены родиевые композиты на носителе Al2O3 «Трилистник». Для определения активной поверхности образцов катализаторов была измерена адсорбция водорода при Т= -196оС. Изучено влияние процесса пробоподготовки на каталитическую активность.

 

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

 

1 Гельперин И.М., Ильинский А.А., Алмазов О.А., Адугин И.А. // Жидкий водород. – М.: Химия, 1980. – 227 с

2 Ревина А.А. // Препарат наноразмерных частиц металлов и способ его получения: Патент РФ № 2312741. (Chem). Бюл. № 35. Дата публикации 20.12.2007

 

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ОПЫТНОГО ПРОИЗВОДСТВА ОБЪЁМНО-АРМИРОВАННЫХ УГЛЕРОДНЫХ ПОЛИМЕРНЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ

 

Гареев А.Р., Колесников С.А., Маянов Е.П., Пылаев А.Е.

ОАО «НИИграфит», Москва

gareyev@niigrafit.org

 

В настоящее время в рамках исполнения контракта в Лаборатории полимерных композиционных материалов ОАО «НИИграфит» (далее - Лаборатория) осваивается технология получения объёмно-армированных углепластиков методом вакуумной пропитки в жёсткую оснастку.

Учитывая перекрещивающуюся ортогональную структуру армирующего углеродного каркаса и наличие закрытых полостей, на этапе освоения технологии из группы RTM (Resin transfer molding) были рассмотрены 3 вида технологий:

- инфузия (вакуумная пропитка с эластичным пуансоном);

- VA RTM (вакуумная пропитка в жёсткую оснастку);

- RTM (пропитка под давлением в жёсткую оснастку).

Для варьирования длительности режимов процесса пропитки и регулирования скорости подачи связующего изготовлена опытная пропиточная камера. За основной метод пропитки принят VA RTM - вакуумная пропитка в жёсткую оснастку, с возможностью  дополнения силовым режимом, создаваемым за счёт избыточного давления после завершения подачи связующего.

В качестве экспериментальных изготовлено семь заготовок из углепластика, по итогам подобраны низковязкие связующие, отработаны режимы пропитки и оптимальная геометрия образцов для проведения физико-механических испытаний.

На основании полученного опыта изготовлено 16 штатных заготовок для последующей механической обработки в конечные изделия.

В настоящее время получены следующие характеристики материала:

- открытая пористость - менее 3% (объёмн.);

- плотность – от 1,37 до 1,42 г/см3;

- δв.р  - до 640 МПа;

- δв.с  - до 440 МПа;

- E1  - до 34 ГПа;

- коэффициент реализации прочности Kδ - до 0,6;

- предельные габаритные размеры заготовки углепластика: высота 780 мм; ширина 220 мм; длина 220 мм.

Запланировано проведение экспериментов, направленных на повышение степени реализации прочности за счёт перехода на термопластичные связующие.

В настоящее время подана заявка на патентование, ведется разработка технической документации.

 

КОРРОЗИОННЫЕ ИСПЫТАНИЯ НЕОСУШЕННОГО оят амб

 

Голосов О.А., Николкин В.Н., Старицын С.В.,

Бахтина Е.А., Бедин В.В.  

ОАО «Институт реакторных материалов», Заречный, Свердловская область, irm@irmatom.ru  

 

Значительная часть ОТВС (~36 %) реакторов АМБ-100 и АМБ-200 первой очереди Белоярской АЭС хранится в двух приреакторных бассейнах выдержки в кассетах К-17у из углеродистой стали 10. В результате длительного (более 40 лет) хранения в воде БВ и низкой коррозионной стойкости стали 10 чехловые трубы кассет К-17у и ОЯТ АМБ, хранящееся в них, имеют коррозионные повреждения.

В настоящее время все кассеты К-17у, содержащие ОТВС, перегружены из воды БВ в чехлы РТ5019 из нержавеющей стали 12Х18Н10Т. При проведении операций перегрузки не производилось ни осушения кассет, ни слива воды из её чехловых труб.

Таким образом, хранение кассет К-17у с ОТВС в чехлах РТ5019 можно охарактеризовать как хранение во влажных условиях. Транспортировка кассет К-17у с ОТВС АМБ на радиохимическую переработку на ПО «МАЯК» предполагается в неосушенном виде в специально разработанном транспортном упаковочном комплекте ТУК-84/1. Для обеспечения безопасности транспортировки ОЯТ АМБ в ТУК-84/1 необходимы данные по кинетике изменения параметров газовой среды (давления, температуры, влажности и состава) в течение длительного периода времени, включающего все стадии транспортно-технологических операций с ОЯТ АМБ.

В свете этого в герметичном чехле Р643-Л2 проведены два натурных эксперимента с двумя кассетами К-17у, содержащими ОТВС.

Приведены кинетические зависимости изменения температуры, влажности, давления и состава газовой среды внутри чехла Р643-Л2 с кассетами К-17у, содержащей ОТВС АМБ.

Проведён сравнительный анализ коррозионных процессов, протекающих в ОТВС с  различными типами топливной композиции.

 

ОТ АТОМОВ И МОЛЕКУЛ К НАНОМАТЕРИАЛАМ: ЧИСЛЕННОЕ КОНСТРУИРОВАНИЕ КРИСТАЛЛИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ

 

Дзябченко А.В.

ФГУП «НИФХИ им. Л.Я. Карпова», Москва

adz@cc.nifhi.ac.ru

 

В создании новых материалов с особыми функциональными свойствами всё больший вес и значение приобретают компьютерные технологии конструирования структуры и физико-химических свойств размерных систем на основе молекул, включая полимеры, наноразмерные кластеры и конденсированные фазы объёмного вещества. Эти технологии базируются на методах теоретического расчёта электронной структуры и равновесной конфигурации молекулярных систем, но также используют такие вспомогательные средства как программы интерактивной молекулярной графики и электронные банки экспериментальных геометрических структурных данных молекул и кристаллов. Так, поисковые и графические средства Кембриджского банка структурных данных (CSD) позволяют анализировать массивы информации банка для выявления характерных геометрических закономерностей строения молекул, а также различных надмолекулярных конструкций: ассоциатов молекул в виде димеров и кластеров, бесконечных цепей, колонок и каналов пустот, двумерных слоев и, наконец, трёхмерных сеток специфических межмолекулярных контактов (например, водородных связей). Особенности архитектуры кристалла, способные быть причиной тех или иных функциональных свойств, могут быть заложены в теоретической модели нового или модифицируемого материала. Дальнейшие шаги к твёрдому материалу состоят в рассмотрении всевозможных способов взаимного расположения надмолекулярных конструкций в качестве стартовых моделей кристалла (для последующей оптимизации их параметров минимизацией энергии).

В докладе освещаются методология, основные возможности, текущее состояние и перспективы развития разработанного в ФГУП «НИФХИ им. Л.Я. Карпова» комплекса программ предсказания структуры и физических свойств органических молекулярных кристаллов. Представлены примеры предсказанных кристаллических структур, нашедших экспериментальное подтверждение. В их числе, - кристаллические упаковки одной линейной и двух слоистых (тетрагональной и гексагональной) полимерных форм фуллерена C60, полимеризованного нагревом в твёрдой фазе при высоком давлении. Рассмотрен пример полимера C70, кристаллическая структура и условия синтеза которого были предсказаны незадолго до того как этот продукт был действительно получен реакцией топохимического превращения под давлением в монокристалле мономера.

Работа выполнена в рамках проекта РФФИ 11-03-00870.

 

МОДЕЛИ ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОГО ПОТЕНЦИАЛА МОЛЕКУЛ ДЛЯ ПРЕДСКАЗАНИЯ КРИСТАЛЛИЧЕСКИХ СТРУКТУР

 

Дзябченко А В., Сташ А.И., Серов С.А.

ФГУП «НИФХИ им. Л.Я. Карпова», Москва

adz@cc.nifhi.ac.ru

 

Полуэмпирические методы предсказания структуры органических кристаллических и полимерных материалов, а также биологических молекулярных систем, наряду с энергией сил сцепления ван-дер-Ваальса, вычисляемой с эмпирическими парными атом-атомными потенциалами (ААП), предполагают учёт сил Кулона, действующих между молекулами, и/или конформационно подвижными частями одной молекулы. Для этого используют приближённые модели, полученные аппроксимацией квантово-механического электростатического потенциала молекулы (МЭП) аналитическим потенциалом точечных зарядов и/или мультиполей [1].

В докладе проводится сравнение альтернативных моделей МЭП фуллерена С60 и ряда ароматических аза-гетероциклов. Распределения МЭП, рассчитанные ab initio методом Хартри-Фока со стандартным базисом атомных орбиталей гауссова типа 6-31G(d,p), аппроксимировали методом наименьших квадратов моделями точечных зарядов. Последние включали как обычные модели атомных зарядов, так и более сложные модели, в которых присутствуют заряды, не связанные ни с одним из атомов. Также рассматривались модели атомных мультиполей типа «заряд + диполь + квадруполь». Показано, что модели атомных зарядов аппроксимируют МЭП наихудшим образом по сравнению с остальными моделями, а наиболее точными являются мультипольные модели.

Расчёты равновесных кристаллических структур [2] с применением альтернативных моделей зарядов показали, что при достаточной точности аппроксимации (среднеквадратичная ошибка σ < 1%) характеристики равновесных структур различаются незначительно даже если модели внешне не имеют между собой ничего общего. Показателен пример тетразина, где 8-центровая модель атомных зарядов (σ =20%), а также 12-центровая модель с «неподеленными парами электронов» при атомах азота (σ=2%) дают совсем неверную упаковку молекул в минимуме энергии, тогда как в случае 16-центровой модели с «расщеплёнными парами электронов» (σ =1%) расчётная упаковка совпадает с экспериментальной.

Работа выполнялась в рамках проекта РФФИ 11-03-00870.

 

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

 

1 Дзябченко А.В. // Мультипольная аппроксимация электростатического потенциала молекул // Ж. физической химии. – 2008. – Т. 82. – С. 875 – 884

2 Дзябченко А.В. // От молекулы к твёрдому телу: предсказание структур органических кристаллов // Ж. физической химии. – 2008. – Т. 82. – С. 1861 – 1870

 

ИССЛЕДОВАНИЕ ОЗОНОСТОЙКОСТИ ЯДЕРНЫХ МИКРОФИЛЬТРОВ НА ОСНОВЕ ПОЛИЭТИЛЕНТЕРЕФТАЛАТНОЙ ПЛЁНКИ

 

Желтова А.В.1, Иким М.И.2, Корнейчук С.А.3, Смолянский А.С.4

1СУНЦ МГУ имени М.В. Ломоносова, Москва; 2НИЯУ МИФИ, Москва;

3ООО «СМА», Сколково, Москва; 4ФГУП «НИФХИ им. Л.Я. Карпова», Москва zheltova12@rambler.ru

 

Широкое применение активных форм кислорода в технологии получения и модификации ядерных микрофильтров [1] стимулирует изучение закономерностей взаимодействия озона с поверхностью ЯМ и определение озоностойкости ЯМ. В настоящем исследовании методами растровой электронной микроскопии (РЭМ) в сочетании с рентгеновским энергодисперсионным анализом (РЭДА), рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии (РФЭС) проведено изучение изменения элементного состава и состояния поверхности ЯМ на основе полиэтилентерефталатной (ПЭТФ) плёнки, обработанной в дистиллированной воде и на воздухе в течение различных промежутков времени потоком озон-кислородной газовой смеси, выделяющейся с анода электрохимического генератора озона.

Установлено, что после обработки озон-кислородной газовой смесью в течение одного часа на воздухе происходило образование трещин и разрушение образца ЯМ-ПЭТФ. Обработка в дистиллированной воде не сопровождалась разрушением ЯМ-ПЭТФ. Методом РЭМ не было обнаружено существенного изменения размеров микропор, - следовательно, эффект разрушения ЯМ-ПЭТФ может быть с образованием ростом трещин разрушения.

Методом РФЭС обнаружено, что изменение поверхностной концентрации кислорода и углерода в ЯМ-ПЭТФ после обработки озоном может быть описано кинетическими соотношениями нулевого порядка, в то время как РЭДА-анализ приводит к кинетике окисления второго порядка. Различие может быть связано с разной толщиной диагностируемого слоя при использовании методов РФЭС (до 100 А) и РЭДА (до нескольких микрон).

Таким образом, обработка ЯМ-ПЭТФ потоком электрохимически генерируемой озон-кислородной смеси приводит к развитию процессов окисления и деградации ЯМ-ПЭТФ. Предположено, что рост поверхностной концентрации атомов кислорода может приводить к повышению смачиваемости ЯМ-ПЭТФ.

 

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

 

1 Debusschere B.J., Hickner M.A., Zendejas F.J., Adalsteinsson H., Tran H.M., Long K.R., Najm H.N., Chinn D.A., Kent M.S., Simmons B.A. // Computational and experimental study of nanoporous membranes for water desalination and decontamination // SANDIA Report. SAND2008-7603. – Sandia National Laboratories, United States Department of Energy, 2008. – 60 p.

 

ИМИТАЦИОННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ СОВМЕСТНОГО ДЕЙСТВИЯ ОЗОНА И ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ НА ПРОЦЕССЫ ОКИСЛИТЕЛЬНОЙ ДЕСТРУКЦИИ, СОРБЦИИ И РАЗЛОЖЕНИЯ ОРГАНИЧЕСКИХ И НЕОРГАНИЧЕСКИХ МИКРО-ЗАГРЯЗНЕНИЙ В ПРИРОДНЫХ И СТОЧНЫХ ВОДАХ

 

Иким М.Е.1,2, Потапова Г.Ф.2, Смолянский А.С.2

1НИЯУ МИФИ, Москва; 2ФГУП «НИФХИ им. Л.Я. Карпова», Москва

ikim1104@rambler.ru

 

Создание научно-технических основ технологии электрохимической озон-пероксидной очистки природных и сточных вод вызывает необходимость проведения исследования закономерностей сенсибилизированной озоном и действием электрического тока окислительной деструкции и разложения водных растворов различных классов органических и неорганических соединений, сорбции продуктов деструкции на поверхности катодов электрохимической установки. В настоящем сообщении рассмотрены предварительные результаты изучения закономерностей окислительной деструкции и разложения, сорбции на поверхности катодов на основе углеграфитовыхволокнистых материалов (УГВМ) различных водных растворов органических и неорганических соединений, моделирующих состав природных и сточных вод, в том числе:

- водные растворы сернокислого железа и тяжёлых металлов с концентрацией от 0,15 до 0,3 мг/л;

- водные растворы фенолов и хлорорганических соединений с концентрацией от 0,2 до 0,3 мг/л;

- водные растворы ПАВ в концентрации от 4 до 5 мг/л.

 

Таблица - Изменение величины перманганатного индекса при проведении обработки водного раствора ПАВ «Лазурит» в катодном отделении электрохимического генератора озона

 

Варианты обработки

Время обработки

ХПК (мг O2)/л

Не обработан

0

204

Озонирование путём пропускания потока озон-кислородной смеси сквозь водный раствор ПАВ

60

160

Озонирование водного раствора ПАВ в катодном отделении электрохимической ячейки

30

20

 

Контроль за изменением концентрации целевых соединений (ЦС) осуществляли методом оптической спектрофотометрии, регистрируя оптическую плотность в максимуме оптических полос, соответствующих поглощению ЦС. Сорбционную ёмкость УГВМ определяли по изменению величины перманганатного индекса (таблица).

Как следует из таблицы, при проведении очистки водных растворов поверхностно-активных веществ (ПАВ), одновременное воздействие озона и электрохимических реакции, в сочетании с сорбцией продуктов деструкции ПАВ на поверхность УГВМ, в несколько раз повышает скорость очистки модельного раствора ПАВ по сравнению с режимом обработки путём барботирования выделяющейся на аноде электрохимического устройства озон-кислородной газовой смеси сквозь ячейку с исследуемой пробой водного раствора ПАВ.

Таким образом, проведение обработки водных растворов ЦС в условиях совместного воздействия озона, электрического тока и сорбции может оказаться высокоэффективным методом очистки водных растворов ЦС и может быть рекомендовано при разработке технологий очистки природных и сточных вод нового поколения.

 

ФОРМИРОВАНИЕ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ ГРУПП НА ПОВЕРХНОСТИ  УГЛЕРОДНЫХ НАНОТРУБОК

 

Исакова А.Г., Базлов Д.А., Цивов А.В., Орлов В.Ю.

Ярославский ГУ им. П.Г. Демидова, Ярославль

bazlov@uniyar.ac.ru

 

Углеродные нанотрубки (УНТ) имеют уникальное сочетание свойств, таких как малые размеры, огромная удельная поверхность, химическая и термическая стабильность. УНТ химически инертны, в связи с этим возникает необходимость их функционализации. Одним из способов модификации УНТ является их химическая модификация за счёт создания дополнительных ковалентных связей. Опытным путём осуществлена функционализация УНТ солями диазония, подобраны оптимальные условия проведения реакции. Подтверждено получение продукта функционализации УНТ методом инфракрасной спектроскопии. Степень функционализации составила 10%.

С помощью квантово-химического моделирования (полуэмпирический метод RM1) было изучено влияние нитрофенильного фрагмента на геометрические и электронные параметры УНТ различного диаметра от 10 до 20 Ǻ. Отмечено, что при присоединении к УНТ различных заместителей атомы углерода выходят из плоскости в том месте, где проходила функционализация, происходит деформация структуры (пирамидизация). В области непосредственного контакта с атомами углерода и на соседних атомах углерода в трубке происходит изменение длин связей и валентных углов. Посредством анализа электронных параметров модифицированных УНТ, установлено изменение зарядов на атомах углерода в нанотрубке в области взаимодействия элементов системы. Введение нитрофенильного фрагмента с противоинами хлора в структуру УНТ приводит к перераспределению зарядовой плотности на атомах углерода УНТ.

 

РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ КОНТРОЛЯ СОСТАВА ОЛИГОФЕНИЛМЕТИЛСИЛОКСАНОВЫХ ЖИДКОСТЕЙ ДЛЯ АТОМНОЙ ТЕХНИКИ

 

Кирпиков Д.А., Цапко Ю.В., Костин М.М., Буряков Т.И., Фильчаков И.Ф., Амосов А.А., Орлов С.Н.

ФГУП «НИТИ им. А.П. Александрова», Сосновый Бор, Ленинградская область Orlov.S.N.1989@yandex.ru

 

Органические и кремнийорганические соединения являются перспективными  материалами для использования в атомной технике. Основными преимуществами подобных веществ является низкая упругость паров при рабочих температурах, отсутствие коррозии конструкционных материалов, слабая активация под воздействием нейтронного потока.

При работе с кремнийорганическими соединениями остро встаёт проблема поиска эффективных, надёжных и экспрессных методов контроля химического состава вещества. В данной работе изучена применимость методов ИК-, ЯМР-спектрометрии, жидкостной хроматографии для исследования исходных и термообработанных образцов кремнийорганических масел на примере жидкости ФМ-1. Для контроля образующихся в процессе термолиза газов предложена газовая хроматография.

По результатам исследования было определено, что наиболее информативным методом при исследовании состава ФМ-1 является жидкостная хроматография с УФ- и масс-спектрометрическим детектированием. Измерение ИК-спектров кремнийорганической жидкости в тонком слое (до 10 мкм), позволяет проанализировать состав необработанной жидкости, однако данный способ оказывается нечувствителен к термолизным продуктам деструкции силоксанов. Интерпретация ИК-спектров при большей толщине слоя вещества оказывается более информативна. Для всех исследуемых термообработанных образцов был получен полный качественный и количественный состав образующейся  при нагревании газовой фазы, что подтверждает высокую эффективность газовой хроматографии применительно к предмету исследования.

 

КИНЕТИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ ЖИДКОФАЗНОЙ ГИДРОГЕНИЗАЦИИ  4-НИТРОТОЛУОЛА ПРИ АТМОСФЕРНОМ ДАВЛЕНИИ  ВОДОРОДА

 

Осадчая Т.Ю., Федорова А.А.

ИГХТУ, Иваново

physchem@isuct.ru

 

В работе статическим методом в изотермических условиях при атмосферном давлении водорода получены зависимости количеств поглощенного водорода от времени протекания реакции гидрогенизации 4-нитротолуола в растворителях 2-пропанол-вода различного состава. Качественный и количественный состав реакционных сре­д в ходе реакции контролировали методом жидкостной хроматографии. Установлено, что в условиях проведения эксперимента 4-нитротолуол взаимодействует с водородом по гидрогенизационному направлению, для которого характерно от­­сутствие промежуточных продуктов стадийных пре­вращений нитрогруппы – 4–нит­ро­зо­то­луола и 4–то­лу­и­ленгидр­оксиламина.

 

Таблица – Значения констант скоростей и энергии активации реакции жидкофазной гидрогенизации 4-нитротолуола по водороду в зависимости от содержания 2-пропанола в растворителе

 

Мол. доля

2–пропанола в растворителе

×105, моль Н2/c∙г кт

,

кДж/моль

Темпера­тура, К

293

303

313

0,073

3,2±0,2

3,4±0,2

6,0±0,2

34 ± 2

0,191

3,5±0,2

3,6±0,2

6,4±0,2

33 ± 2

0,681

4,2±0,2

4,3±0,2

9,0±0,2

35 ± 1

 

При низких степенях прев­ра­­ще­ния реагирую­щих веществ, наблюдаемые скорости поглощения водорода в пределах пог­решностей измерений не зависят от времени и концентрации, что отвечает кинетичес­ко­му уравнению реакции нулевого порядка по гидрируемому сое­ди­нению. С ростом степени превращения скорости реакции снижаются, и в области низких концентраций порядок по гидрируемому сое­динению близок к первому. Значения наблюдаемых скоростей реакции по водороду - и наблюдаемых энергий активации - Ен для начальных количеств нитротолуола равных 7.3×10-4 моль представлены в таблице.

 

ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ТРАНСФОРМАЦИИ МИРА И ФФО-ХФО ГИПОТЕЗА ОБРАЗОВАНИЯ СОЛНЕЧНОЙ СИСТЕМЫ

 

Островский В.

ФГУП «НИФХИ им. Л.Я. Карпова» Москва

vostrov@cc.nifhi.ac.ru

 

Известно около 270 стабильных изотопов, являющихся разновидностями 83 элементов. Из этих элементов состоят все объекты Вселенной, которые входят в состав примерно 100 млрд. галактик, каждая из которых состоит из 100 млрд. звезд. В последние десятилетия обнаружено, что многие звезды образуют планетные системы; некоторые астрономы полагают, что таких звезд 10% от их общего количества. Межзвездное пространство просканировано космическими телескопами на глубину, соответствующую более чем 13 млрд. лет. Таковы масштабы Вселенной.

Распространено мнение, что из субстанции солнцеподобной звезды могут образоваться только два элемента (Н и Не) и только на основе термоядерных реакций и что элементы Солнечной Системы (СС) возникли на различных объектах Вселенной в различные эпохи её существования на основе разных механизмов, некоторые из которых никогда не наблюдались в природе и реализация которых многим кажется сомнительной. Между тем, наличие в хромосфере Солнца более чем семидесяти известных элементов доказано путём анализа так называемых фраунгоферовых линий. Принято считать, что эти элементы образовались в ранних звездных генерациях и локализовались в результате коллапса вещества Вселенной. Но так ли это?

Солнечная корона разогрета до 1–2 млн. K, в то время как конвекционная зона, фотосфера и хромосфера, которые находятся ближе к центру Солнца, чем его корона, имеют температуру лишь 5800, 6400 и 10000–30000 K соответственно. Разогрев объясняют магнитными полями конвективной зоны. Но откуда он берётся и почему растёт с расстоянием? Существует также много других проблемных вопросов по поводу различных объектов и явлений в Солнечной Системе и по поводу предполагаемого механизма её образования.

Согласно ФФО–ХФО Гипотезе [1, 2], СС сформировалась полностью на основе субстанции предсолнечной звезды, которая в «зрелом возрасте» мало отличалась от современного Солнца, а все изотопы, присутствующие в СС, образовались по единому механизму из радиоактивных и нерадиоактивных пико-капель субстанции предсолнечной звезды, состоявших из протонов (р) и нейтронов (n), которые были извергнуты протуберанцами из недр Солнца и которые возникли в результате взрывного разрушения так называемой радиационной зоны Солнца (РЗ), т.е. его плотной «оболочки», которая, как принято считать, находится над ещё более плотным, и гораздо более горячим «ядром»; нерадиоактивные пико-капли трансформировались в стабильные атомы сразу после отделения от звезды, а радиоактивные пико-капли трансформировались в стабильные атомы после одного или нескольких радио-распадов.

Высокую температуру звёздной короны, большие моменты вращения планет, по сравнению с моментом вращения Солнца, и наличие солнечных нейтрино мы объясняем тем, что большинство пико-капель подверглись экзотермическим радио-распадам, в том числе бета-распадам, и получили добавочные импульсы прежде, чем образовавшиеся из них атомы образовали корону и уж конечно прежде, чем из этих атомов сформировались объекты Солнечной Системы.

Мы считаем [1, 2], что в «зрелой» предсолнечной звезде (и в Солнце) ядро отделено от РЗ слоем вырожденных электронов, а субстанция ядра постепенно ионизуется и нейтронизуется. Степень нейтронизации и плотность растут во времени; последняя – также вследствие гравитации.  

Для 170 стабильных изотопов 65-ти элементов, образовавшихся в результате цепи последовательных распадов радиоактивных пико-капельных прекурсоров, мы проанализировали зависимости числа протонов от степени нейтронизации (n0/p0) первичного радиоактивного атома в каждой цепи (n0 – число нейтронов и p0 – число протонов в первичном атоме). Для этого использовали имеющиеся в литературе таблицы [3], которые идентифицируют радиоактивные прекурсоры, из которых может получиться каждый изотоп с заданным значением p. В каждой цепи радиоактивных распадов, которые привели к рождению атома какого-либо элемента, выявляли первичный радиоактивный атом и определяли значения n0, p0 и n0/p0 в этом атоме. Принимали, что np состав первичных прекурсоров стабильных атомов отвечает составу исходной пико-капли, n0, p0. Для радиоактивных и нерадиоактивных пико-капель звездной субстанции были получены зависимости p=f(n0+p0), p=f(n0/p0) и (n0+p0)=f(n0/p0), дающие информацию об образовании стабильных изотопов по мере нейтронизации ядра до взрыва и после взрыва радиационной зоны.

Анализ полученных зависимостей совместно с результатами американской SOHO-экспедиции, анализировавшей состав солнечного ветра, и информацией об элементном составе солнечной фотосферы, которая следует из фраунгоферовых спектров, свидетельствует в пользу предположения о том, что все элементы СС образованы из вещества одного источника, а именно – из вещества предсолнечной звезды. Более того, они показывают, что было два механизма образования элементов – механизм постепенного образования атомов всё более тяжёлых элементов, который мы ассоциируем с эффектом протуберанцев, и механизм быстрого спонтанного образования почти полного спектра известных элементов, который мы ассоциируем с взрывным разрушением радиационной оболочки предсолнечной звезды с последовавшим за этим «успокоением» предсолнечной звезды и прекращением процессов образования всех элементов, кроме водорода и гелия. Анализ упомянутых зависимостей позволяет также сделать нестандартные предсказания относительно будущего Солнца и СС в целом и даёт основания для планирования определённых экспериментов по наблюдению за Солнечной активностью.

Обо всём этом и не только об этом мы планируем рассказать в лекции.  

 

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

 

1 Островский В.Е., Кадышевич Е.А. // а) ФФО–ХФО Гипотеза образования Солнечной Системы (PFOCFO Hypothesis of Solar System formation) // в сб.: Природа протуберанцев, Тезисы 8-ой конф. «Физика плазмы в Солнечной системе». – М.: ИКИ РАН, 2013. – С. 28 – 29; б) PFO–CFO Hypothesis of Solar System formation: the notion of the Sun-like stars and their transformations // EPSC Abstr. – 2013. – V. 8. - С. 145; в) PFO–CFO hypothesis of Solar System formation: the notion of the Sun-like stars and their transformations // EPSC2013-145, Proc. Europ. Planet. Sci. Congr., 2013, Copernicus Gesellschaft, Gottingen, Germany;

2 Кадышевич Е.А., Островский В.Е. // а) ФФОХФО Гипотеза образования солнечной системы (PFO–CFO Hypothesis of Solar System formation) // в сб.: Образование элементов и разогрев короны, Тезисы 8-ой конф. «Физика плазмы в Солнечной системе». – М.: ИКИ РАН,2013. – С. 39 - 40; б) PFO–CFO Hypothesis of Solar System formation: the presolar star as the only source of chemical elements for the Solar System, EPSC Abstr., 8 (2013) EPSC2013-38; в) Development of the PFO–CFO hypothesis of Solar System formation: Why do the celestial objects have different isotopic ratios for some chemical elements? Proc. Int. Astron. Union, S274 (Advances in Plasma Astrophysics), Cambridge, UK, 6 (2011) 95–101.

3 Barbalace, K.L.: http://environmentalchemistry.com/ yogi/periodic/ 

 

ГИДРАТНАЯ ГИПОТЕЗА ПРОИСХОЖДЕНИЯ ЖИЗНИ

LIFE ORIGINATION HYDRATE HYPOTHESIS, LOH-HYPOTHESIS

 

Островский В.Е.1, Кадышевич Е.А.2

1 ФГУП «НИФХИ им. Л.Я. Карпова», Москва

2ИФА РАН им. А.М. Обухова, Москва

vostrov@cc.nifhi.ac.ru kadyshevich@mail.ru

 

Гидратная гипотеза возникновения живой материи (Life Origination Hydrate Hypothesis; LOH-hypothesis) [1-12] основана на представлении о том, что жизнь возникла в результате термодинамически обусловленных, закономерных и неизбежных химических превращений, регулируемых универсальными физическими и химическими законами. Мы исходим из положения, что в природе процессы брутто-масштаба происходят поступательно в направлении уменьшения свободной энергии в каждой Вселенской подсистеме, которую приближенно можно считать изолированной.

Именно благодаря направленности природных процессов в сторону уменьшения свободной энергии, у естествоиспытателя существует принципиальная возможность пройти мысленно по пути природы в обратном направлении времени и таким образом выявить основные вехи ее истории; для этого важно найти в окружающей действительности некоторый «крючок», зацепившись за который и имея законы термодинамики в качестве путеводной нити, можно разгадать логику, которой следовала природа в своем движении.

Для нас такими «крючками» были: обнаруженное нами соответствие размеров гидратных структур в высококонцентрированных полужидких растворах [1, 2] и размерами полостей CH4-гидрата, с одной стороны, и размерами структурных элементов ДНК и РНК (азотистых оснований (N-оснований), рибоз и фосфатных групп, т.е. простейших элементов живой материи, ПЭЖМ), с другой (рисунок 1). Это соответствие было обнаружено нами вначале в двумерной системе, но в последнее время мы совместно с А.В. Дзябченко подтвердили его в трехмерной системе на основе компьютерного моделирования.

До образования живой материи природа создала в недрах Земли CH4-гидрат [1, 3, 4, 13-15] в замкнутых подземных полостях и алюмо-силикатных сотовых структурах.  

Рисунок 1 - Масштабированная иллюстрация: а, б - соответствие между размерами больших полостей гидратной структуры II (большие круги) и N-оснований соседних водородно-связанных молекул ДНК в двойных спиралях; в - соответствие между размерами малой полости гидратной структуры II и фосфатной группы.

 

Согласно гипотезе, ПЭЖМ и молекулы ДНК и РНК синтезировались под поверхностью Земли в структуре CH4-гидрата из СН4, селитры и фосфата. Сначала молекулы CH4, находившиеся в структуре гидрата, и ионы NO3, диффундировавшие внутрь структуры до полного заполнения полостей, образовали стадия-за-стадией N-основания урацил (U, C4H4N2O2), аденин (Ad, C5H5N5), цитозин (Cy, C4H5N3O), гуанин (G, C5H5N5O) и тимин (Th, С5H6N2O2) внутри больших полостей и молекулы D-рибозы (DR, C5H10O5) и дезокси-D-рибозы (DDR, C5H10O4) внутри малых полостей. Молекулы N-оснований и рибоз, находившиеся в соседних полостях, образовывали нуклеозиды. Затем диффузия фосфат-групп по малым полостям структуры привела к поликонденсации нуклеозидов с рибозами и к образованию ДНК- и РНК-подобных молекул [3, 5, 6]. Было показано, что все эти реакции термодинамически возможны; отметим, что реакции СН4 с NO3 в области температур существования метан-гидрата хорошо известны. Реакции поликонденсации протекают с убылью свободной энергии, т.к. в них выделяется вода. Таким образом, возможность образования ДНК и РНК из минералов без использования внешней энергии не вызывает сомнений. Низкая скорость реакций в условиях существования СН4-гидрата вблизи 273 K способствует последовательному течению стадий по пути уменьшения свободной энергии вплоть до наполнения полостей и синтеза молекул ДНК и РНК.

 

Рисунок 2 - Гуанин и цитозин внутри соседних больших полостей структуры II газового гидрата. Шарики соответствуют размерам атомов. N-основания размещаются внутри полостей, причем полости заполнены настолько, что дополнительные атомы в боковых группах не могут разместиться

 

Рисунок 3 - Водородно-связанная пара гуанин–цитозин внутри соседних больших полостей гидратной структуры II в сетке водородных связей гидрата метана. Здесь обозначен каждый атом водородно-связанных гуанина и цитозина (буквой «С» после символа атома обозначены атомы цитозина). На рисунке показаны также Н- и О-атомы трехмерной водной гидратной сетки и водородные связи (штрих-пунктир), существующие между ними.

 

Когда в систему диффундирует избыточная вода или когда повышается температура, структура ожижается и образуется полужидкий бульон, содержащий молекулы ДНК и РНК разного состава и разной длины, нуклеотиды, нуклеозиды, рибозы и другие частицы, состоящие из атомов Н, С, N, О и Р. В бульоне  около 300 K и в отсутствие турбулентности сохраняется гидратная структура. Химический состав бульона в условиях диффузии в него NO3 и PO43− достаточен для синтеза новых молекул ДНК и РНК, аминокислот и других веществ, которые присутствуют в клетках живой материи. В концентрированном бульоне нуклеиновые кислоты могут самореплицировать, что приводит к увеличению их концентрации и, в конечном счете, к появлению протоклеток. Механизм описан в [5, 10].   

По-видимому, монохиральность нуклеиновых кислот – следствие геометрии структурной матрицы, в которой они образуются; т.е., только D-рибозы могут соединить между собой N-основания с фосфатными группами в структуре гидрата. Поэтому только они  «отбираются» для построения ДНК и РНК; L-рибозы участвуют в образовании аминокислот.

Рисунок 2 [16] иллюстрирует совместимость размеров гуанина (наибольшее по размерам N-основание) и цитозина с размерами соседних больших полостей структуры II газового гидрата.

Рисунок 3 [16] позволяет сопоставить расстояния между гуанином и цитозином в соседних больших полостях газового гидрата с известными из рентгеновских измерений расстояниями гуанин-цитозиновых водородных связей в двойных спиралях ДНК, детектированных в кристаллах. Получены следующие длины связей между молекулами гуанина и цитозина (нм):  O10…N7C – 0.287; N1…N’10C – 0.295; N11…O12C – 0.288. Из рентгеновских исследований кристаллов  ДНК  ранее получены следующие значения длин водородных гуанин-цитозиновых связей: O10…N7C – 0.293; N1…N’10C – 0.296; N11…O12C – 0.293. Полное совпадение измеренных и модельных длин связей означает возможность синтеза спаренных молекул ДНК в структуре II гидрата и свидетельствует в пользу гидратной гипотезы возникновения жизни.

Идеи, лежащие в основе гидратной гипотезы, использованы нами для физико-химического объяснения метаболизма, митоза и двойного деления клеток (MRH-Hypothesis) [5, 10, 12]. Они дали основания для понимания известного факта, состоящего в том, что клетки многоклеточных организмов угнетаются и погибают после примерно 50 делений [17], и позволили предложить новые подходы к решению проблем оптимального питания и увеличения продолжительности жизни живых организмов [12].  

Работа выполнена при частичной поддержке Российского фонда фундаментальных исследований, грант №12-05-01082-а.

 

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

 

1 Островский В.Е., Цуркова Б.В., Кадышевич Е.А., Гостев Б.В. // Дифференциальные тепловые эффекты, кинетика и механизм обводнения паром и осушки системы акриламид-вода // Ж. физ. химии. - 2000.- № 2. -С. 251 - 262

2 Островский В.Е., Кадышевич Е.А. // Использование данных о системе полиакриламид–вода для выяснения структуры системы ДНК–вода // Ж. физ. химии. - 2000. - № 7. - С. 1242 - 1252

3 Островский В.Е., Кадышевич Е.А. // Обобщенная гипотеза происхождения простейших элементов живой материи, трансформации первичной атмосферы и образования залежей гидрата метана // Успехи физ. наук. - 2007. - № 2. - С. 183 - 206

4 Островский В.Е., Кадышевич Е.А. // Гипотеза образования залежей гидрата метана и других углеводородов и происхождения живой материи // в кн.: Дегазация Земли: геодинамика, геофлюиды, нефть, газ и их парагенезы. - М.: ГЕОС, 2008. - С. 374 - 377

5 Kadyshevich E.A., Ostrovskii V.E. // Hypothetical physicochemical mechanisms of some intracellular processes: the hydrate hypothesis of mitosis and DNA replication // Thermochim. Acta. - 2007. - № 1-2. - P. 148 - 161

6 Kadyshevich E.A., Ostrovskii V.E. // Hydrate hypothesis of living matter origination (LOH-hypothesis): Thermodynamic grounds of formation of living matter simplest elements from hydrocarbons and niter // J. Therm. Anal. Calor. - 2009. - № 2. - P. 571 - 578

7 Ostrovskii V.E., Tsurkova B.V.,  Kadyshevich E.A., Gostev B.V. //  Comparison study of the acrylamide–water and polyacrylamide–water systems: differential heat effects, kinetics, and mechanisms of drying and water-vapor wetting // J. Phys. Chem. B. - 2000. - № 1. - P. 12680 - 12687

8 Ostrovskii V.E., Kadyshevich E.A. // Hydrate model of the equilibrium DNA−water systems // Intern. J. Nanosci. - 2002. - № 1. -  P. 101 - 121

9 Ostrovskii V.E., Kadyshevich E.A. // Thermodynamics of formation of N-bases and D-ribose from mineral substances in light of the problem of origination of simplest elements of living matter // Thermochim. Acta. - 2006. - № 1. - С. 69 - 78

10 Ostrovskii V.E., Kadyshevich E.A. // Mitosis and DNA replication and life origination hydrate hypotheses: common physical and chemical grounds // in: DNA Replication – Current Advances. - Rijeka, Croatia, 2011, Chapter 4. - P. 75 - 114

11 Ostrovskii V., Kadyshevich E. // Life origination hydrate hypothesis (LOH-hypothesis) // Life. -2012. - A, № 1. - P.135 - 164

12 Ostrovskii V.E., Kadyshevich E.A. // Life origination hydrate hypothesis (LOH-Hypothesis): Original approach to solution of the problem // Global J. Sci. Frontier Res.: A. Physics and Space Science. – 2012. - V.12, № 6, Version 1. - P. 1 - 36

13 Бык С.Ш., Макогон Ю.Ф., Фомина В.И. // Газовые гидраты. - М.: Химия, 1980. - 296 с.

14 Кузнецов Ф.А., Истомин В.А., Родионова Т.В. // Газовые гидраты: исторический экскурс, современное состояние //  Рос. хим. ж. - 2003. - № 3. - С. 5–18

15 Островский В.Е. // Гипотеза неорганического происхождения природного газа в контексте возникновения живой материи // в сб.: Газохимия на современном этапе развития.- М., РГУ НГ им. И.М.Губкина, 2010. - С. 35 – 69

16 Kadyshevich, E.A., Dzyabchenko, A.V., Ostrovskii, V.E. // Life Origination Hydrate hypothesis (LOH-hypothesis): computer simulation of rearrangement of different DNA components within CH4-hydrate structure II // EPSC Abstr. – 2013. - V. 8. - EPSC2013-285.

17 Schneider E.L., Sternberg H., Tice R.R., Senula G.C., Kram D., Smith J.R., Bynum G. // Mechanisms of aging and development- 1979. - V. 9. - C. 313 – 324

 

СПЕКТРЫ ИК-ПОГЛОЩЕНИЯ ТОНКИХ ПЛЁНОК КАРБИДА КРЕМНИЯ, ОСАЖДЁННЫХ МЕТОДОМ ЛАЗЕРНОЙ АБЛЯЦИИ

 

Рындя С.М., Гусев А.С., Каргин Н.И., Павлова Е.П., Султанов А.О.

НИЯУ «МИФИ», Москва

ryndya_sm@mail.ru

 

Целью настоящей работы являлось изучение физико-технологических особенностей синтеза тонких плёнок карбида кремния методом вакуумной лазерной абляции и, в частности, анализ влияния температуры подложки на структурные свойства экспериментальных образцов.

Формирование слоёв SiC производилось методом импульсного лазерного осаждения (λ=1,06 мкм, ν=20-45 Гц, τ = 10-8 с, энергия импульса ~100 мДж) из керамической мишени SiC в вакууме (Р~10-5 Па). В качестве материала подложки использовалась пластины монокристаллического кремния с ориентацией (100) и (111).

Для оценки состава и структурных особенностей, экспериментальных образцов, были получены ИК-спектры пропускания. По данным ИК спектроскопии, у синтезируемых плёнок в диапазоне 500÷1000 см-1 наблюдается область поглощения, связанная с валентными колебаниями связей Si-C. В таблице 1 приведены значения положений максимума поглощения и полуширины спектров поглощения для образцов, осажденных на подложках Si (100) и Si (111).

 

Таблица – Характеристики ИК-спектров образцов тонких плёнок карбида кремния, осаждённых методом лазерной абляции на кремниевых подложках

 

№ образца

Подложка

Температура подложки, °C

Положение максимума, см-1

Полуширина спектра, см-1

1

Si (100)

30

686

270

2

Si (100)

300

717

240

3

Si (100)

500

796

80

4

Si (100)

700

796

80

5

Si (100)

1000

795

40

6

Si (111)

30

715

250

7

Si (111)

500

760

160

8

Si (111)

600

789

115

9

Si (111)

700

789

90

10

Si (111)

1000

789

45

 

Как видно из таблицы, с повышением температуры положение максимума поглощения сдвигается в коротковолновую область и наблюдается уменьшение полуширины спектра. Сдвиг максимума поглощения и уменьшение полуширины указывает на изменение структуры плёнок. При низких температурах плёнки находятся в аморфном состоянии; повышение температуры приводит к изменению структуры от аморфного состояния до нанокристаллического. Кристаллическая фаза начинает формироваться при температурах подложки 500÷600 °C, на что указывает значительное уменьшение полуширин спектров ИК-поглощения как для образцов на Si(100), так и для образцов на Si (111), а также изменение формы спектра поглощения для этих образцов. Форма ИК-полос в спектрах поглощения образцов, синтезированных при высоких температурах 500÷1000 °C, описываются лоренцевым распределением, а спектральная форма ИК-полос образцы, полученных при низких температурах, характеризуются гауссовым распределением. В пользу этого говорят и данные рентгенофазового анализа: на рентгено-дифракционных спектрах низкотемпературных образцов отсутствуют пики, связанные с фазой карбида кремния.

 

ХИМИЧЕСКИЕ СЕНСОРЫ НА ОСНОВЕ ПОЛИКРИСТАЛЛИЧЕСКИХ ПЛЁНОК СМЕШАННЫХ НАНОСТРУКТУРИРОВАННЫХ МЕТАЛЛОКСИДОВ

 

Трахтенберг Л.И.1,2

1ИХФ РАН им. Н.Н. Семёнова, Москва

2ФГУП «НИФХИ им. Л.Я. Карпова», Москва

 

Изучен сенсорный отклик на газы-восстановители в смешанных наноструктурированных полупроводниковых оксидах. Исследовались поликристаллические плёнки In2O3.SnO2 и In2O3.ZnO различного состава (содержание In2O3 в чувствительном слое от 0 до 100 весовых процентов) при детектировании 2% водорода и 0,46% СО в воздухе в интервале температур от 330 до 530 °С.

Установлено, что максимальную чувствительность к водороду плёнки In2O3 + SnO2 имеют при содержании 20% In2O3. Температурная зависимость чувствительности сенсора проходит через максимум, положение которого зависит от состава плёнки. С увеличением содержания оксида индия температура, при которой наблюдается максимальная эффективность сенсора, уменьшается. Времена отклика и релаксации  сенсоров также уменьшаются. Обсуждаются возможные механизмы сенсорной чувствительности.

Для композитных пленок In2O3 + ZnO, содержащих 15 и 80 вес.% In2O3 максимально достигнутая чувствительность, при детектировании водорода и СО, значительно превышает чувствительность индивидуальных оксидов. Основными факторами, определяющими проводимость и сенсорную чувствительность композита, являются модификация электронной структуры кристаллов при образовании композита, перенос электронов от In2O3 к ZnO и каталитическая активность ZnO.

Развита теория сенсорного отклика при определении концентраций газов-восстановителей в наноструктурированных полупроводниковых оксидах (на примере SnO2).

Построена кинетическая схема и решены соответствующие уравнения. В результате найдена зависимость чувствительности сенсора от температуры, давления водорода и среднего размера наночастиц оксида, которая неплохо описывает эксперимент.