Отчет о научно-исследовательской работе «Химия, физика и биология наносостояния»

Целью исследований по теме проекта является теоретическое и экспериментальное изучение фундаментальных принципов формирования вещества в наносостоянии, расширении представлений о структурной химии вещества, а также изучение влияния природы вещества на его физико-химические свойства и биологическую активность. В результате проведенного исследования будут получены новые фундаментальные данные, а также разработаны новые функциональные и конструкционные материалы широкого спектра назначения. В 2020 г. с помощью компьютерных методов (пакет программ ToposPro) проведено комбинаторно-топологический анализ и моделирование самосборки кристаллической структур восьми сложных интерметаллидов. Установлены геометрические типы полиэдрических кластеров-прекурсоров, образующих эти структуры, в том числе сверхсложных трехслойных кластеров K116, K132, K136 и K142, состоящих из более ста атомов каждый. Построена модель самосборки кристаллических структур гексагонального (стабильного) и кубического (метастабильного) льда с использованием теории клеточных детерминированных и вероятностных автоматов. Предложен и обоснован критерий выбора материалов для бронепреград. Определён механизм разрушения хрупких (керамических) материалов, широко используемых в конструкциях, предохраняющих от проникания. Смоделирован и разработан первый прототип экструдера для печати керамическими пастами, изготовлены керамические пасты на основе корунда и парафина. Изучено влияние условий синтеза на гидротермальную кристаллизацию наночастиц цеолитов со структурой Beta различных размеров (в диапазоне от 50 до 300 нм), а также цеолиты с иерархической системой пор. Исследована сорбционная способность цеолитов различных размеров по отношению к неорганическим катионам (на примере ионов свинца), органическим молекулам (на примере тиамина гидрохлорида) и модельным лекарственным препаратам, а также их биологическая активность. Проведены исследования сорбционной способности магнитовосприимчивых нанокомпозитов на основе цеолитов и наночастиц магнетита. Установлена перспективность разработанных магнитных нанокомпозитов для решения задач медицины и экологии. Проведено исследование системы TiS3-Mg для использования устройств хранения водорода. Рассчитаны графики плотности состояний и зонная структура для TiS3, а также TiS3, интеркалированном катионами щелочных- и щелочноземельных элементов и Zn2+. В гидротермальных условиях синтезированы волокнистые Mg, Ni и смешанные Mg,Ni-гидросиликаты со слоистой и ленточно-цепочечной структурой (наносвитки и наноленты). Установлено влияние прекурсоров металлсодержащих компонентов (гидроксиды, соли и оксиды Mg (Ni)) на морфологию получаемых частиц. Методом пиролиза цитратно-нитратных композиций была получена высокопористая керамика на основе материалов со структурой типа голландита общей формулы K2xMexTi8–xO16 (Me = Mg, Ni, Cu) (0.62≤x≤0.8). Проведенные исследования показали перспективность данных титанатов для использования в газовых сенсорах на водород. Разработан оригинальный золь-гель метод синтеза композиций, позволивший получить керамические композиционные материалы на основе фосфата лантана и циркона с высокими показателями плотности и микротвердости, химической и термической стойкости.