Физико-химические основы неорганического синтеза микро- и наноструктурированных неорганических, органо-неорганических и керамических материалов и покрытий для био-, энерго- и ресурсосберегающих технологий

Объектом исследования являются технически полезные органо-неорганические и керамические материалы и покрытия, а также соединения и системы, являющиеся прекурсорами для их синтеза: золь-гель и органосиликатные композиции, суспензии и их компоненты, в том числе, специально синтезированные биоцидные добавки, ультрадисперсные и высокодисперсные порошки оксидов металлов и минералов. Основными методами синтеза являются ресурсосберегающие технологии – золь-гель технология, химическое осаждение из водных растворов солей, в т.ч. с проведением процессов в микрореакторе, что интенсифицирует процессы и сокращает их длительность, а также традиционные керамическая, лакокрасочная технологии, синтез из расплавов солей и элементорганических соединений. Основной задачей исследований является установление корреляционных связей «условия синтеза – состав – структура – свойства», чтобы обеспечить направленный, контролируемый синтез материалов и покрытий с заданными и воспроизводимыми целевыми свойствами, оптимизировать технологические процессы, выработать рекомендации по внедрению в производство. Для проведения исследований использовался целый ряд современных взаимодополняющих методов исследования: рентгенофазовый анализ, метод дифракции в геометрии скользящего падающего рентгеновского пучка (GiXRD), малоуглового рентгеновского рассеяния, малоуглового расскяния поляризованных нейтронов ИК, ЯМР и ЭПР спектроскопия, спектрофотометрия, фотоэлектроскопия, микроскопия (оптическая. СЭМ, ПЭМ, стериоскопическая), термический анализ, низкотемпературная адсорбция азота, методы динамического и электрофоретического рассеяния света, pH-метрия, вискозиметрия, резонансный метод акустического контроля ддя определения скорости звука, вольтамперометрия, импедансометрия, физико-химические и электрофизические методы опрделения свойств покрытий согласно ГОСТ и ISO (адгезия, прочность на удар, диэлектрические характеристики – удельное объемное сопротивление и напряжение пробоя, импедансометрия, методы гидростатического взвешивания, определения микротвердости и модуля упругости керамичееских материалов, а также методы определения биологической активности получаемых материалов и покрытий – грибостойкость, биоцидная (фунги- и цитостатическая) активность. В рамках выполнения работы были получены новые фундаментальные данные и практические результаты, связанные с разработкой новых составов защитных противообрастающих и фунгицидных покрытий, с изучением физико-химических процессов, лежащих в основе их получения, с научно-обоснованным выбором компонентов золь-гель и органосиликатных композиций: связующих, пигментов, биоцидных добавок,  на целевые свойства покрытий, выработкой рекомендаций по составам и оптимизации методик их получения, в т.ч., для внедрения в производственные процессы на предприятиях, изготавливающих оборудования для АЭС. Разработанные покрытия и экологически безопасные биоцидные добавки могут найти применение для окраски оборудования и оснастки, находящихся под воздействием высоких температур и радиации, а также для защиты изделий и конструкций от биодеструкции и биообрастания. В рамках темы НИР проводится разработка и актуализация технологической документации на изготовление органосиликатных композиций ОСК, которая внедряется на предприятиях ГК Росатом и на предприятиях – изготовителей ОСК. Методами жидкофазного синтеза осуществлены синтезы наночастиц ряда технически ценных оксидов. Разработаны новые методики модифицирования поверхности нанопорошков с использованием приемов золь-гель технологии и механоактивации. Проанализированы результаты исследования фазового состава, надатомной структуры, текстурных характеристик, а также специальных целевых свойств порошков и суспензий на их основе. Выбраны наилучшие методики синтеза и концентрационные соотношения исходных компонентов. Разработанные материалы (порошки и суспензии) успешно показали себя в агротехнологиях в качестве иммуномодуляторов и стимуляторов роста растений, а также как пигменты для получения электронных чернил. В ближайшей перспективе возможно внедрение экологически безопасных препаратов на основе разработанных нанопорошков для предпосевной обработки семян овощных и злаковых культур, что внесет вклад в процесс импортозамещения. Сделан очередной вклад в создание материалов для современных устройств хранения энергии. Методом сонохимического синтеза получен новый высокодисперсный материал для электродов псевдоконденсатора, которые проявили высокую электрохимическую стабильность. Продолжены работы по расширению состава и совершенствованию технологии получения ксерогелей и нанопорошков для биокерамики и сенсорики. Получена пористая и плотная керамика, перспективная для использования при изготовлении имплантатов и в газочувствительных сенсорах. Нанопорошки сложных оксидов также получены с использованием микрореатора. На следующем этапе исследований будут продолжены начатые работы по синтезу, характеризации и апробации экологически безопасных биоцидных добавок, придающим защитным покрытиям биостойкость, противодействующих биобрастанию и биодеградации. Будут продолжены исследования по совершенствованию составов органосиликатных композиций с целью улучшения их физико-механических свойств, например, за счет введения новых отвердителей, пластификаторов, пигментов и других важных исходных компонентов. Планируется подготовить экспериментальные образцы противообрастающих покрытий для натурных испытаний на Севере (Белое море) и в тропиках (Южно-Китайское море), в т.ч. реализовать планы по использованию природных биоцидов животного происхождения и биоцидов пролонгированного действия и самополирующихся матриц. Планируется продолжить испытания золь-гель и органосиликатных покрытий на грибостойкость и атмосферостойкость, как в лабораторных, так и в натурных условиях. На следующем этапе будет уделено пристальное внимание изучению фотокаталитической активности нанопорошков диоксида титана с разным соотношением фаз (рутила и анатаза) и изучению состояния их поверхности при взаимодействии с жидкими средами и их коллоидных характеристик. Планируется модифицировать поверхность нанопорошков диоксида титана (пигмента белого цвета) органическими функциональными группами для придания им большей седиментационной устойчивости и элекктрофоретической подвижности. Будут предложены и синтезированы новые варианты электродных материалов для псевдоконденсатора. С использованием оптимизированных методик химического синтеза будут получены нанопорошки для получения биокерамики и газочувствительных материалов для сенсорики с улучшенными физико-механическими и целевыми показателями. Будут продолжены исследования по получению нанопорошков сложных составов при смешении исходных компонентов в специально сконструированных микрореакторах, с целью улучшения структуры и целевых свойств нанопорошков и возможности масштабирования процесса синтеза.