Новые функциональные материалы для перспективных технологий: синтез, свойства, спектроскопия и компьютерное моделирование

Исследовательская тема «Новые функциональные материалы для эффективных технологий: синтез, свойства, спектроскопия и компьютерное моделирование» направлена на решение фундаментальной задачи химического материаловедения – синтез и аттестацию новых неорганических материалов, развитие экспериментальных исследовательских методов, поиск материалов с заданными функциональными свойствами, а также компьютерное моделирование их электронной структуры и функциональных свойств. Отметим цикл работ по оптическим материалам и средам на основе сложных оксидов (германатов, молибдатов, вольфраматов и др.) для компонентов оптоэлектронных устройств, преобразующих излучение ближнего ИК от LD или LED в излучение среднего ИК, а также новым люминесцентным материалам для компонентов (преобразователей, излучателей, усилителей) в оптических линиях связи и коммуникациях, работающих в диапазоне 1.9 мкм; компонентах камуфляжа, позволяющих снизить идентификацию объектов при использовании приборов ночного видения 1-го и 2-го поколений; в портативных спектрометрах для экспресс анализа на содержание молекул H2O, ROH, RCO2H, RCO2R*, CONH2. Получены новые люминесцентные материалы для оптической термометрии на основе оксида иттрия, допированного эрбием, разработан оригинальный метод синтеза термолизом Al1-xDyx(OH)(HCOO)2 в атмосфере гелия люминофоров оксида состава Al2О3:Dy3+ и твердых растворов γ-(Al1–xDyx)2O3. Полученные люминофоры интересны в качестве материалов для светодиодов голубого и белого излучения (w-LED). Оптически прозрачную нанокерамику на основе шпинели MgAl2O4:Mn и NaYGeO4 со структурой оливина удалось получить в условиях сверхвысоких давлений (Р = 2–9 ГПа) и средних температур (600-800°С). Проведен цикл исследований по созданию линейки оптических сред на основе LiMgPO4(F):РЗЭ для дозиметрии гамма-, бета-, альфа- и нейтронного излучений, разработаны материалы с линейной зависимостью высвечивания (ТСЛ) от дозы облучения и удобной температурой начала высвечивания. В рамках темы разработаны оригинальные, в том числе прекурсорные, методы синтеза неорганических материалов, композитов, наноматериалов. Большое внимание уделено исследованию их функциональных свойств: магнитных, фотокаталитических, электрохимических и сорбционных характеристик. Отметим цикл работ по созданию и изучению свойств сложнооксидных соединений с гигантской диэлектрической проницаемостью, синтез под давлением позволил повысить диэлектрическую проницаемость на порядок. Экспериментальными и теоретическими методами изучен широкий круг соединений – перспективных твердотельных электролитов для натрий-ионных батарей. Разработана комплексная методология ЯМР-анализа и квантово-химических расчетов маршрутов и энергий активации диффузии ионов натрия в структурах электролитов с оценкой эффективности последних в качестве ХИТ. Из прикладных разработок выделим синтезированный по оригинальной технологии композит TiO2/C с селективными сорбционными свойствами в отношении ионов никеля и меди. Данный композит представляется перспективным сорбентом для селективного извлечения ионов меди из медно-никелевых водных растворов. В качестве сорбентов в технологиях очистки водных растворов от тяжелых и радиоактивных металлов запатентован оксидно-углеродного композит Al2O3:nC. К этой теме относятся также исследования известных неорганических коагулянтов Al2(SO4)3, хлорида железа(III) и минерального фильтрующего материала МС, способных очищать загрязнённые воды от ионов тяжёлых металлов, в частности, никеля. Большой раздел в исследовательской теме посвящен компьютерному материаловедению – первопринципным расчетом электронной структуры и свойств (магнитных, электродных, каталитических, сорбционных и др.) соединений и материалов на их основе. Также следует отметить пионерские работы по фотоэлектронной дифракции и голографии – как эксперимента, так и теории. Это новый перспективный метод визуализации в 3D-формате атомной структуры поверхностных слоев твердых тел, исследования проводились на топологических изоляторах соединений халькогенидов висмута и др. Область практического применения – оптика, фотовольтаика, фотокатализ, сенсорика, спинтроника, дозиметрия, химические источники тока, разработка новых экспериментальных и теоретических методов изучения неорганических материалов.