Высокотемпературный электрохимический синтез и физико-химические свойства нанопористого железа

Впервые методом селективного анодного растворения получено нанопористое железо. Для этого потребовалось вести деаллоинг в расплавленных солях - смесях хлоридов щелочных металлов. Получен значительный объем новых экспериментальных данных по электрохимии и физикохимии процесса высокотемпературного деаллоинга ферросплавов (Fe-Mn и Fe-Ti). Найдены благоприятные потенциалы для перколяционного режима электролиза, который приводит к пористым структурам. Показано, что с ростом температуры процесса происходит укрупнение лигаментов и пор, а начиная примерно с 600 ℃ поры напротив, начинают уменьшаться с образованием структур с закрытой пористостью. Рассмотрена простая схема интерпретации SEM изображений для оценки пористости в предположении изотропности, которая позволила рассмотреть эффект температуры и наглядно представить результаты неизбежных процессов спекания. Измерены магнитные характеристики (намагниченность и температура Кюри) слоев нано- и микропористого железа на исходном немагнитном ферромарганце. Это косвенно подтвердило образование ферромагнитной фазы чистого железа на поверхности после деаллоинга. Проведены исследования биологической активности - цитотоксичности полученного нанопористого железа. Показана его слабая цитотоксичность на примере фибробластов человека. Несмотря на отличие в фазовых диаграммах ферромарганца (твёрдые растворы замещения) и ферротитана (интерметаллиды) получены похожие результаты, а именно: нанопористое железо образуется около 400 ℃. Отметим, что случай ферротитана более сложен из-за трудности выплавки однофазных образцов сплавов-прекурсоров. Найдено, что на поверхности нанопористого железа уже после охлаждения до комнатной температуры и отмывки от остатков солевой смеси всегда образуются нано-вискеры или нанонити вюститной фазы из-за значительной химической активности искривленной поверхности металла. Показано, что такая частично окисленная поверхность имеет заметную каталитическую активность (реакция полимеризации альфа-пинена). Разработана методика для осуществления электрохимического деаллоинга в глубоком эвтектическом растворителе (условно - "средне-температурная" - 130 ℃) на примере смеси холин хлорида и мочевины с добавлением хлорида потенциал-определяющего металла. Проведены успешные опыты по получению нанопоритсых меди и серебра. Сделаны первые эксперименты на ферросплавах при относительно малых временах (до 1 часа).