Теоретические и экспериментальные основы разработки новых функциональных материалов и перспективных технологий

Целью научной ТЕМЫ является создание новых функциональных материалов и эффективных технологий для решения проблем импортозамещения и обеспечения технологической безопасности РФ. В отчете перечислены наиболее важные результаты выполненных в 2024 году исследований. Работы ориентированы на получение фундаментальных и важных для практики результатов в области “smart”-материалов, разработку технологий их получения, всестороннее изучение структурных и спектральных характеристик, аттестацию свойств для приложений солнечной энергетики, химических источников тока, фотокатализа, фотоники и нано-технологий. В рамках ТЕМЫ получены новые высокоэффективные материалы для сорбционно-химической и фотохимической очистки водных растворов промышленных предприятий. Развиваемые методы химии твёрдого тела в сочетании с новыми приёмами тонкого неорганического синтеза составляют новизну и оригинальность ТЕМЫ, что позволило впервые осуществить:  разработку новых ИК люминофоров на основе NaY1-xTmxGeO4 и NaY0.85- xTm0.15HoxGeO4 для фотоники, излучающих в широком диапазоне длин волн (1.6-2.2 мкм), компонентов приборов связи, а также материалов для глубокой оптической визуализации биологических тканей с использованием третьего и четвертого ближнего инфракрасного спектрального окна; исследование новых люминофоров для бесконтактной термометрии на основе вольфраматов Na5Rb7Sc2(WO4)9: Ho3+/Yb3+ и Na5Rb7Sc2(WO4)9:Tm3+/Yb3+, работающих в диапазоне температур 298-498 K, создание люминофоров с настраиваемым цветом свечения для бесконтактной термометрии на основе барий-гадолиниевых тетрагерманатов (Ba2Gd2Ge4O13) для проведения высокоточных измерений температуры поверхности объектов (диапазон 298-473 K); новых “красных” люминофоров на основе анатаза Ti1-xSmxO2-x/2 (х=0.025, 0.05 и 0.1), демонстрирующих интенсивную красновато-оранжевую эмиссию при возбуждении длиной волны 350 нм; люминофора с многоцветной настройкой апконверсии на основе допированного Er3+ и Yb3+ оксида иттрия, преобразующего невидимое глазу ИК-излучение в яркое свечение красного диапазона; - создание линейки перспективных дозиметрических материалов на основе матриц борфосфатов и фторфосфатов щелочных и щелочноземельных металлов (Na5B2P3O13 и Li9Mg3(PO4)4F3); - разработку новых, в том числе прекурсорных, методов синтеза наноструктурированных материалов на основе оксидов переходных металлов с заданными размерными и морфологическими характеристиками для задач фотокатализа, оптики, сенсорики, химических источников тока, материалов с гигантской диэлектрической проницаемостью и материалов, обладающих оригинальными магнитными свойствами; - теоретическое моделирование широкого круга соединений и материалов с целью поиска новых фаз, оценки их термодинамической устойчивости, электронных свойств и перспективных функциональных характеристик; - разработку новых подходов к исследованию диффузии в твердых телах на примере перспективных Na- ионных проводников для химических источников тока (ХИТ) методами ЯМР в сочетании с первопринципными теоретическими расчетами; новых методов фотоэлектронной дифракции и голографии для реконструкции атомной структуры поверхности в 3D-формате на примере слоистых структур халькогенидов – перспективных топологических изоляторов; - изучение влияния высоких давлений и температур на твердофазные соединения различного состава с оригинальными электрическими, магнитными и оптическими свойствами. - плазмохимический синтез субмикронных композитных материалов на основе тугоплавких соединений элементов IV – VIA групп в форме «ядро-оболочка» с покрытием из металлических слоев Ni или Co. Из прикладных разработок выделим эффективный способ сорбции ионов никеля осадком гидроксида железа(III) при его осаждении из раствора FeSO4 (травильный раствор в метизном производстве). Сорбционная ёмкость гидроксида железа(III) по ионам никеля при рН 7÷8 почти на порядок превосходит аналогичную величину для многих минеральных, углеродных и угольных сорбентов. Достоинства данного способа: 1) очень компактный сорбент с высокой сорбционной ёмкостью по ионам никеля; 2) после использования сорбент может быть легко утилизирован в металлургическом производстве, т.е. не будет представлять опасности для окружающей среды. Область практического применения – оптика, фотовольтаика, фотокатализ, сенсорика, спинтроника, дозиметрия, химические источники тока, разработка новых экспериментальных и теоретических методов изучения неорганических материалов.