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 ценные органо-неорганические, композитные и керамические материалы и органосиликатные и многоматричные гибридные покрытия, а также соединения и системы, являющиеся прекурсорами для их синтеза: органосиликатные и лакокрасочные композиции, суспензии и их компоненты, в том числе, специально синтезированные биоцидные добавки, нанодисперсные и высокодисперсные порошки оксидов металлов и минералов. Основными методами синтеза являются ресурсосберегающие технологии – химическое осаждение из водных и водно-спиртовых растворов солей, совместная кристаллизация, в т.ч. с проведением процессов в микрореакторе, что интенсифицирует процессы и сокращает их длительность, а также традиционные керамическая, лакокрасочная технологии и механоактивация порошков ударно-истирающего типа. 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 малоуглового рентгеновского рассеяния; ИК, спектрофотометрия; микрорентгеноспектралный анализ; микроскопия (оптическая, СЭМ); термический анализ; низкотемпературная адсорбция азота; pH-метрия; определение величины угла смачивания, вольтамперометрия; импедансометрия; физико-химические и электрофизические методы опрделения свойств покрытий согласно ГОСТ и ISO (адгезия, прочность на удар, твердость, удельное объемное и поперечное сопротивление), методы исследования керамических материалов (гидростатическое взвешивание, определение микротвердости и модуля упругости). Использовались также лабораторные методы определения биологической активности получаемых материалов и покрытий – грибостойкость, биоцидная (фунги- и цитостатическая) активность и натурные климатические испытания защитно-декоративных покрытий в условиях двух климатических зон с тропическим климатов и в условиях очень холодного климата. В рамках выполнения работы были получены новые фундаментальные данные и практические результаты, связанные: - с разработкой новых составов органосиликатных защитных атмосферостойких, влагостойких, термо- и радиационностойких и электроизоляционных термостойких покрытий, защитных лакокрасочных многоматричных гибридных термостойких защитных покрытий и биоактивных доавок; - с изучением физико-химических процессов, лежащих в основе получения вышеуказанных материалов и покрытий; научно-обоснованным выбором компонентов органосиликатных и лакокрасочных композиций: связующих, наполнителей, пигментов, биоцидных добавок, влияющих на целевые свойства покрытий; выработкой рекомендаций по составам и по оптимизации методик их получения, в т. ч., для внедрения в производственные процессы на предприятиях, изготавливающих оборудование для АЭС и для судостроения. Разработанные покрытия и экологически безопасные биоцидные добавки могут найти применение для окраски оборудования АЭС и оснастки, находящихся под воздействием высоких температур и радиации, а также для защиты изделий и конструкций от биодеструкции. Приведены результаты атмосферных натурных испытаний органосиликатных защитных покрытий в Совместном росийско-вьетнамском тропическом научно-исследовательским и технологическом центре и на климатической станции ФТИПС им. В.П. Ларионова СО РАН. В процессе выполнения НИР была выпущена актуализированная версия технических условий ТУ 725-84-2024 «Композиции органосиликатные» взамен устаревшей версии ТУ 725-84-78 «Композиции органосиликатные». Новая версия ТУ внедрена на ряде предприятий атомной отрасли, изготавливающих оборудование для АЭС и на заводах изготовителях органосиликатных композиций, а также принята на учет в проектных институтах ГК «Росатом». Методами жидкофазного синтеза, в т.ч. с использование микрореактора, осуществлены синтезы наночастиц ряда технически ценных оксидов. Разработаны новые методики получения нанопорошков заданных составов. Проанализированы результаты исследования фазового состава, 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 прекурсоры для получения керамики. Сделан очередной вклад в создание материалов для современных устройств хранения энергии. Методом синтеза из водно-спиртовых растворов получен новый высокодисперсный материал для электродов псевдоконденсатора, который проявил высокую электрохимическую стабильность. Продолжены работы по расширению состава и совершенствованию технологии получения ксерогелей и нанопорошков для циркониевой керамики для газовых сенсоров. Нанопорошки сложных оксидов также получены с использованием микрореатора, что делает перспективным процессы их масштабирования. Продолжены исследованы по использованию приемов механоактивации для диспергрования и модификации органическими и неорганическими реагентами природных цеолитов – клиноптилолитов для получения на их основе сорбентов и материалов для альтернатиной энергетики.