Тема № 45.6. Физико-химические основы создания нового поколения функциональных материалов.

Целью НИР является разработка универсальных методик получение многофункциональных материалов включая координационные соединения металлов, композиционные пленочные структуры, материалы биомедицинского назначения и др., и создание физико-химических основ соответствующих технологических процессов. НИР направлена на применение высокотехнологичных синтетических приемов и современных эффективных химико-технологических процессов для создания новых и усовершенствования известных функциональных материалов. Актуальность исследования определяется тем, что в настоящее время передовые отрасли отечественной промышленности не могут устойчиво развиваться и быть конкурентоспособными на мировых рынках без внедрения новых материалов с высокими функциональными характеристиками и новых технологических процессов с улучшенными технико-экономическими показателями. Успешная реализация проекта позволит сократить сроки внедрения результатов фундаментальных исследований и повысить эффективность поисковых и прикладных разработок новых материалов и технологий для гражданского, двойного и специального назначения, достигнуть нового уровня производства изделий отечественной электроники, машиностроения с показателями энерго- и ресурсоэффективности и природосбережения, соответствующих лучшим мировым достижениям, обеспечить успешную и экономически выгодную переработку техногенных отходов. Реализация исследований в рамках научно-исследовательской работы предполагает решение актуальных задач Программы фундаментальных научных исследований государственных академий наук (направление №45. «Научные основы создания новых материалов с заданными свойствами и функциями, в том числе высокочистых и наноматериалов») с учетом основных положений Стратегии научно-технологического развития РФ. В рамках НИР планируется решить такие актуальные задачи, как: 1. Синтез и анализ функциональных характеристик новых квазидвумерных гибридных материалов на основе слоистых гидроксидов редкоземельных элементов, модифицированных индигоидными и азокрасителями. Детальный анализ физико-химических свойств и термического поведения полученных соединений, анализ процессов интеркаляции индигоидных красителей в слоистые гидроксиды редкоземельных элементов. 2. Синтез высокоанизотропных комплексов кобальта и железа, получение магниторазбавленных со-кристаллов с диамагнитными комплексами цинка и диамагнитными органическими ко-формерами. Подготовка молекулярных комплексов для внедрения в матрицу SiO2 и получения соответствующих гибридных материалов. 3. Исследование процессов формирования наноразмерных оксидных частиц в системе Al2O3-ZnO и других оксидов, обладающих высокой электронной проводимостью, разработка методики получения на их основе стабильных дисперсных систем в органо-неорганических дисперсионных средах, подходящих для применения в качестве функциональных чернил при формировании планарных проводящих наноструктур соответствующего состава с помощью струйной печати высокого разрешения. 4. Синтез наноразмерного оксида ванадия(V) (и других оксидов, обладающих электрохромными свойствами) с анизотропной структурой частиц. Полученные наночастицы будут применяться для получения на их основе стабильных дисперсных систем, подходящих по своим реологическим характеристикам для применения в качестве функциональных чернил при формировании планарных электрохромных наноструктур с помощью струйной печати высокого разрешения. Разработка методов получения широкого круга моноалкиламмониевых производных клозо-боратных анионов) [B10H9NH2R] и [B12H11NH2R] (где R = Et, nPr, nBu и др.), в т.ч. с использованием реакций метатезиса катионов, изучение механизмов образования целевых соединений. Изучение термических свойств полученных соединений в широком интервале температур (в инертной среде), изучение термического поведения получаемых пиролизом твердых материалов на воздухе. 5. Изучение селективных способов синтеза производных анионов B10H102- и B12H122, в том числе молекулярных, - прекурсоров фаз системы B-N-C через взаимодействие нитрилиевых замещенных с соответствующими аминами. Разработка методов синтеза прекурсоров с заданным соотношением B:N:C. Систематическое изучение процесса пиролиза и состава образующихся при этом дисперсных материалов. 6. Разработка методов стереолитографической печати трехмерных керамических материалов на основе диоксида титана. Оптимизация методики стереолитографической печати для различных дисперсий диоксида титана. Анализ степени усадки материалов, полученных методом стереолитографии, при их термическом отжиге. 7. Синтез комплексов диспрозия и иттербия, получение магниторазбавленных со-кристаллов с диамагнитными комплексами лантана/иттрия и диамагнитными органическими ко-формерами, подготовка молекулярных комплексов для внедрения в матрицу SiO2 с целью получения соответствующих гибридных материалов. 8. Разработка физико-химических основ экстракционных процессов утилизации синтезированных многофункциональных материалов с использованием принципов замкнутого цикла. По мере решения указанных задач будут разработаны оригинальные подходы к синтезу и исследованию перспективных функциональных гибридных материалов различного назначения, предполагающие применение энерго- и ресурсосберегающих технологий, современных методов физико-химического анализа, приборной базы, оснащенной необходимым оборудованием. Внедрение разработанных подходов будет способствовать реализации долговременных устойчивых тенденций развития науки, техники, технологии в России, а также развитию материаловедения и модернизации различных наукоемких отраслей промышленности РФ. При реализации НИР будут достигнуты следующие результаты: 1. Будут получены новые соединения на основе слоистых гидроксидов редкоземельных элементов, интеркалированных индигоидными и азокрасителями и разработаны методы их получения. Будет проведено сопоставление оптических характеристик красителей, интеркалированных в межслоевое пространство слоистых гидроксидов, с характеристиками свободных красителей, определены перспективы практического использования таких гибридных материалов. 2. Будут получены координационные соединения кобальта(II) и железа(II), обладающих высокой магнитной анизотропией, изучены их состав, строение и свойства. Будут разработаны и оптимизированы методики получения со-кристаллов парамагнитных комплексов и комплексов цинка и/или диамагнитными органическими ко-формерами. Будут исследованы состав, строение и физико-химические свойства полученных образцов и построены корреляции «структура-магнитные свойства». 3. Будет изучен процесс формирования наноразмерных оксидных частиц AZO и других оксидов, обладающих высокой электронной проводимостью, разработана методика получения на их основе стабильных дисперсных систем в органо-неорганических дисперсионных средах для применения в качестве функциональных чернил при формировании планарных проводящих наноструктур с помощью струйной печати высокого разрешения. Будут определены электропроводность получаемых оксидных тонких плёнок и коэффициент пропускания в видимом диапазоне излучения. Будут изучены микроструктурные и функциональные характеристики полученных планарных наноструктур, исследованы электрофизические свойства. 4. Будут разработаны препаративные методики синтеза чистых производных кластерных анионов B10H102- и B12H122- с заданным соотношением B:N:C. Для рядов родственных соединений будут систематически установлены и описаны закономерности в термическом поведении, а также составе продуктов термолиза и оценены условия их эксплуатации. 5. Методом стереолитографии будут получены новые керамические объемные материалы на основе фотоактивного диоксида титана, характеризующиеся повышенной механической прочностью. Будут предложены составы суспензий на основе диоксида титана, пригодные для проведения стереолитографической печати и определены оптимальные условия печати. 6. Будут получены координационные соединения диспрозия, иттербия и лантана, обладающих высокой магнитной анизотропией, изучены их состав, строение и свойства. Будут разработаны и оптимизированы методики получения со-кристаллов парамагнитных комплексов и комплексов лантана/иттрия и/или диамагнитными органическими ко-формерами. Будут исследованы состав, строение и физико-химические свойства полученных образцов и построены корреляции «структура-магнитные свойства». 7. Будут разработаны физико-химические основы экстракционных процессов переработки синтезированных металлсодержащих материалов. Будут предложены составы экстракционных систем на основе ионных жидкостей и разработано аппаратурное оформление для эффективного выделения целевых компонентов и их дальнейшего использования в синтезе функциональных материалов. 8. Будет изучен процесс гидротермального синтеза наноразмерного оксида ванадия(V) (и других оксидов, обладающих электрохромными свойствами) с анизотропной структурой частиц. С использованием полученных оксидных наночастиц будет разработана методика получения на их основе стабильных дисперсных систем для применения в качестве функциональных чернил при формировании планарных электрохромных наноструктур с помощью струйной печати высокого разрешения. Будут изучены электрохромные свойства сформированных тонких оксидных плёнок, их микроструктурные и функциональные характеристики. 9. Будут разработаны и оптимизированы методы синтеза беспримесных образцов производных типа [B10H9NH2R] и [B12H11NH2R] с широко варьируемым мольным соотношением B:N:C в целевых продуктах. Будут установлены ключевые закономерности между элементным составом, строением, термическим поведением прекурсора и фазовым, а также химическим составом твердых продуктов термического разложения соответствующих веществ. Выполнение НИР будет способствовать разработке универсальных принципов создания функциональных гибридных материалов различного практического назначения, решению актуальных материаловедческих проблем, реализации современных моделей построения эффективных научных исследований веществ и соединений с перспективными свойствами.