Электрофизические методы создания перспективных функциональных материалов и структур

---Как с практической, так и с научной точек зрения большой интерес представляют вопросы совершенствования и развития технологии синтеза различных новых материалов в виде наноразмерных частиц. Для ряда задач неоспоримым преимуществом обладают электрофизические методы, такие как электрический взрыв проволоки и искровой разряд в газовой среде, которые позволяют создавать уникальные наноразмерные порошки со сложным химическим составом и структурой. В этом направлении актуальным является исследование влияния режима синтеза на морфологию, степень агрегированности и капсулирование получаемых частиц нанопорошков. Особый интерес представляют работы по развитию метода искрового разряда, который дает возможность получения малых частиц (субнанометровый диапазон) металлов и их химических соединений. На основе структурированных и допированных наночастиц оптимизированного состава и композитов на их основе могут быть созданы материалы, имеющие высокую биологическую активность, обеспечивающие высокую степень контрастирования органов при визуализации и адресную доставку лекарственных препаратов, перспективные для создания селективно поглощающих излучение слоев, сплавов и их сложных оксидов с заданными характеристиками, топливных элементов и кислородных насосов. ---Перспективные конструкционные материалы, характеризующиеся, например высокой прочностью и низким удельным весом, могут быть созданы на основе металломатричных нанокомпозитов. Они состоят из металлической матрицы и включений из неметаллических усиливающих частиц. Наноразмерная структура таких материалов обеспечивает высокие механические свойства, а наличие включений стабилизирует такую структуру в широком температурном интервале. Метод магнито-импульсного прессования хорошо апробирован в нашем институте для решения этой актуальной задачи. ---Важной научной и технической задачей являются увеличение ресурса работы проводников при многократной генерации сильных, 40–60 Тл, импульсных магнитных полей микросекундного диапазона длительности, применяемых, в частности, в технологиях магнито-импульсного прессования, сварки соударением, электроиндукционного ускорения тел, фокусировки электронных пучков и т.д. Для увеличения срока службы индуктора магнитного поля целесообразно модифицировать его поверхностный слой путем создания градиентов электро- и теплопроводности. Это позволит управлять процессом диффузии магнитного поля в толщу проводника и влиять на величину и характер тепловыделения. Актуальность исследований электрического взрыва проводников в режиме скинирования тока обусловлена проблемой эффективности транспортировки электромагнитной энергии в вакуумных передающих линиях проектируемых отечественных мультимегаамперных генераторах, которые в перспективе могут быть использованы для реализации схем инерциального термоядерного синтеза. ---Разработка и создание новых энергетических технологий водородной энергетики на основе твердооксидных топливных элементов (ТОТЭ) является актуальной проблемой. Общей задачей при разработке высокотемпературных электрохимических устройств на твердых электролитах остается снижение внутреннего сопротивления, которое складывается из омического и поляризационного. Подходы к снижению омического сопротивления, которое обусловлено в основном сопротивлением электролита, хорошо известны: снижение толщины электролита и поиск более проводящих материалов. Снижение поляризационного сопротивления, обусловленного скоростью протекания реакций на электродах - более сложная задача. Поляризационное сопротивление зависит не только от материала электрода, к которому предъявляется ряд жестких требований, но и от его микроструктуры. В настоящее время нет однозначного ответа на вопрос, какая структура электрода является «оптимальной». Предлагаемые работы направлены на решение указанных проблем. ---Перспективной технологией формирования структур ТОТЭ является технология электрофоретического осаждения (ЭФО), которая позволяет проводить осаждение покрытий сложного химического состава из суспензий порошковых материалов с различной дисперсностью на подложках произвольной формы. Преимущество метода ЭФО заключается в отсутствии необходимости применения дорогостоящего оборудования, в том числе, вакуумного оборудования, что является актуальным при промышленном освоении и реализации программ импортозамещения в РФ. --- Создание новых структурированных материалов требует развития методов исследования их свойств, как оптических так и электрофизических. Оптические методы на основе структурированного излучения позволят расширить возможности получения информации о свойствах материалов. ---Разработка новых нетрадиционных методов обработки, обеспечивающих формирование уникальных функциональных свойств материалов, является актуальной задачей, как с научной, так и с технологической точек зрения. Полученные в ходе выполнения фундаментальные и практические результаты позволят осуществить более широкое применение экологически чистых и ресурсосберегающих ионно-плазменных технологий. Перспективность предлагаемых технологий на основе использования радиационно-динамических эффектов заключается также в использования относительно недорогих и доступных в отношении технических решений имплантеров, разрабатываемых в Институте электрофизики УрО РАН (по сравнению с дорогостоящим и технически сложным оборудованием для высокоэнергетических ионов).