Министерство образования и науки Российской Федерации
Государственная корпорация по атомной энергии «Росатом»
Федеральное государственное унитарное предприятие «Ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательский физико-химический институт имени Л.Я. Карпова»
| УДК 378.241; 378.046.4 | УТВЕРЖДАЮ | |
| ГР № 01201164888 | Генеральный директор ФГУП | |
| Инв. № 1460-2-2011 | «НИФХИ им. Л.Я. Карпова» | |
| __________________ С.А. Пастухов | ||
| «___» _________________ 2011 г. |
ОТЧЁТ
О РАБОТЕ
по Государственному контракту № 16.647.11.2003 от «18» октября 2010 г.
Всероссийская школа-семинар студентов, аспирантов и молодых ученых по тематическому направлению деятельности национальной нанотехнологической сети «Композитные наноматериалы»
Шифр «2010-1.1-136-031-009»
Этап 4. ПРОВЕДЕНИЕ ВСЕРОССИЙСКОЙ ШКОЛЫ-СЕМИНАРА СТУДЕНТОВ, АСПИРАНТОВ И МОЛОДЫХ УЧЁНЫХ ПО ТЕМАТИЧЕСКОМУ НАПРАВЛЕНИЮ РАЗВИТИЯ ННС «КОМПОЗИТНЫЕ НАНОМАТЕРИАЛЫ» В 2011 ГОДУ И ОПРОСА УЧАСТНИКОВ ШКОЛЫ-СЕМИНАРА
(заключительный)
Часть 1
| Заместитель генерального директора по научной работе доктор технических наук | |||
| профессор | _____________________ | Е.В. Кузнецов | |
| Руководитель темы | |||
| Заведующий лабораторией кандидат химических наук доцент | ______________________ | А.С. Смолянский | |
Москва 2011
СПИСОК ИСПОЛНИТЕЛЕЙ
| Руководитель работы Заведующий лабораторией, кандидат химических наук, доцент | ___________________ | А.С. Смолянский |
| «___» ______ 2011 г. | ||
| Младший научный сотрудник | ___________________ | В.Г. Черемисов |
| «___» ______ 2011 г. | ||
| Инженер-программист | ___________________ | А.В. Лунин |
| «___» ______ 2011 г. | ||
| Нормоконтролер | ___________________ | С.Г. Лакеев |
РЕФЕРАТ
Заключительный отчёт, 514 стр., 6 рис., 3 табл., 9 прил., 2 кн., 0 ист. инф.
Ключевые слова: НАУКА, НАНОТЕХНОЛОГИИ, МОЛОДОЙ УЧЁНЫЙ, АСПИРАНТ, СТУДЕНТ, ФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯ, ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ, КОМПОЗИТНЫЕ НАНОМАТЕРИАЛЫ
Объект исследования - научно-образовательная технология повышения уровня исследований по тематическому направлению деятельности национальной нанотехнологической сети (ННС) «Композитные наноматериалы», подготовка и повышение научной квалификации молодых учёных, аспирантов и студентов, привлечения молодёжи России к занятиям научной деятельностью в области нанотехнологий, пропаганда достижений науки и техники среди широких слоёв общественности России и стран-членов СНГ.
Цель работы - повышение качества подготовки и уровня квалификации студентов, аспирантов и молодых ученых в области тематического направления деятельности ННС «Композитные наноматериалы» на основе организации взаимного конструктивного обмена мнениями, данными и знаниями о состоянии и тенденциях развития науки и технологий.
Методы исследования – аналитический, когнитивный, социологический.
Осуществлен комплекс мероприятий по проведению Всероссийской школы-семинара студентов, аспирантов и молодых учёных по тематическому направлению развития ННС «Композитные наноматериалы» (далее – Школы). Школа проводится в соответствии с направлениями 2, 3 и 4 Федеральной целевой программы (ФЦП) «Развитие инфраструктуры наноиндустрии в Российской Федерации на 2008 – 2011 годы». Результаты работы:
1. На высоком научно-образовательном уровне проведена Всероссийская школа-семинар студентов, аспирантов и молодых учёных по тематическому направлению развития ННС «Композитные наноматериалы», в том числе:
- ведущими учёными ФГУП «НИФХИ им. Л.Я. Карпова» и других академических институтов и вузов прочитано 6 лекций;
- организованы и проведёны два мастер-класса и один «круглый стол»;
- участниками школы-семинара прочитано и обсуждено 50 докладов студентов, аспирантов и молодых учёных;
- общее число участников работы Школы - 154 человека.
2. Организован и проведён опрос участников Школы по актуальным проблемам направления «Композитные наноматериалы». Результаты опроса подвергнуты анализу и обобщению.
3. Подготовлен оригинал-макет сборника трудов Школы в 2011 году.
4. По итогам работы осуществлена актуализация и модернизация базы данных участников Школы и сайта http://www.nifhi.org.ru.
5. Осуществлено издание тиражом 300 (триста) экземпляров сборника трудов Всероссийской школ-семинара студентов, аспирантов и молодых учёных по тематическому направлению развития ННС «Композитные наноматериалы» в 2011 году.
6. Произведена рассылка сборника трудов и сборников тезисов участникам Школы в 2011 году.
7. Подготовлены информационно-аналитические материалы и сведения об освещении проведения Всероссийской школы-семинара студентов, аспирантов и молодых учёных по тематическому направлению развития ННС «Композитные наноматериалы» в 2011 году в СМИ, в том числе, - представлены материалы, размещенные на федеральном интернет-портале «Нанотехнологии и наноматериалы».
Основные показатели:
1. Количество фактических участников Всероссийской школы-семинара студентов, аспирантов и молодых учёных по тематическому направлению развития ННС «Композитные наноматериалы» - 154 человека.
2. Количество субъектов РФ, которые представляют участники Всероссийской школы-семинара студентов, аспирантов и молодых учёных по тематическому направлению развития ННС «Композитные наноматериалы» - 18 единиц.
3. Количество публикаций в СМИ с освещением работы Всероссийской школы-семинара студентов, аспирантов и молодых учёных по тематическому направлению развития ННС «Композитные наноматериалы» - 6 единиц.
4. Доля привлечённых на выполнение работ внебюджетных средств от объёма средств федерального бюджета – 150000 (Сто пятьдесят тысяч) рублей.
Степень внедрения – разработанные по итогам работы Школы рекомендации и предложения, данные социологического опроса будут использованы: а) при подготовке законодательных инициатив членами Комитета по науке и наукоёмким технологиям Государственной Думы Российской Федерации, б) для уточнения действующих в вузах страны образовательных программ по физической химии, электрохимии, процессам и аппаратам, нанотехнологиям и т.д.; в) в исследованиях, проводимых учёными России и мира в области композитных наноматериалов; г) для пропаганды достижений российских учёных среди широких слоёв населения страны и мира.
Область применения - система образования и науки России.
Экономическая эффективность:
- повышение уровня научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ в области композитных наноматериалов;
- повышение мобильности научных кадров России, укрепление связей между учёными и специалистами из различных регионов России, стран ближнего и дальнего зарубежья;
- достижение синергетического эффекта за счёт организации и проведения совместных научно-исследовательских работ, сокращения вероятности дублирования тематики НИОКР.
Прогнозные предположения о развитии объекта исследования: высокий научный и организационный уровень Всероссийской школы-семинара студентов, аспирантов и молодых учёных по тематическому направлению развития ННС «Композитные наноматериалы» в 2011 году, положительные отзывы от участников и гостей Школы, необходимость дальнейшей пропаганды достижений науки и техники среди широких слоёв населения России, воспитания чувства уважения, патриотизма и гордости за российскую науку среди молодёжи страны, позволяют сделать вывод о необходимости придания Школе статуса ежегодной и международной.
СОДЕРЖАНИЕ
| № | Наименование раздела | Страница |
| Часть 1 | ||
| Введение | 14 | |
| 1 | Проведение Всероссийской школы-семинара студентов, аспирантов и молодых учёных по тематическому направлению развития ННС «Композитные наноматериалы» в 2011 году, организация и проведение учебных занятий, предусмотренных регламентом проведения школы-семинара, с привлечением ведущих российских учёных 1.1 Общая информация о мероприятии 1.2 Выступление первого заместителя генерального директора ФГУП «НИФХИ им. Л.Я. Карпова» Салько А.Е. на открытии Всероссийской школы-семинара студентов, аспирантов и молодых учёных по тематическому направлению развития ННС «Композитные наноматериалы» 1.3 Мастер-класс по современным оптическим, электронно-ионным и рентгеновским методам анализа композитных материалов 1.4 Лекция Трахтенберга Л.И. «Металлсодержащие композиты: синтез, структура, свойства и применение» 1.5 Лекция Салько А.Е., Абрамова П.И. и Кузнецова Е.В. «Современные тенденции в развитии исследований в области создания и изучения свойств нанокомпозитных материалов в ФГУП «НИФХИ им. Л.Я. Карпова» 1.6 Лекция Фиговского О.Л. «Новые технологии: от макро- до нано- (обзор новейших разработок)» 1.7 Лекция Островского В.Е. «Происхождение Солнечной Системы: от наночастиц – к планетам» 1.8 Лекция Богородской М.А. «Радионуклидная диагностика и техника интраоперационной хирургии» 1.9 Лекция Устынюка Ю.А. «Новые пути активации химических связей в молекулах» 1.10 Круглый стол «Проблемы инвестиций и инновационного менеджмента в области материаловедения композитных | 17 17 19 26 28 33 41 45 47 53 55 |
Продолжение таблицы
| № | Наименование раздела | Страница |
| наноматериалов». Ведущие: Абрамов П.И. (ФГУП «НИФХИ им. Л.Я. Карпова, Москва), Егоров А.В. (ООО «Сигма.инновации», Новосибирск) 1.11 Сообщения студентов, аспирантов и молодых учёных, представленные на Всероссийскую школу-семинар по тематическому направлению развития ННС «Композитные наноматериалы» в 2011 году 1.12 Итоги Всероссийской школы-семинара студентов, аспирантов и молодых учёных по тематическому направлению развития ННС «Композитные наноматериалы» | 58 76 | |
| 2 | Организация и проведение опроса участников школы-семинара по актуальным проблемам направления «Композитные наноматериалы», анализ и обобщение результатов опросов 2.1 Форма итогового опросника участников Всероссийской школы-семинара студентов, аспирантов и молодых учёных по тематическому направлению ННС «Композитные наноматериалы» в 2011 году 2.2 Обобщённые данные по результатам проведённого итогового опроса участников школы-семинара 2.3 Особенности социально-культурных ценностей личности, которые стимулируют занятия научной деятельностью 2.4 Анализ и обобщение результатов социологического опроса | 80 80 87 95 101 |
| Заключение | 111 | |
| Приложение А Список регионов РФ и других стран, представители которых принимали участие в работе Всероссийской школы-семинара студентов, аспирантов и молодых учёных по тематическому направлению развития ННС «Композитные наноматериалы» (11 – 14 апреля 2011 года, база отдыха «Ростелеком», посёлок Бекасово Московской области) | 112 | |
| Приложение Б Список организаций, представители которых принимали участие в работе Всероссийской школы-семинара студентов, аспирантов и молодых учёных по тематическому направлению развития ННС «Композитные наноматериалы» в | 113 |
Продолжение таблицы
| № | Наименование раздела | Страница |
| 2011 году | ||
| Приложение В Список участников Всероссийской школы-семинара студентов и аспирантов, молодых учёных по тематическому направлению национальной нанотехнологической сети «Композитные наноматериалы» в 2011 году | 115 | |
| Приложение Г Список лекций, включённых в программу работы Всероссийской школы-семинара студентов, аспирантов и молодых учёных по тематическому направлению национальной нанотехнологической сети «Композитные наноматериалы» в 2011 году | 124 | |
| Приложение Д Список докладов, представленных для включения в программу Всероссийской школы-семинара студентов, аспирантов и молодых учёных по тематическому направлению национальной нанотехнологической сети «Композитные наноматериалы» в 2011 году | 125 | |
| Приложение Е Список рассылки сборника трудов Всероссийской школы-семинара студентов, аспирантов и молодых учёных по тематическому направлению национальной нанотехнологической сети «Композитные наноматериалы» в 2011 году | 131 | |
| Приложение Ж К итогам Всероссийской школы-семинара студентов, аспирантов и молодых учёных по тематическому направлению развития национальной нанотехнологической сети «Композитные наноматериалы» в 2011 году | 135 | |
| Приложение И Отчёт о проведении школы-семинара студентов, аспирантов и молодых учёных по тематическому направлению развития ННС «Композитные наноматериалы» в 2011 году | 149 | |
| Часть 2 | ||
| Приложение К Сборник трудов Всероссийской школы-семинара студентов, аспирантов и молодых учёных по тематическому направлению развития ННС «Композитные наноматериалы» | 240 |
НОРМАТИВНЫЕ ССЫЛКИ
В настоящем отчёте использованы ссылки на следующие стандарты:
ГОСТ 2.105-95 Единая система конструкторской документации. Общие требования к текстовым документам
ГОСТ 2.601-95 Единая система конструкторской документации. Эксплуатационная документация
ГОСТ 27300-87 Информационно-измерительные системы. Общие требования, комплектность и правила составления эксплуатационной документации
ГОСТ 7.32-2001 Система стандартов по информации, библиотечному и издательскому делу. Отчёт о научно-исследовательской работе. Структура и правила оформления
ГОСТ 7.1-2003 Система стандартов по информации, библиотечному и издательскому делу. Библиографическая запись. Библиографическое описание. Общие требования и правила составления
ГОСТ 7.9-95 (ИСО 214-76) Система стандартов по информации, библиотечному и издательскому делу. Реферат и аннотация. Общие требования
ГОСТ 7.12-93 Система стандартов по информации, библиотечному и издательскому делу. Библиографическая запись. Сокращение слов на русском языке. Общие требования и правила
ГОСТ 19.001-77 (1987) Единая система программной документации. Общие положения
ГОСТ 19.701-90 (ИСО 5807-85) Единая система программной документации. Схемы алгоритмов и программ. Правила выполнения
ГОСТ 19.701-90 (ИСО 5807-85) Единая система программной документации. Схемы алгоритмов и программ. Обозначение условные графические
ГОСТ 19.005-85 Единая система программной документации. Р-схемы алгоритмов и программ. Обозначения условные графические и правила выполнения
ГОСТ 19.101-77 (СТ СЭВ 1626-79) (1987) Единая система программной документации. Виды программ и программных документов
ГОСТ 19.102-77 Единая система программной документации. Стадии разработки
ГОСТ 19.103-77 Единая система программной документации. Обозначения программ и программных документов
ГОСТ 19.104-78 (СТ СЭВ 2088-80) (1987) Единая система программной документации. Основные надписи
ГОСТ 19.105-78 (СТ СЭВ 2088-80) (1987) Единая система программной документации. Общие требования к программным документам
ГОСТ 19.106-78 (СТ СЭВ 2088-80) (1987) Единая система программной документации. Требования к программным документам, выполненным печатным способом
ГОСТ 19.201-78 (СТ СЭВ 1627-79) (1987) Единая система программной документации. Техническое задание. Требования к содержанию и оформлению
ГОСТ 19.202-78 (СТ СЭВ 2090-80) (1987) Единая система программной документации. Спецификация. Требования к содержанию и оформлению
ГОСТ 19.301-79 (СТ СЭВ 3747-82) (1987) Единая система программной документации. Программа и методика испытаний. Требования к содержанию и оформлению
ГОСТ 19.401-78 (СТ СЭВ 3746-82) (1987) Единая система программной документации. Текст программы. Требования к содержанию и оформлению
ГОСТ 19.402-78 (СТ СЭВ 2092-80) (1987) Единая система программной документации. Описание программы
ГОСТ 19.403-79 (1987) Единая система программной документации. Ведомость держателей подлинников
ГОСТ 19.404-79 (1987) Единая система программной документации. Пояснительная записка. Требования к содержанию и оформлению
ГОСТ 19.501-78 (1987) Единая система программной документации. Формуляр. Требования к содержанию и оформлению
ГОСТ 19.502-78 (СТ СЭВ 2093-80) (1987) Единая система программной документации. Описание применения. Требования к содержанию и оформлению
ГОСТ 19.503-79 (СТ СЭВ 2094-80) (1981) Единая система программной документации. Руководство системного программиста. Требования к содержанию и оформлению
ГОСТ 19.504-79 (СТ СЭВ 2095-80) (1987) Единая система программной документации. Руководство программиста. Требования к содержанию и оформлению
ГОСТ 19.505-79 (СТ СЭВ 2096-80) (1981) Единая система программной документации. Руководство оператора. Требования к содержанию и оформлению
ГОСТ 19.506-79 (СТ СЭВ 2097-80) (1987) Единая система программной документации. Описание языка. Требования к содержанию и оформлению
ГОСТ 19.507-79 (СТ СЭВ 2091-80) (1981) Единая система программной документации. Ведомость эксплуатационных документов
ГОСТ 19.508-79 (1987) Единая система программной документации. Руководство по техническому обслуживанию. Требования к содержанию и оформлению
ГОСТ 19.601-78 Единая система программной документации. Общие правила дублирования, учета и хранения
ГОСТ 19.602-78 (1987) Единая система программной документации. Правила дублирования, учета и хранения программных документов, выполненных печатным способом
ГОСТ 19.603-78 (СТ СЭВ 2089-80) (1987) Единая система программной документации. Общие правила внесения изменений
ГОСТ 19.604-78 (1981) Единая система программной документации. Правила внесения изменений в программные документы, выполненные печатным способом
ОПРЕДЕЛЕНИЯ, ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ
В настоящем отчёте применяют следующие термины с соответствующими определениями, обозначениями и сокращениями:
| БГ | 1,3-бутиленгликоль |
| БД | База данных |
| ВАО | Высокоактивные отходы |
| ГКС | [метод] газофазного криохимического синтеза |
| ДНК | Дезоксирибонуклеиновая кислота |
| ДСК | Дифференциальная сканирующая калориметрия |
| ГД РФ | Государственная Дума Российской Федерации |
| ГУ МРНЦ РАМН | Государственное учреждение Медицинский радиационный научный центр Российской академии медицинских наук |
| ГОУ ВПО «МГУ ПБ» | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Московский государственный университет прикладной биологии» |
| ГОУ ВПО «РХТУ им. Д.И. Менделеева» | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева» |
| ЖРО | Жидкие радиоактивные отходы |
| ИК | Инфракрасная [спектроскопия] |
| ИП | Изомерный переход |
| ИТ | Информационные технологии |
| КР | Комбинационное рассеяние |
| КТ | Компьютерная томография |
| МО | Молекулярная орбиталь |
| МСКЭ | Мессбауэровская спектроскопия конверсионных электронов |
| МЭЭ | Магнитоэлектрический эффект |
| НИОКР | Научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы |
| ННС | Национальная нанотехнологическая сеть |
| НТД | Нормативно-техническая документация |
| НЧ | Наночастица |
| ОФЭКТ | Однофотонная эмиссионная компьютерная томография |
| ОЯТ | Отработавшее ядерное топливо |
| ПОБ | поли-3-оксибутират |
| ПП | Полипропилен |
| ППК | Поли-пара-ксилилен |
| ПТФЭ | Политетрафторэтилен |
| ПЭ | Полиэтилен |
| ПЭМ | Просвечивающая электронная микроскопия |
| ПЭТ | Позитронно-эмиссионная томография |
| РИА | Радиоиммунный анализ |
| РЛП | «Рыхлая льюисовская пара» |
| РФП | Радиофармпрепарат |
| РФФИ | Российский фонд фундаментальных исследований |
| СВМПЭ | Сверхвысокомолекулярный полиэтилен |
| СМИ | Средства массовой информации |
| СС | Солнечная Система |
| УДА | Ультрадисперсные алмазы |
| УНВ | Углеродные нановолокона |
| УНТ | Углеродные нанотрубки |
| ФГУП «НИФХИ им. Л.Я. Карпова» | Федеральное государственное унитарное предприятие «Ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательский физико-химический институт имени Л.Я. Карпова» |
| ФМР | Ферромагнитный резонанс |
| ФЦП | Федеральная целевая программа |
| ЦВА | Циклическая вольт-амперометрия [метод] |
| ЦИСН | Центр исследований и статистики науки |
| Школа | Всероссийская школа-семинар студентов, аспирантов и молодых учёных «Научный потенциал - ХХI» |
| ЯМР | Ядерный магнитный резонанс |
ВВЕДЕНИЕ
В настоящем заключительном отчёте по четвёртому этапу работ по обеспечению проведения Всероссийской школы-семинара студентов, аспирантов и молодых ученых по тематическому направлению деятельности национальной нанотехнологической сети (ННС) «Композитные наноматериалы», приведены результаты научно-организационных мероприятий, выполненных в Федеральном государственном унитарном предприятии «Ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательском физико-химическом институте имени Л.Я. Карпова» (ФГУП «НИФХИ им. Л.Я. Карпова) по заказу Министерства образования и науки Российской Федерации (Минобрнауки РФ), в рамках государственного контракта от «18» октября 2010 года № 16.647.11.2003 на выполнение работ по обеспечению проведения Всероссийской школы-семинара студентов, аспирантов и молодых ученых по тематическому направлению деятельности национальной нанотехнологической сети «Композитные наноматериалы», шифр 2010-02-2.3-05, этап №4: «Проведение всероссийской школы-семинара студентов, аспирантов и молодых учёных по тематическому направлению развития ННС «Композитные наноматериалы» в 2011 году и опроса участников школы-семинара».
Основание для выполнения работы - Решение Конкурсной комиссии Минобрнауки РФ № 2010-16-1НАНО (протокол от 06 октября 2010 г. № 7).
Работа по обеспечению проведения Всероссийской школы-семинара студентов, аспирантов и молодых ученых по тематическому направлению деятельности ННС «Композитные наноматериалы», шифр 2010-02-2.3-05, этап 4: «Проведение всероссийской школы-семинара студентов, аспирантов и молодых учёных по тематическому направлению развития ННС «Композитные наноматериалы» в 2011 году и опроса участников школы-семинара», выполняется в соответствии со следующими пунктами календарного плана:
4.1. Проведение всероссийской школы-семинара по направлению «Композитные наноматериалы», организация и проведение учебных занятий, предусмотренных регламентом проведения школы-семинара, с привлечением ведущих российских учёных.
4.2. Организация и проведение опроса участников школы-семинара по актуальным проблемам направления «Композитные наноматериалы», анализ и обобщение результатов опросов.
4.3. Подготовка макета сборника трудов школы-семинара студентов, аспирантов и молодых учёных.
4.4. Издание сборников трудов всероссийских школ-семинаров студентов, аспирантов и молодых учёных по тематическому направлению развития ННС «Композитные наноматериалы» в 2010 и 2011 годах.
4.5. Рассылка сборников трудов участникам всероссийских школ-семинаров студентов, аспирантов и молодых учёных по тематическому направлению развития ННС «Композитные наноматериалы» в 2010 и 2011 годах.
4.6. Подготовка информационно-аналитических материалов и сведений об освещении проведённых мероприятий в СМИ, включая их представление для размещения на федеральном интернет-портале «Нанотехнологии и наноматериалы».
Цель выполнения работы - повышение качества подготовки и уровня квалификации студентов, аспирантов и молодых ученых в области тематического направления деятельности ННС «Композитные наноматериалы» на основе организации взаимного конструктивного обмена мнениями, данными и знаниями о состоянии и тенденциях развития науки и технологий.
Стремительные темпы развития исследований в области нанотехнологий, поиски практических применений вновь полученных результатов НИОКР, необходимость консолидации учёных из различных регионов России в части постановки и развития новых направлений исследований в области композитных наноматериалов, совместного решения актуальных проблем, снижения вероятности дублирования НИР, привлечения молодёжи к занятиям научной деятельностью в области создания композитных наноматериалов и развития нанотехнологий, вызывают необходимость проведения Всероссийской школы-семинара студентов, аспирантов и молодых учёных по тематическому направлению ННС «Композитные наноматериалы», посвящённой рассмотрению и обсуждению:
- актуальных проблем развития тематического направления ННС «Композитные наноматериалы»,
- выявлению и анализу причин и факторов, неблагоприятно влияющих на развитие НИОКР по тематическому направлению ННС «Композитные наноматериалы» в стране,
- получению необходимой информации о современном состоянии исследований в области композитных наноматериалов в стране, о кадрово-возрастном составе научных сотрудников, выполняющих НИОКР в рассматриваемой области науки;
- получению прогнозных оценок и подготовке рекомендаций для разработки соответствующих законодательных инициатив в Комитеты по науке и наукоёмким технологиям и образованию Государственной Думы Российской Федерации (ГД РФ).
ФГУП «НИФХИ им. Л.Я. Карпова», начиная с момента образования в 1918 г., выполнял лидирующую роль в развитии советской и российской химической промышленности, был и является одним из мировых центров развития научных исследований в области изучения фундаментальных проблем химии и химической технологии. В течение 90 лет существования в институте сложились и успешно функционируют научные школы по электрохимии, изучению физико-химических свойств дисперсных систем, кинетике и катализу, радиационному материаловедению, синтезу и исследованию свойств полимерных материалов, процессам и аппаратам, фотохимии и т.д.
Высокий научный уровень коллектива и мировой авторитет Карповского института способствовали проведению многочисленных семинаров, конференций, конгрессов, посвящённых рассмотрению различных актуальных проблем физической химии и химической технологии (в том числе – нанотехнологий) в течение всего периода существования института. ФГУП «НИФХИ им. Л.Я. Карпова» обладает необходимым научно-техническим потенциалом для проведения рассматриваемых мероприятий и в настоящее время. Следовательно, проведение Всероссийской школы-семинара студентов, аспирантов и молодых учёных по тематическому направлению развития ННС «Композитные наноматериалы» в Карповском институте является обоснованным, поскольку указанное мероприятие соответствует профилю и миссии ФГУП «НИФХИ им. Л.Я. Карпова», как центра исследований в области физической химии и нанотехнологий в России.
1 ПРОВЕДЕНИЕ ВСЕРОССИЙСКОЙ ШКОЛЫ-СЕМИНАРА СТУДЕНТОВ, АСПИРАНТОВ И МОЛОДЫХ УЧЁНЫХ, ОРГАНИЗАЦИЯ И ПРОВЕДЕНИЕ УЧЕБНЫХ ЗАНЯТИЙ, ПРЕДУСМОТРЕННЫХ РЕГЛАМЕНТОМ ПРОВЕДЕНИЯ ШКОЛЫ-СЕМИНАРА, С ПРИВЛЕЧЕНИЕМ ВЕДУЩИХ РОССИЙСКИХ УЧЁНЫХ
1.1 Общая информация о мероприятии
Министерство по образованию и науке Российской Федерации, Российский фонд фундаментальных исследований (РФФИ), Федеральное государственное унитарное предприятие «Ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательский физико-химический институт имени Л.Я. Карпова» (ФГУП «НИФХИ им. Л.Я. Карпова), совместно с представителями ведущих предприятий и высших учебных заведений Москвы и ряда регионов России в период с «11» апреля по «14» апреля 2011 года провели Всероссийскую школу-семинар студентов, аспирантов и молодых учёных по тематическому направлению деятельности ННС «Композитные наноматериалы» (далее - Школа).
Проведение Школы было осуществлено в рамках работ по государственному контракту от «18» октября 2010 г. № 16.647.11.2003 на работы по обеспечению проведения Всероссийской школы-семинара студентов, аспирантов и молодых учёных по тематическому направлению деятельности ННС «Композитные наноматериалы» (шифр «2010-1.1-136-031-009»).
Работа Школы проводилась в рамках направления 2 Федеральной целевой программы «Развитие инфраструктуры наноиндустрии в Российской Федерации на 2008 – 2011 годы», и в соответствии с тематикой НИОКР института.
В работе Школы приняли участие 154 человека, представлявших 38 научных учреждений, вузов и предприятий из 18 регионов страны, Израиля и Турции, а также коллектив Карповского института (Приложение А, Б).
В работе Школы участвовали три действительных члена и один член-корреспондент РАН, 25 докторов и 26 кандидатов наук, что обеспечило высокий научный уровень проведённого мероприятия.
Кроме того, среди участников и слушателей Школы было зарегистрировано 63 молодых учёных и молодых преподавателя (21 человек), аспиранта и студента (42 человека), что составляет 40,9% от общего числа участников Школы (Приложение В).
Во время работы Школы было прочитано 6 лекций и пленарных докладов, проведено два мастер-класса и «круглый стол», заслушано и обсуждено 50 секционных докладов (Приложение Г, Д).
В процессе подготовки к Школе были организованы и проведены следующие мероприятия:
- разработан регламент проведения Всероссийской школы-семинара студентов, аспирантов и молодых учёных по тематическому направлению деятельности ННС «Композитные наноматериалы»;
- разработан оригинал-макет учебно-методических материалов (сборник тезисов, регламент, анкета для проведения социологического опроса) Всероссийской школы-семинара студентов, аспирантов и молодых учёных по тематическому направлению деятельности ННС «Композитные наноматериалы»;
- разработан комплект дидактических материалов для работы профессорско-преподавательского состава – лекторов Всероссийской школы-семинара студентов, аспирантов и молодых учёных по тематическому направлению деятельности ННС «Композитные наноматериалы»;
- создана база данных участников Всероссийской школы-семинара студентов, аспирантов и молодых учёных по тематическому направлению деятельности ННС «Композитные наноматериалы»;
- разработан комплект информационно-справочных и раздаточных материалов участника Всероссийской школы-семинара студентов, аспирантов и молодых учёных по тематическому направлению деятельности ННС «Композитные наноматериалы», в том числе: пакет, ручка, сборник тезисов, регламент и научная программа школы-семинара, учебно-методические материалы и анкета для социологического опроса;
- разработаны методические рекомендации по подготовке и проведению двух мастер-классов в рамках Всероссийской школы-семинара студентов, аспирантов и молодых учёных по тематическому направлению деятельности ННС «Композитные наноматериалы»;
- осуществлено размещение информации о проведении Всероссийской школы-семинара студентов, аспирантов и молодых учёных по тематическому направлению деятельности ННС «Композитные наноматериалы» на сайте ФГУП «НИФХИ им. Л.Я. Карпова» http://www.nifhi.ru, сайте школы-семинара http://www.nifhi.org.ru, а также подготовлена информация для размещения на Федеральном интернет-портале «Нанотехнологии и наноматериалы».
Вопросы, связанные с подготовкой к проведению Школы, неоднократно обсуждались на заседаниях Учёного совета и совещаниях администрации института. Своевременное выполнение вышеуказанных и других мероприятий позволило создать основу для успешного проведения Школы.
Заседания Школы были проведены с «11» апреля по «14» апреля в бизнес-центре базы отдыха «Ростелеком» (залы «Конгресс», «Брифинг», «Песчаный»).
1.2 Выступление первого заместителя генерального директора ФГУП «НИФХИ им. Л.Я. Карпова» Салько А.Е. на открытии Всероссийской школы-семинара студентов, аспирантов и молодых учёных по тематическому направлению развития ННС «Композитные наноматериалы»
Работа Школы началась с церемонии открытия, во время которой осуществлялась протокольная видеосъёмка. С приветственным словом выступил первый заместитель генерального директора ФГУП «НИФХИ им. Л.Я. Карпова» доктор технических наук профессор Салько А.Е. (рисунок 1).
Рисунок 1 – Первый заместитель генерального директора ФГУП «НИФХИ им. Л.Я. Карпова» Салько А.Е. во время открытия школы-семинара
В своём выступлении Салько А.Е. отметил, что, в соответствии с Уставом, деятельность ФГУП «НИФХИ им. Л.Я. Карпова» развивается в рамках следующих направлений:
- новые полимерные, композиционные и биосовместимые материалы. Наногетерогенные материалы и нанокерамика;
- неравновесные процессы в химии, химической технологии и материаловедении. Новые катализаторы и технологии каталитического синтеза химических продуктов с заданными свойствами;
- электрохимия и коррозия металлов и сплавов. Новые технологии противокоррозионной защиты промышленного оборудования и конструкций в энергетике и на транспорте;
- физико-химические технологии защиты воды, воздушного бассейна, человека и биосферы от вредных техногенных воздействий. Новые аэрозольные и мембранные технологии.
- информационные технологии. Дизайн новых химических веществ и материалов. Компьютерное моделирование химико-технологических процессов и аппаратов;
- ядерно-химический и химический синтез новых лекарственных средств.
В числе наиболее выдающихся достижений ФГУП «НИФХИ им. Л.Я. Карпова» за последние 20 лет, в области композитных наноматериалов, можно выделить следующие результаты:
1 Разработка и производство радиофармпрепаратов (РФП) и генераторов технеция:
- осуществлена разработка новых технологий получения радиоизотопов, РФП и генератора технеция-99m для диагностики и терапии сердечнососудистых и онкологических заболеваний с улучшенными массогабаритными параметрами и повышенными характеристиками биологической радиационной защиты;
- проведены исследования по разработке методики получения комплекса этиленцистеин димера с технецием-99m. Получен РФП с радиохимической чистотой на уровне 95%. Составлена методика синтеза РФП 99mTc–церебротех;
- разработаны лабораторные регламенты на процессы получения диагностического РФП «Йодофен-123I» на основе меченой йодом-123 15-(пара-йодфенил)-3-метилпентадекановой кислоты, химического набора реагентов «Церебротех, 99mTc» на основе комплексона диэтиловый эфир цистиината и терапевтического РФП «103Pd МСА» на основе композита микросфер альбумина с палладием-103;
- разработан комплект конструкторской документации с литерой «Т» экспериментальной установки с фторидным топливом при ядерном реакторе. Установка предназначена для экспериментального обоснования возможности производства осколочных радиоизотопов 99Mo, 89Sr, 133Xe;
- изготовлена экспериментальная петлевая установка для реактора ИР-8, предназначенная для выделения радиоизотопов Mo-99, Sr-89 и Xe-133 из расплава фторидного топлива;
- на экспериментальной петлевой установке при растворном реакторе «Аргус» получен опытный образец радиоизотопа Mo-99, активностью 1 Кюри. Пригодность молибдена-99 для генератора технеция-99m подтверждена испытаниями в ФГУП «НИФХИ им. Л.Я. Карпова» и ГУ МРНЦ РАМН;
- разработаны опытные технологические регламенты на процессы получения диагностического РФП «Йодофен-123I» на основе меченой йодом-123 15-(пара-йодфенил)-3-метилпентадекановой кислоты и терапевтического радиофармпрепарата «103Pd MCA» на основе композита микросфер альбумина с палладием-103;
- разработана методика синтеза фосфоросодержащего лиганда для монокатионного комплекса с технецием-99m, используемого в производстве РФП для диагностики прединфарктного состояния;
- на экспериментальной петлевой установке при растворном реакторе «Аргус» получен опытный образец радиоизотопа стронций-89, активностью 20 мкКи и передан на биологические испытания;
- разработан базовый технический проект для производства генераторов технеция-99m;
- осуществлено исследование и разработка способа получения РФП на основе йода-131 в капсулах для лечения щитовидной железы и костных метастазов;
- проведены исследования по созданию нового РФП на основе микросфер альбумина с палладием-103.
2 Радиационное модифицирование политетрафторэтилена:
Разработана технология радиационного модифицирования политетрафторэтилена с целью придания ему сверхвысокой износостойкости, низкой ползучести и высокой радиационной стойкости. Создано опытно-промышленное производство (до 40 тонн/год) и начат серийный выпуск нового материала.
В настоящее время разрабатывается технология получения и опытное производство радиационных модификаций нанокомпозитов на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена и высокомолекулярного политетрафторэтилена и углеродных наполнителей (углеродных нанотрубок и детонационных наноалмазов).
Новые материалы, применены в качестве конструкционных пластмасс антифрикционного и прокладочно-уплотнительного назначения на ряде предприятий авиационной, космической и атомной промышленности, в том числе: ФГУП «НПО им. С.А. Лавочкина», ОАО «Информационные спутниковые системы» имени академика М.Ф. Решетнева», ОАО НИИ Приборостроения им. В.В. Тихомирова, ОАО «Омское машиностроительное конструкторское бюро», ФГУП «ПО «Маяк»», ОКБ «Факел», ОАО «Авиагрегат», ОАО «Авиабор».
3 Фильтрующие материалы, средства защиты от аэрозолей и газов:
- осуществлена разработка волокнистых фильтрующих материалов для использования в средствах индивидуальной и коллективной защиты органов дыхания от монооксида углерода и других высокотоксичных примесей. В настоящее время проводится сертификация нового легкого респиратора из каталитически активного фильтрующего материала ФП (фильтр Петрянова);
- разработан озоляемый фильтрматериал для отбора атмосферных аэрозолей с пониженной гигроскопичностью. Создана лабораторная технология и выпущена опытная партия аналитического материала для отбора радиоактивных аэрозолей, содержащих летучие формы радионуклидов, образующихся при пробоподготовке (например, 137Cs). Материал предназначен для использования службами внешней дозиметрии и спецконтроля;
- произведена разработка механических фильтров тонкой очистки, обладающих низким аэродинамическим сопротивлением для систем очистки воздуха. Осуществлено экспериментальное изучение и теоретическое моделирование адсорбции водорода и метана пеноуглеродом;
- разработана технология получения высокопористых тонкослойных мембран с управляемой наноструктурой из непрерывных термо- и хемостойких полимерных нановолокон методом электроспиннинга. Разработана лабораторная технология, выпущены экспериментальные образцы высокоэффективных бидисперсных полимерных материалов из смесок микро- и нановолокон. Развита теория фильтрации наноаэрозолей нановолокнами. Изготовлены экспериментальные образцы высокоэффективных респираторов нового поколения для защиты от радиоактивных, химически токсичных и биоаэрозолей, в том числе от вирусов. Предполагается внедрение новых фильтрующих материалов для измерения газообразной фазы радиоактивного йода в приземном слое воздуха г. Москвы;
- осуществлено создание волокнистых наноструктур из ПАН-волокон, полученных методом электроспиннинга. Волокна могут быть использованы как прекурсоры для создания непрерывных углеродных волокон с высокой удельной поверхностью (свыше 2000 м2/г). Область применения - высокоэффективная сорбция, катализ, фильтрация газов, конструкционные материалы.
4 Новые полимерные, композиционные и биосовместимые материалы:
- осуществляется разработка методов получения и изучение нанокомпозиционных полимерных материалов на основе различных конструкционных полимеров, таких как полибутилентерефталат, полиэтилентерефталат, полиэтилен, полипропилен и др., а также нанокомпозитных термоэластопластов;
- разработаны технологические принципы и предложены теоретические основы одностадийной технологии объёмных нанокомпозитов конструкционного назначения на основе полибутилентерефталата. Решаются задачи введения в процессе синтеза в матрицу полимера различных наноструктур (органомодифицированные слоистые силикаты), а также интенсификации процесса в среднем на 30% за счет введения в систему новых каталитических систем. Предлагаемые продукты являются конструкционными материалами с улучшенными эксплуатационными характеристиками. Основные потенциальные потребители этих продуктов – это автомобильная, авиационная промышленность, электротехника, электроника, оптоволоконная, кабельная промышленность и др. Одним из достоинств разрабатываемых материалов является то, что вводимые в полимерную матрицу наноструктуры являются материалами отечественного происхождения, имеют более низкую себестоимость и для достижения наилучших эффектов достаточно введения в полимер 2-5% нанонаполнителя;
- проводятся исследования композиционных материалов на основе наиболее крупнотоннажных промышленных полимеров - полиэтиленов, полипропилена и различных наноразмерных наполнителей. Созданы новые нанокомпозиционные материалы на основе полиэтилена, полипропилена и др., с заданными эксплуатационными характеристиками, в том числе и со специальными свойствами. Среди достигнутых результатов можно отметить значительное повышение ударной вязкости, твёрдости, предела текучести некоторых композитов;
- проводятся комплексные исследования электрических, электрофизических и механических свойств нанокомпозитов (высокомолекулярная полимерная матрица - наноразмерная дисперсная фаза);
- осуществлена разработка методов получения нанокомпозитов на основе синтетических полимеров и хитина;
- изучены процессы формирования структуры и свойств в полимерных нано- композиционных системах с целью разработки физико-химических принципов создания и технологии новых материалов с заданными свойствами, которые могут использоваться в в высоких технологиях как космической и медицинской отрасли, так и в создании бытовой техники;
- проводятся структурно-термодинамические исследования механизма деформации полиолефинов нового поколения, установление закономерностей перехода пластик – эластомер и влияния на них наномодификаторов;
- изучены характеристики ультратонких самоорганизованных полимерных и дендримерных плёнок на поверхностях твёрдых и жидких подложек, их структуры и свойств в зависимости от условий получения (полимеризации и сополимеризации) с перспективой практического использования в различных нанотехнологиях;
- осуществлён синтез и исследование полимерных p-n гетероструктур на основе полиимидных нанокомпозитов и сопряженных полимеров для оптоэлектроники;
- осуществлена разработка научных основ технологии получения композиционных и - наноструктурированных композиционных полимерных материалов гражданского и специального назначения;
- разработаны научные основы получения наноструктурированных материалов с улучшенным комплексом свойств на основе термопластичных полимеров (поликарбонат, полиолефины);
- осуществлён синтез новых биосовместимых и биоразлагаемых полимерных и нанокомпозиционных материалов для биомедицинского применения.
В заключение Салько А.Е. пожелал участникам Школы успехов в развитии исследований в области композитных наноматериалов и плодотворной работы во время заседаний Школы.
Во время церемонии открытия были подведены итоги Всероссийского отборочного конкурса студентов, аспирантов и молодых учёных по тематическому направлению развития ННС «Композитные наноматериалы», организованного в рамках мастер-класса «Научно-образовательная технология отбора лучших работ студентов, аспирантов и молодых учёных по направлению ННС «Композитные наноматериалы»». По единодушному решению Экспертной комиссии, победителем конкурса была признана учебно-исследовательская работа «Ионно-лучевой синтез и исследование нанокомпозитных мультиферроиков на основе титаната бария (BaTiO3) с наночастицами кобальта или железа», выполненная магистром второго года обучения Халитовым Наилем Ильдаровичем по направлению «Физика конденсированного состояния» из Института Физики Казанского (Приволжского) федерального университета (КФУ) (рисунок 3).
Рисунок 2 – Участники школы-семинара перед открытием
Рисунок 3 – Победитель Всероссийского отборочного конкурса студентов, аспирантов и молодых учёных по тематическому направлению развития ННС «Композитные наноматериалы», магистр второго года обучения Халитов Наиль Ильдарович (Института Физики Казанского (Приволжского) федерального университета) во время вручения диплома лауреата конкурса
1.3 Мастер-класс по современным оптическим, электронно-ионным и рентгеновским методам анализа композитных материалов
Первое пленарное заседание Школы включало в себя мастер-класс по современным оптическим, электронно-ионным и рентгеновским методам анализа композитных материалов, который был проведён менеджером ООО «Системы для микроскопии и анализа» («СМА») Хахановым С.Н. В докладе Хаханова С.Н. были рассмотрены возможности применения современных методов электронной микроскопии и рентгеновского анализа для изучения структуры и свойств композитных наноматериалов, и подведены итоги исследований ряда участников Школы, выполненных при поддержке специалистов ООО «СМА» (рисунок 4).
Рисунок 4 – Лаборатория ООО «СМА», где проводилось обучение и выполнялись исследования ряда участников школы-семинара
ООО «СМА» ведёт собственные разработки в области получения и обработки цифровых образов объектов, исследуемых методами оптической и электронной микроскопии. Использование разработанных в ООО «СМА» систем даёт:
- значительный выигрыш в скорости и качестве обработки графической информации,
- возможность отказаться от использования дорогостоящих фотопроцессов,
- в полной мере использовать возможности математической обработки изображений.
Лаборатория ООО «СМА» располагает следующим оборудованием:
- оптический микроскоп «Leica DMLM», оснащённый системой цифровой регистрации и анализа изображений «Image Scope»;
- опто-электронный микроскоп «Phenom»;
- растровый двулучевой электронный микроскоп «Quanta 3D FEG» с разрешением 1,2 нм FEG (электронная пушка с полевой эмиссией) и 7 нм FIB (сфокусированный ионный пучок), оснащённый детекторами EBS (3 нм) и STEM (0,8 нм) и микроманипулятором Kleindiek;
- просвечивающий электронный микроскоп CM300ST (с ускоряющим напряжением 300 кВ и системой микроанализа);
- растровый электронный микроскоп «Philips XL 30», оснащённый энергодисперсионным анализатором EDAX.
Краткий перечень работ, проводимых лабораторией ООО «СМА»:
- исследование образцов в оптическом диапазоне, обработка результатов «on-line». Cтатистическая обработка массивов частиц (построение диаграмм распределения по размерам);
- исследование морфологии в РЭМ. Получение изображений с высоким разрешением в режимах высокого, низкого вакуума, а так же в естественной среде (режим ESEM) различных типов образцов (изделия микроэлектроники, массивные проводники, диэлектрики, пленки, полимеры, биологические объекты). Максимальный размер образцов - 200 мм;
- получение изображений с использованием ионного пучка. В этом случае часто увеличивается контраст от поликристаллических объектов;
- аналитические исследования образцов, в том числе: количественное определение состава, получение карт распределения элементов на заданном участке образца (chemical mapping);
- изготовление микросрезов и микросечений, а так же травление образцов по заданной конфигурации с помощью уникальной системы фокусированного ионного пучка (FIB), изготовление наноизделий;
- напыление плёнок и контактов к наноизделиям с использованием систем ионно-химического осаждения углерода и вольфрама;
- подготовка образцов для просвечивающих микроскопов с использованием фокусированного ионного пучка FIB;
- приготовление образцов для просвечивающей электронной микроскопии;
- исследование структуры и морфологии объектов в ПЭМ. Работы подразумевают проведение электронно-дифракционных исследований, исследований с высоким разрешением, микроанализ;
- анализ и обработка изображений, полученных с помощью ПЭМ. Расчёт изображений высокого разрешения;
- составление подробного отчёта с результатами исследования.
Выступление Хаханова С.Н. сопровождалось показом презентации, в состав которой были включены 8 учебных видеофильмов, демонстрирующих различные стадии приготовления образцов композитных наноматериалов для электронно-микроскопического исследования, а также процесс проведения исследований.
1.4 Лекция Трахтенберга Л.И. «Металлсодержащие композиты: синтез, структура, свойства и применение»
Лекция научного руководителя лаборатории химии высоких энергий и нанотехнологий ФГУП «НИФХИ им. Л.Я. Карпова», доктора физико-математических наук, профессора Трахтенберга Леонида Израилевича по теме «Металлсодержащие композиты: синтез, структура, свойства и применение» завершала первое пленарное заседание.
В начале лекции Трахтенберг Л.И. отметил, что для изготовления нанокомпозитных материалов, используются следующие методы:
1 Совместное осаждение паров мономера и металла.
2 Пропитка пористого стекла водным раствором солей металлов.
3 Нанесение пастообразной композиции.
4 Метод аэрозольного напыления.
Далее в лекции был подробно рассмотрен разработанный авторами метод газофазного криохимического синтеза (ГКС) металл-полимерных композитных пленок. Принцип метода: полимер получается при испарении мономера и его последующем пиролизе. Пары металла образуются при его нагреве. Смесь паров металла и мономера осаждается при 77 К на полированную кварцевую пластинку. Нагревание полученных композитных металл-мономерных пленок приводит к полимеризации мономера. Этим методом получаются композитные материалы с высоким содержанием стабильных металлических кластеров различного размера, находящихся в полимерных матрицах.
На примере определения размеров наночастиц (НЧ) PbS в матрице поли-пара-ксилилена (ППК – PbS), изготовленных методом ГКС, продемонстрированы возможности методов рентгеновской дифракции и спектроскопического анализа и показано, что результаты определения размеров частиц обоими методами хорошо согласуются между собой.
Другим примером успешного применения указанных выше методов является определение размеров НЧ серебра в нанокомпозитах на основе поли-пара-ксилилена, также синтезированных методом ГКС. Было установлено, что размер НЧ не зависит от концентрации серебра, а определяется природой матрицы, в частности, наличием электроноакцепторных CN групп, взаимодействующих с НЧ серебра.
Для объяснения кинетики формирования нанокомпозитных полимерных плёнок было проведено теоретическое рассмотрение кинетики роста кластеров в полимерной матрице. При решении кинетических уравнений приняты следующие начальные условия, соответствующие эксперименту: движение атомов металла и молекул мономера, находящихся на охлаждаемой поверхности, заморожено.
При резком повышении температуры атомы металла начинают диффундировать и собираются в НЧ. При этом происходит полимеризация мономера. Рост металлических частиц происходит одновременно с полимеризацией. По мере полимеризации коэффициент диффузии уменьшается и при полной полимеризации процесс роста НЧ останавливается. Соотношение между скоростями процессов диффузии и полимеризации определяет размеры НЧ и расстояние между ними. В результате решения кинетических уравнений получены аналитические выражения для этих величин.
Таким образом, структура металл-полимерной плёнки определяется конкуренцией между полимеризацией мономера и диффузионным ростом НЧ.
Следующая часть лекции была посвящена изучению свойств вновь изготовленных нанокомпозитных плёночных и других наноматериалов. Изучено влияние давления водорода на изменение сопротивления рассматриваемых плёночных материалов. Показано наличие корреляции между давлением водорода и сопротивлением нанокомпозитных плёнок.
Рисунок 5 – Сенсорный датчик на основе нанокомпозитных материалов, разработанных сотрудниками Л.И. Трахтенберга в ФГУП «НИФХИ им. Л.Я. Карпова»
В результате исследования темновой и фотопроводимости композитной плёнки ППК – PbS (доля НЧ – 4,7% (объём.)) был сделан вывод, что низкая энергия активации фотопроводимости, нелинейные вольт-амперные характеристики и явление фотопроводимости при энергии кванта ниже работы выхода электрона указывают на туннельный механизм фотопроводимости в нанокомпозитах ППК – PbS.
При исследовании каталитических свойств нанокластеров меди на поверхности плёнки ППК было обнаружено инициирование цепных реакций хлорирования декана, толуола и циклогексана, в то время как обычные медные катализаторы и плёнки с большими кластерами меди эту реакцию не инициируют. Показано, что каталитическая активность кластеров Cu в PPX существенно превосходила активность всех известных катализаторов этой реакции.
Обнаружен эффект отрицательного магнитосопротивления в нанокомпозитной плёнке ППК – Fe (6% (объём.)), помещённой в магнитное поле напряжённостью 11 кЭ. Величина эффекта – 20%. При моделировании результатов исследования магнитных свойств плёночных материалов ППК – Fe были рассмотрены три режима протекания тока:
а) режим слабого поля – изменение энергии электрона во внешнем поле при переносе с одного кластера на другой, много меньше его тепловой энергии;
б) режим сильного поля – изменение энергии электрона во внешнем поле, при переносе с одного кластера на другой, много больше тепловой энергии;
в) режим сверхсильного поля – изменение энергии электрона во внешнем поле, при переносе с одного кластера на другой, заметно превышает энергию, необходимую для отрыва электрона от кластера.
Проведено исследование диэлектрических свойств нанокомпозитов ППК и пористых стёкол с нанокластерами Cu, Zn, Pd, PbO, PbS. В низкотемпературной области были обнаружены пики диэлектрических потерь между –70C и 0C для образцов Cu/PPX. Интенсивность пиков заметно уменьшается при увеличении частоты, а положение максимумов (по температуре) не меняется при изменении частоты. Это типичное поведение диэлектрического отклика для перколяционного процесса переноса электрона между НЧ. Следовательно, положение максимумов релаксационного спектра определяется переходами электронов между НЧ через полимерную матрицу. Благодаря переносу электронов эти НЧ вовлекаются в перколяционный процесс.
Совокупность приведённых данных об итогах изучения физико-химических свойств нанокомпозитных плёнок ППК позволила сделать следующие выводы:
- металлические НЧ приводят к появлению особенностей в диэлектрических спектрах. Полупроводниковые НЧ к таким особенностям не приводят;
- обработка экспериментальных данных показала, что наблюдаемые особенности в диэлектрических спектрах связаны с переносом электрона;
- изучение каталитических и сенсорных свойств металл-полимерных плёнок показало, что только нанокомпозитные плёнки, в которых обнаружены особенности в диэлектрических спектрах, демонстрируют сенсорные и каталитические эффекты. В этих эффектах существенную роль играет перенос электрона.
В следующем разделе лекции Трахтенберга Л.И. были рассмотрены свойства пористых боросиликатных стёкол со средним размером пор ~ 15 нм, модифицированных кластерами палладия. Способ введения НЧ палладия в поры стёкол был следующий: образцы стёкол были пропитаны водным раствором соли PdCl2. Затем они были обработаны водным раствором боргидрида натрия (NaBH4), промыты дистиллированной водой и высушены. В результате в порах формируются НЧ Pd.
Получены трёхмерные зависимости диэлектрической проницаемости ’ и диэлектрических потерь от частоты и температуры для пористых стёкол, содержащих наночастицы Pd после их прогрева при 200C в течение трёх часов. В спектрах чистых пористых стёкол нет тех особенностей, которые есть в спектрах пористых стекол, содержащих наночастицы Pd. Обработка спектров по стандартной методике показала, что их особенности связаны с переносом электрона.
Предложена модель для описания диэлектрических свойств композитных материалов с металлическими нанокластерами, основанная на следующих предположениях: в равновесии электрон может выйти из металлической НЧ и перемещаться по ловушкам в диэлектрической матрице. Электрон и кластер связаны кулоновскими и поляризационными силами и образуют элементарный диполь. При диффузии электрона по сфере направление диполя легко меняется без изменения энергии. Величина и количество таких равновесных диполей зависят от температуры. Эти диполи ориентируются во внешнем электрическом поле и после выключения поля разупорядочиваются.
Получены интегральные уравнения для релаксации дипольного момента. Их решение дает действительную и мнимую части диэлектрической проницаемости, как функции и T. Подгоночные параметры: энергия активации переноса электрона между ловушками (a) и разница между энергией электрона в ловушке и уровнем Ферми ().
На основе полученных результатов был создан сенсор на ряд газов - H2, CH4, CO, NH3 (восстановители); O3, Cl2, NO2 (окислители). Разработанные сенсоры могут быть использованы для определения спиртов, аминов и других сложных органических соединений
Стандартный чип для полупроводникового сенсора состоит из поликоровой подложки, Pt нагревателя с контактными пластинками, расположенного на одной стороне подложки и Pt электродами на противоположной стороне.
Чувствительный слой представляет собой композитную пленку, которая состоит из полупроводника SnO2 допированного каталитически активными металлами и их оксидами, такими как In2O3, CdO, ZnO, Fe2O3, Pd и т.д. Состав композиции чувствительного слоя зависит от анализируемого газа.
Для того, чтобы приготовить чувствительный слой, пастообразную композицию, содержащую все необходимые компоненты, наносят на поверхность подложки (например, Al2O3). Толщина чувствительного слоя ~1-3 мкм. Эта пастообразная композиция подвергается термической обработке в течение двух часов.
Обнаружено, что воздействие света приводит к существенному увеличению чувствительности и селективности по кислороду у сенсора.
1.5 Лекция Салько А.Е., Абрамова П.И. и Кузнецова Е.В. «Современные тенденции в развитии исследований в области создания и изучения свойств нанокомпозитных материалов в ФГУП «НИФХИ им. Л.Я. Карпова»
Второе пленарное заседание открывала лекция Салько А.Е., Абрамова П.И. и Кузнецова Е.В. «Современные тенденции в развитии исследований в области создания и изучения свойств нанокомпозитных материалов в ФГУП «НИФХИ им. Л.Я. Карпова», которую прочитал заместитель генерального директора ФГУП «НИФХИ им. Л.Я. Карпова» по научной работе, доктор технических наук, профессор Кузнецов Евгений Викторович.
В лекции Кузнецова Е.В. и соавторов были подробно рассмотрены ряд перспективных разработок ФГУП «НИФХИ им. Л.Я. Карпова» в области материаловедения, а также современные подходы в инновационном продвижении результатов, полученных учёными Карповского института, на рынки России и других стран. В числе наиболее перспективных проектов были отмечены:
1 Разработка технологии и создание производства уплотнительных и антифрикционных материалов нового поколения с уникальным комплексом свойств на основе наномодифицированного политетрафторэтилена
Цель проекта - разработка технологий создания новых материалов на основе радиационно-модифицированного политетрафторэтилена (ПТФЭ) для применения в качестве антифрикционных и уплотнительных деталей машин и механизмов с высоким ресурсом работы (в 10-30 раз выше по сравнению с существующими аналогами), в том числе для изделий атомной промышленности. Модифицированный ПТФЭ обеспечит значительное (в 10 - 30 раз) повышение рабочего ресурса и надёжности работы узлов трения и уплотнений в изделиях различных отраслей промышленности.
Выполнение проекта обеспечит (помимо получения новой генерации материалов в промышленном масштабе) импортозамещение ряда конструкционных материалов (например, Хайтрел, полиацеталь, полиэфиры, СВМПЭ и др.), используемых в настоящее время в мировой практике.
Таблица 1 Сравнительные характеристики исходного и радиационно-модифицированного фторопласта марки Ф-4РМ
Области применения изделий из модифицированного ПТФЭ: нефтяная и газовая промышленность, машиностроение, автомобильная промышленность, химическая промышленность, электро- и радиотехническая промышленность, электронное приборостроение, медицинская и фармацевтическая промышленность, пищевая промышленность и бытовая техника.
Ключевые рынки применения продукции: уплотнители гидравлических и пневматических цилиндров; подшипники скольжения; опоры скольжения; уплотнители запорной арматуры.
2 Технология изготовления композиционных, наноструктурированных базальтовыми волокнами, материалов нового поколения для строительной индустрии, в том числе, - для объектов атомной отрасли
Цель проекта - разработка новых композиционных, наноструктурированных базальтовыми волокнами, материалов нового поколения для строительной индустрии, в том числе, - для объектов атомной отрасли. Характеристики материала:
- огнестойкость (кислородный индекс) – не менее 45%,
- прочность на разрыв – не менее 1000 МПа,
- прочность на изгиб – не менее 1000 МПа,
- модуль упругости – не менее 54 ГПа,
- теплопроводность – не более 0,5 Вт/(м2К),
- температура стеклования полимера – не менее 160С.
Композитная наномодифицированная арматура – профили круглого сечения, изготовленные методом пултрузии из базальтового или стеклянного волокна марки ECR, диаметром от 2,5 до 32 мм, длиной до 12 метров (или скрученные в бухты) с различным финишным покрытием.
Шахтная композитная анкерная крепь, модифицированная наночастицами – композитный стержень, изготовленный методом пултрузии, из базальтового или стеклянного волокна марки ECR, пропитанного эпоксидным компаундом. Диаметр его составляет 13,5 мм, длина - от 1,8 до 3 метров.
Таблица 2 Характеристика рынка сбыта продукции
| Рынки | Объём рынка, млн. долл. США | Объём мирового рынка, млн. тонн |
| арматура из углеродистой стали | 109 800,00 | 183 000 000,00 |
| арматура из черного металла с эпоксидным покрытием | 638,40 | 800 000,00 |
| арматура из черного металла оцинкованная | 418,08 | 335 000,00 |
| арматура из нержавеющей стали | 200,10 | 50 000,00 |
