Неорганические материалы

Предложен темплатный метод получения сферических частиц углерода с микромезопористой структурой посредством совместного гидролиза тетраэтоксисилана и полимеризации резорцин-формальдегидной смеси в спирто-водно-аммиачной среде в присутствии бромида цетилтриметиламмония. После терморазложения органики, селективного удаления SiO2 и отжига в CO2 формируются частицы с порами размером 0.5–25 нм, обладающие удельной поверхностью до 2000 м²/г и объемом пор до 2.1 см³/г.

В работе синтезированы фотокатализаторы на основе диоксида титана, модифицированного ванадием. Исследованы особенности формирования фотокатализаторов, их физико-химические, адсорбционные и фотокаталитические свойства на примере деструкции органических соединений (ферроина и метиленового синего). При модифицировании диоксида титана ванадием до 5 мас.% получены наноразмерные порошки (≤ 74 нм) с развитой удельной поверхностью, сохраняющие нанодисперсность до 600°C включительно. Более высокая степень модифицирования ванадием (> 5 мас.%) способствует увеличению размера частиц при схожих условиях термообработки, что связано со значительным фазообразованием рутила и обособлением оксида ванадия. Полученные фотокатализаторы характеризуются высокой фотокаталитической активностью (ФКА) в процессе деструкции органических веществ (ферроин, метиленовый синий) при облучении видимым светом с длиной волны λ ≥ 400 нм. Показано, что ФКА рассматриваемых фотокатализаторов превышает ФКА немодифицированного диоксида титана схожего генезиса и фотокатализатора Р-25 фирмы Degussa. Наиболее высокой ФКА по отношению к ферроину и метиленовому синему обладают фотокатализаторы, модифицированные ванадием (2.5–20 мас.%) и прокаленные при 400–600°C. В этом интервале температур преобладает фаза анатаза, а ванадий распределен в его кристаллической решетке, содержание фазы рутила не превышает 25%. Максимальная ФКА характерна для образца 600-V-5.

Разработана и реализована технологическая схема получения гомогенно легированной магнием и эрбием шихты ниобата лития, содержащей 4.0 мол.% Mg и 0.78 мол.% Er, из которой методом Чохральского из расплава выращен монокристалл LiNbO₃:Mg:Er (4.0 мол.% Mg, 0.6 мол.% Er), и проведены исследования по оценке его химической, микроструктурной и оптической однородности, а также фоторефрактивных свойств.

Структурные характеристики и элементный состав пленок гидроксида никеля, полученных электроосаждением из растворов 0.05М NiSO4 и 0.05М NiSO4 + 0.025М Li2SO4, изучены методами ИК-спектроскопии и просвечивающей электронной микроскопии. Методами циклической вольтамперометрии, гальваностатического заряда–разряда и импедансной спектроскопии определены электрохимические характеристики электродов в 1М водном растворе NaOH. Установлено, что удельная емкость наночастиц Ni(OH)2 зависит от состава электролита, используемого при электроосаждении. Показано, что осажденный из раствора сульфатов никеля и лития электрод обеспечивает максимальную удельную энергию 46.5 Вт ч/кг при плотности мощности 110 Вт/кг. Удельная энергия данного материала остается достаточно высокой 31.5 Вт ч/кг при мощности 2141 Вт/кг, а наибольшая емкость 3818 Ф/г получена при скорости развертки потенциала 5 мВ/с.

Одно из преимуществ метода селективного лазерного спекания заключается в формировании планарных структур с морфологией стекла, кристалла и стеклокристалла в зависимости от состава шихтового материала и режимов лучевого воздействия. В данной работе исследуется возможность получения оптических микроструктур из висмут-барий-боратного стекла, легированного оксидом неодима, в области его кристаллизационно-устойчивых составов методом селективного лазерного спекания. Проведено сравнение термических и оптических свойств стекол (100–x)(20Bi2O3–60B2O3–20BaO)–xNd2O3, синтезированных из специально приготовленного ультрадисперсного прекурсора методом плавления в тигле с различными режимами охлаждения, с образцами, сформированными лазерным спеканием. Термические свойства указанной стеклообразующей системы исследованы методом дифференциального термического анализа от шихты до целевых образцов.

Для стеклообразной матрицы состава (TeO2)0.72(ZnO)0.18(WO3)0.10, легированной ионами Cu2+ в диапазоне концентраций от 75 до 2400 ppm, исследовано оптическое пропускание в интервале длин волн 350–2400 нм. На спектрах присутствует интенсивная полоса поглощения с максимумом при ~ 810 нм. Для серии образцов стекол с добавление различной концентрации меди установлена спектральная зависимость ее удельного коэффициента поглощения во всей области прозрачности, в максимуме полосы рассчитанное значение составило 4910 ± 20 дБ/(км ppm).

Карбидизацией твердого раствора азота в титане, покрытого оксидом титана, синтезирован компактный карбонитрид титана заданной формы. Синтез протекает в два этапа: на первом этапе при температуре 1350°C металлическую заготовку в атмосфере аргона, содержащего “нулевый воздух”, насыщали азотом до состава TiN0.3 с одновременным формированием на его поверхности пленки TiO2. На второй стадии при 2200°C в атмосфере аргона, содержащего этилен, проводили карбидизацию твердого раствора азота в титане. Керамика представляет собой композит из карбонитридов титана разного состава. Поверхностный слой карбонитрида толщиной ~5 мкм характеризуется повышенным содержанием углерода, карбонитрид в объеме – азота. На границах зерен присутствуют следы МAX-фазы Ti2AlN и фазы Ti3AlCN, которые образуются при 2200°C в результате взаимодействия интерметаллида Ti3Al с азотом и углеродом. Оценена микротвердость полученных фаз в керамике.