В период 2011-2015 гг. опубликовано более 100 публикаций, научные результаты защищены более чем 15 патентами, защищено 4 кандидатских и 1 докторская диссертация.

Разработаны уникальные промышленно-востребованные технологии формирования композиционных покрытий на сплавах алюминия, титана, магния. Покрытия обладают антикоррозионными, противоизносными и супергидрофобными свойствами, а также эффектом самовосстановления после механического повреждения поверхности. Разработки по формированию композиционных полимерсодержащих покрытий, полученных с использованием ультрадисперсного политетрафторэтилена на титановых сплавах, внедрены в виде опытно-промышленной установки на судоремонтном предприятии Дальневосточный завод «Звезда» в рамках реализации 218 постановления Правительства РФ (2015 год). Технология позволяет восстановить защитные свойства термически полученных покрытий на дорогостоящих изделиях, бывших в эксплуатации.

Доклад о состоянии фундаментальных наук в Российской Федерации и о важнейших научных достижениях российских ученых в 2015 году.

Внешний вид композиционного полимерсодержащего (УПТФЭ) защитного покрытия (поперечный шлиф) на изделии судовой энергетики

Лаборатория нестационарных поверхностных процессов

Разработан способ формирования самозалечивающихся покрытий на магниевых сплавах путем пропитки ингибитором базового слоя, полученного методом плазменного электролитического оксидирования. Сканирующими локальными электрохимическими методами (SVET и SIET) изучены механизм и кинетика процесса самозалечивания покрытия. Обработка ПЭО-слоя в растворе 8-оксихинолина позволяет снизить плотность тока коррозии образца с композиционным покрытием (3,2 μA·cm⁻²) в коррозионно-активной среде в 30 раз по сравнению с образом с базовым ПЭО-слоем (100 μA·cm^-2) и предотвратить тем самым интенсивное разрушение магниевого сплава в результате образования механического повреждения.
Corros Sci 102 (2016) 348–354

Фотография места механического разрушения базового ПЭО-покрытия (а) и композиционного ингибиторсодержащего покрытия (б) после выдержки образца в 0,05 М NaCl в течение 24 ч

Разработаны способы формирования на низкоуглеродистой стали, сплавах титана и магния композиционных супергидрофобных покрытий. В данных способах ПЭО-слои используются в качестве матрицы, на которой происходит самоорганизация гидрофобизированных наночастиц аэросила из дисперсии. Композиционные покрытия обладают ярко выраженными супергидрофобными свойствами, демонстрируя угол смачивания более 160º и угол скатывания менее 10º. Защитный антикоррозионный эффект таких покрытий обеспечивается устойчивыми в агрессивной хлоридсодержащей среде электроизолирующими оксидным и супергидрофобным слоями. Многомодальная развитая поверхность нанокомпозитных покрытий способствует реализации гетерогенного режима смачивания, вследствие чего, реальная площадь контакта покрытия с агрессивной средой составляет менее 3 %. Corros Sci 55 (2012) 238–245

Разработанные технологии формирования защитных композиционных покрытий внедрены на ОАО «ДВЗ «Звезда». Научные исследования проводятся совместно с ВГУП ВИАМ (г. Москва), ИФХиЭ им. А.Н. Фрумкина (г. Москва), Институтом металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова ИМЕТ РАН, (г. Москва), Институтом физики прочности и материаловедения СО РАН (г. Томск), Институтом высокотемпературной электрохимии УрО РАН (г. Екатеринбург), ДВФУ (г. Владивосток), Департаментом машиностроительных материалов Университета Шеффилда (Великобритания).

Лаборатория композиционных покрытий биомедицинского назначения

Разработан способ формирования кальций-фосфатного биоактивного покрытия методом плазменного электролитического оксидирования (ПЭО) на медицинском сплаве титана ВТ6. Проведена оценка остеогенерирующих свойств покрытия при переломе диафизарной части бедренной кости лабораторных крыс. Установлено, что покрытие, полученное методом ПЭО, оказывает положительное влияние на остеосинтез при лечении перелома диафизарной части бедренной кости. Гирдоксиапатит, находящийся в составе биоактивного покрытия, выступает в роли инициатора роста в процессе образования костной ткани, существенно сокращая период выздоровления.
Corros Rev 34 (2016) 65–83

Рентгенограмма перелома с установленным титановым имплантатом с кальций-фосфатным ПЭО-покрытием через 42 дня после операции: ярко выраженная костная мозоль, линия перелома не видна.

Установлено, что поверхностные слои на никелиде титана полученные методом ПЭО, существенно снижают диффузию никеля из материала и тем самым защищают организм человека от вредного влияния этого металла. При этом ПЭО-покрытие не блокирует и не снижает эффект памяти формы NiTi. Обладая существенной термостабильностью и сохраняя высокие адгезионные свойства при термоциклировании в широком температурном диапазоне, покрытия перспективны для практической имплантационной хирургии. Prot Met Phys Chem Surf 51 (2015) 127–130

Разработаны электролитические системы сложного состава, содержащие нанопорошки SiO₂, ZrO₂, TiN. Данные системы были использованы при ПЭО Mg-сплава МА8 для создания защитных наноструктурированных керами-коподобных покрытий, перспективных для медицинских биорезорбируемых имплантатов. Наибольшей защитой от коррозионного воздействия и наилучшими механическими свойствами обладают покрытия, сформированные в электролите, содержащем наночастицы ZrO₂. J nanomaterials (2015) 154298

Разработан способ (электролиты, режимы) электрофоретического осаждения ультрадисперсного политетрафторэтилена на поверхность ПЭО-слоя с целью создания надежных защитных композиционных покрытий на магниевых сплавах, расширяющих область практического использования обрабатываемого материала. Показано, что полимерсодержащие композиционные покрытия на Mg-сплаве повышают антикоррозионные характеристики на 3 порядка и уменьшают износ поверхности на 2 порядка по сравнению с базовым ПЭО-покрытием. Surf Coat Tech 283 (2015) 347–352

Группа химических источников тока

Установлено, что допирование ионами переходных металлов (Zr, Mo, Hf) наноструктурированного диоксида титана в кристаллографической модификации анатаз является эффективным способом получения перспективного анодного материала для Li-ионного аккумулятора. Посредством гальваностатического циклирования показано, что введение в кристаллическую решетку TiO2 ионов циркония, гафния и молибдена приводит к существенному повышению удельной емкости материала (с 65 до 150 мАч/г). Обратимости электрохимического процесса способствует: а) искажение параметров элементарной ячейки, облегчающее диффузию катионов Li⁺ при интеркаляции/деинтеркаляции;
б) перераспределение заряда в решетке, определяющее повышение электропроводности TiO₂.
Scripta Mater 107 (2015) 136–139

Схематическое изображение полуячейки с рабочим электродом на основе допированного ионами циркония диоксида титана и  литиевым противоэлектродом. Взаимосвязь реализуемой обратимой емкости с содержанием Zr 

Изучено электрохимическое поведение нестехиометрического оксифторида молибдена, MoO_2.8F_0.2, ромбической структуры с параметрами ячейки, близкими к слоистому MoO₃, синтезированного твердофазным методом. По результатам циклирования установлено, что обратимая емкость MoO_2.8F_0.2 достигает 160 мАч/г, в то время как емкость MoO₃ составляет 120 мАч/г. Частичное замещение O^2- анионами F^- осуществляется по концевым позициям лиганда в полиэдре, что приводит к ослаблению электростатического взаимодействия между ионами Li⁺ и слоями октаэдров MoO₆, тем самым, облегчая электрохимический процесс. Mater Lett 160 (2015) 175–178

С использованием механохимического метода синтезирован двухфазный композит Al(OH)₃–PbSnF₄ с различным содержанием гидроксида алюминия (5, 15 и 30 мас.%). Методом гальваностатического разряда–заряда установлено, что материал характеризуется высокой первоначальной емкостью 800–1100 мАч/г. Обратимая емкость 15 мас.% Al(OH)₃–PbSnF₄ в результате циклирования составила 120 мАч/г, в то время как емкость PbSnF₄ – 20 мАч/г. Демпфирующий характер Al(OH)₃ матрицы снижает необратимые объемные изменения в материале при интеркаляции/деинтеркаляции катионов Li⁺, способствуя обратимости электрохимического процесса. Установлено, что отклонение от 15 мас.% содержания гидроксида алюминия приводит к снижению стабильности циклирования тетрафторстанната свинца(II). J Energ Chem 24 (2015) 346–352

Механохимическим способом синтезированы твердые растворы в бинарных системах тетрафторстаннат-оксид металла (SnO, PbO, в т.ч. наноразмерные CeO₂, SnO₂, Al₂O₃), твердые растворы в системе K_(1–x)Li_xSn₂F₅ (0 < x < 7.5); исследована взаимосвязь ионной подвижности, фазовых переходов, типа внедряемого катиона и ионной проводимости в указанных системах. Удельная проводимость достигает значений ~10^–2 См/см при ~470 K. Показано, что проводимость при комнатной температуре для твердых растворов K_0.975Li_0.025Sn₂F₅ и K_0.95Li_0.05Sn₂F₅ выше по сравнению с исходным KSn₂F₅. Исследованы термические и электрофизические свойства в системе K_(1–x)Li_xSn₂F₅ (0 < x < 7.5); произведена оценка влияния замещения катионов лития на катионы калия в полученных соединениях на энергию активации переноса заряда и структуру. Отмечена перспективность использования соединения PbSnF₄–SnO₂ в качестве катодных материалов для литиевых химических источников тока. Russ J Gen Chem 85 (2015) 653–658, Solid State P 213 (2014) 200–203

Получены данные, позволяющие сделать вывод об эффективности применения метода импульсного высоковольтного разряда в качестве альтернативного способа синтеза наноструктурированных материалов на основе соединений переходных металлов, перспективных для использования в качестве анодов Li-ионных аккумуляторов. В частности исследованы физико-химические характеристики наноструктурированного TiO₂(анатаз)–TiOF₂, композита FeOF–FeF₃, MoO₃, и др. J. Alloys Compd 621 (2015) 364–370

Лаборатория электрохимических процессов

Исследованы особенности одностадийного формирования методом электрополимеритзации (ЭП) композиционных материалов полимер/наночастицы Pt, Au. Изучена кинетика процесса. Установлено, что скорость формирования и электропроводность полиметилолакриламидных пленок возрастают в присутствии добавки хитозана. Циклирование в области потенциалов -1.0 ÷ -1.3 В позволяет получать покрытия достаточной толщины при незначительном снижении плотности тока. Методом импедансной спектроскопии установлено, что наибольшим изолирующим эффектом обладают полиметилолакриламидные покрытия, сшитые N,N’-метилен-бис-акриламидом. С увеличением концентрации H₂PtCl₆·6H₂O от 2 до 8 ммоль/л содержание платины в пленке возрастает от 2,7 ат. % до 25 ат. %. На примере электроокисления С₂Н₅ОН и восстановления Н2О2 на модифицированных электродах показано, что полимерные композиты с включением Pt и Au проявляют элек-трокаталитические свойства.

Обнаружено ранее неизвестное явление, показывающее, что металлический цинк оказывает каталитическое действие на процесс инициирования полимеризации акриламида и формирование покрытий в бестоковом режиме. Исследована кинетика и механизм инициирования полимеризации цинком (автоэлектрополи-меризация АЭП). Установлено, что инициаторами могут быть и другие металлы, равновесный электрохимический потенциал которых в мономерном растворе достаточен для разряда цинк-акриламидного комплекса. Определены оптимальные условия АЭП, позволяющие формировать качественные полиметилолакриламидные покрытия с минимальными экономическими затратами.

Показана возможность формирования электродного материала для электрохимических конденсаторов на основе полиакриламидного геля (ПГ), полученного методом ЭП, с последующим внедрением в него наночастиц серебра. Установлена асимметричная структура матрицы композита ПГ/Ag по толщине слоя, содержание серебра в которой изменяется от 70,9 до 100%. Количество серебра в композитах без хитозана в 10-15 раз выше, чем с добавкой хитозана. Наночастицы Ag⁰, импрегнированные в полимерную матрицу, имеют сферическую форму с радиусом 120-145 Ǻ, обладают высокой стабильностью и не меняют окраску в течение длительного времени. Композит полимер/серебро проявляет селективность по отношению к Н₂О₂. Показано, что ПГ с импрегнированным в матрицу кристаллическим серебром может стать альтернативой углеродистым электродным материалам для изготовления конденсаторов. При увеличении концентрации нитрата серебра в растворе в 2 раза, масса восстановленного в пленке Ag⁰ возрастает в равных пропорциях, тогда как емкость конденсатора повышается в ~ 1,5 раза.

Разработаны способы модификации поверхности ионитовых мембран солями пиридиния, альгинатом натрия либо хитозаном, сшитым эпихлоргидрином или глутаровым альдегидом, с целью создания электродиализных мембран, избирательно проницаемых по катионам или анионам, отличающимся величиной заряда. Проведен сравнительный анализ эффективности электродиализного разделения сульфокатионитовой мембраной МК-40, поверхность которой модифицирована различными методами, одноименно заряженных ионов (катионы Na⁺, Mg²⁺, Ca²⁺), отличающихся величиной заряда. Показано, что с точки зрения повышения избирательной проницаемости мембраны к однозарядным ионам наиболее перспективным методом модифи-кации является электроосаждение слоя хитозана непосредственно в электродиализном аппарате. Установлено, что наиболее прочные и долгоживущие пленки получаются при сшивании хитозана эпихлоргидрином.

Наверх