Регистрация / Вход
Прислать материал

Разработка технологии получения филосиликатных функциональных материалов нового поколения для высокоскоростного рельсового транспорта, обладающих улучшенными эксплуатационными характеристиками и повышенной устойчивостью к внешним воздействиям

Докладчик: Кочур Андрей Григорьевич

Должность: Профессор кафедры "Физика"

Цель проекта:
Повышение экономической эффективности, экологической и функциональной безопасности и устойчивости отечественного высокоскоростного рельсового транспорта как организующего элемента транспортной системы страны для реализации основных геополитических и геоэкономических целей Российской Федерации. Повышение экспортного потенциала промышленного комплекса РФ и замещение импорта путем создания промышленной технологии получения конкурентоспособных на мировом рынке многофункциональных наноматериалов нового поколения.

Основные планируемые результаты проекта:
Перечень научно-технических результатов, планируемых к получению при выполнении ПНИЭР:

- Анализа научно-технической литературы и других материалов, относящихся к получению
филлосиликатных функциональных наноматериалов по тематике ПНИЭР.
- Патентные исследования в соответствии с ГОСТ Р 15.011-96.
- Анализ вариантов возможных решений поставленных перед ПНИ задач с учетом результатов прогнозных
исследований, проводившихся по тематике ПНИЭР.
- Алгоритм математического моделирования исследуемых в рамках ПНИЭР наноматериалов.
- Компьютерная модель исследуемых в рамках ПНИЭР минералов подкласса филлосиликатных и
функциональных наноматериалов на их основе.
- Программа и методика теоретических исследований поставленных перед ПНИЭР задач.
- Программные компоненты для проведения теоретических исследований объектов ПНИЭР. Эскизная
программная документация для проведения теоретических исследований объектов ПНИЭР.
- Рекомендации по выбору методов, средств и способов экспериментальных исследований объектов
ПНИЭР.
- Программа и методика экспериментальных исследований поставленных перед ПНИЭР задач.
- Программа и методика исследовательских испытаний объектов ПНИЭР.
- Результаты теоретических исследований поставленных перед ПНИЭР задач, включающих, в том числе:
- выбор оптимальных параметров моделирования филлосиликатных наноматериалов, исследуемых в
рамках ПНИЭР;
- определение структурных характеристик филлосиликатных наноматериалов, исследуемых в рамках
ПНИЭР;
- квантово-химическое моделирование филлосиликатных наноматериалов, исследуемых в рамках ПНИ.
Расчет их электронной структуры и свойств;
- исследование влияния модифицирования на физико-химические свойства филлосиликатных
наноматериалов, исследуемых в рамках ПНИЭР;
- выявление функциональной направленности филлосиликатных наноматериалов, исследуемых в рамках
ПНИЭР;
- установление корреляционной взаимосвязи между электронной структурой и макроскопическими
параметрами филлосиликатных наноматериалов, исследуемых в рамках ПНИЭР.
- Комплексный подход к определению и прогнозированию свойств филлосиликатных наноматериалов,
исследуемых в рамках ПНИЭР.
- Технология получения филлосиликатных функциональных наноматериалов.
- Критерии выбора перспективных классов химических соединений для модификации минералов
подкласса филлосиликатов.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
Планируемые результаты

Разрабатываемые в рамках ПНИЭР технологии модификации филлосиликатов, принципы управления их
структурой и свойствами могут стать научной основой для создания технологий и материалов широкого
спектра применения в интересах транспортного комплекса РФ. Наиболее перспективными направлениями
применения ожидаемых результатов является:
- создание модификаторов для стабилизации деформирующегося земляного полотна высокоскоростного
наземного транспорта;
- создание защитных покрытий элементов конструкций объектов высокоскоростной инфраструктуры;
- создание наноматериалов и покрытий триботехнического назначения, эксплуатируемых в условиях
повышенных нагрузок и скоростей движения;
- создание наноматериалов и технологий экологического назначения для утилизации и долговременного
хранения вредных отходов, водоподготовки и очистки стоков.
Социально-экономическим эффектом от использования технологий, созданных на основе результатов
данных исследований, является создание принципиально новых материалов с улучшенными
эксплуатационными характеристиками и повышенной стойкостью к внешним воздействиям для
инфраструктуры наземных транспортных систем, включая высокоскоростной рельсовый
транспорт.
Проводимые исследования предполагают наличие возможности получения результатов, способных к
правовой охране. Установленным в статье 1350 ГК РФ условиям патентоспособности соответствуют
разрабатываемые технологии получения филлосиликатных функциональных наноматериалов в части
наличия новизны, изобретательского уровня и промышленной применимости. К результатам
интеллектуальной деятельности, подлежащим правовой охране, также следует отнести разрабатываемые в
рамках ПНИЭР алгоритмы и программные компоненты для теоретических исследований, на которые могут
быть получены свидетельства о государственной регистрации программ для ЭВМ. В целях
коммерциализации полученных РИД возможно заключению лицензионных соглашений.

Возможное применение ожидаемых результатов

Возможными потребителями научно-технических результатов ПНИЭР могут являться предприятия и
организации транспортного комплекса, а также строительства, химической и энергетической
2014-14-579-0179-7129 17.10.2014 16:23 6 b1e2a8d60ae707e2457d36d0a9402a60
промышленности. Широкая область применения ожидаемых в рамках ПНИЭР результатов, обусловлена
уникальностью физико- химических свойств разрабатываемых филлосиликатных функциональных
наноматериалов. Планируемые к разработке методы повышения эксплуатационных характеристик этих
материалов, а также принципы управления их структурой и свойствами создадут основу для использования
модифицированных филлосиликатов при производстве новых видов продукции, с целью повышения ее
эксплуатационных характеристик.
Потребность индустриального партнера в результатах предлагаемых ПНИЭР, заключается в
необходимости использования промышленной технологии получения конкурентоспособных на мировом
рынке изделий, применяемых в транспортной сфере. Технологические возможности и особенности
индустриального партнера обуславливают заинтересованность и потенциал использования им
планируемых к разработке коллективом исполнителей проекта технических требований и предложений по
разработке, производству и эксплуатации продукции. Использование разрабатываемых в рамках ПНИЭР
технологий и материалов позволит индустриальному партнеру расширить спектр потребителей своей
продукции, а также ее качественные и экономические показатели.

Текущие результаты проекта:
Группа исследователей-исполнителей ПНИЭР работает в составе признанного на мировом уровне
научного коллектива, занимающегося исследованием процессов взаимодействия рентгеновского и
синхротронного излучения с атомами, молекулами, кластерами и твердыми телами. Членами этого коллектива разработана теория и методы расчета спектральных характеристик процессов поглощения, упругого и неупругого
рассеяния рентгеновского фотона атомом, многозарядным атомным ионом и молекулярным кластером.
Разработанные методы расчета обладают абсолютной новизной, поскольку впервые проведен учет
широкой иерархии многочастичных эффектов существенно влияющих на описания процесса поглощения,
упругого и неупругого рассеяния фотона атомом, атомным ионом и молекулярным кластером в области
энергий порогов ионизации глубоких оболочек. Созданы программные продукты для расчета электронных
и ядерных волновых функций в одноцентровом и многоцентровых подходах, спектральных характеристик
процессов поглощения, упругого и неупругого рассеяния электромагнитного излучения веществом.
Исследователи-исполнители ПНИЭР имеют большой опыт атомных, молекулярных и кластерных
расчетов, в том числе с использованием суперкомпьютерных комплексов. В распоряжении коллектива
исполнителей имеются программные пакеты ADF, Abinit, Firefly, Mopac, Wien2k, Castep, позволяющие проводить
расчеты для сложных многоатомных систем. Для проведения экспериментальных исследований в
распоряжении коллектива исполнителей проекта имеется аккредитованная Федеральным агентством по техническому регулированию и метрологии лаборатория (аттестат аккредитации №РОСС RU. 0001. 21СН55) с
современным оборудованием, реализующим методы рентгеновской дифракции, инфракрасной,
рентгеноэлектронной и оже-электронной спектроскопии, а также стандартные методы изучения
макроскопических параметров материалов.
Руководитель группы является создателем теории каскадных распадов вакансий во внутренних оболочках
атомов, основанной на прямом построении деревьев каскадного распада. Разработана теория новой
техники рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии – получение фотоэлектронных спектров при
образовании каскадных ионов заданной зарядности. Теоретически предсказан и в дальнейшем
подтвержден экспериментально эффект каскадного увеличения выхода флуоресценции внешних оболочек
при ионизации внутренних оболочек. Проведены систематические исследования электронной структуры
металлоорганических комплексов переходных 3d-металлов. Проведены систематические фотоэлектронные
исследования валентного состояния ионов переходных и редкоземельных металлов в составе сложных
оксидов.
Материалы исследований регулярно докладывались на Российских и международных конференциях, среди
которых:
- Международная конференция по проблемам инженерии, материаловедения и энергетики, г. Пекин,
Китай, декабрь 2012 г;
- II Российское рабочее совещание «Глины, глинистые минералы и слоистые материалы», Пущино Моск.
обл., июнь 2012 г.;
- I Российское рабочее совещание «Глины, глинистые минералы и слоистые материалы», г. Москва, май
2011 г.;
- Международная Конференция «Наноявления при разработке месторождений углеводородного сырья: от
наноминералогии и нанохимии к нанотехнологиям», г. Москва, октябрь 2010 г.;
- 25-я Международная конференция по фотонным, электронным и атомным столкновениям: Фрейбург,
Германия, июль 2007;
- 10-я Международная конференция по электронной спектроскопии и структуре: Парана, Бразилия, август-
сентябрь 2006;
- 24-я Международная конференция по фотонным, электронным и атомным столкновениям: Росарио,
Аргентина, июль 2005;
- 20-я Международная конференция по рентгеновскому излучению и внутриоболочечным процессам:
Мельбурн, Австралия, июль 2005;
- 8-я Европейская конференция по атомной и молекулярной физике: Ренн, Франция, июль 2004;
- 12-я Международная конференция по тонкой структуре рентгеновского поглощения: Мальме, Швеция,
июнь 2003.
Разработанные научные основы используются Участником конкурса при создании новых композиционных
и функциональных наноматериалов с заданными свойствами. В частности, разработаны принципы
создания пластичных смазок и антифрикционных добавок, позволяющих существенно уменьшить
коэффициент трения и обеспечить его стабильные значения. Созданы новые композиционные материалы и
смазки для применения в узлах трения машин и механизмов, работающих в различных климатических
условиях. Разрабатываемые решения применены на предприятиях транспорта, тяжелого и легкого
машиностроения, химической и нефтеперерабатывающей промышленности.
Для решения поставленных перед ПНИ задач могут быть использованы полученные ранее результаты,
2014-14-579-0179-7129 17.10.2014 16:23 8 b1e2a8d60ae707e2457d36d0a9402a60
которые отражены в диссертациях исследователей-исполнителей ПНИ:
- "Процессы распада вакансий в глубоких электронных оболочках" (д.ф.-м.н. Кочур А.Г.);
- "Многочастичные эффекты при резонансном неупругом рассеянии фотона атомом и молекулой" (д.ф.-
м.н. Надолинский А.М.);
- "Многочастичные эффекты при аномальном упругом рассеянии рентгеновского излучения атомом и
молекулой" (д.ф.-м.н. Хоперский А.Н.);
- "Неупругое рассеяние рентгеновского фотона атомами и молекулами в области порогов ионизации" (к.ф.-
м.н. Каспржицкий А.С.).
Кроме того, могут быть использованы подходы разработке технологий получения конструкционных и
функциональных наноматериалов, созданные Участником конкурса в рамках научно-исследовательских
работ:
- «Информационные и когнитивные технологии определения физико-механических свойств слоистых
минералов с наноразмерными добавками» (источник финансирования - Федеральные целевые программы);
- "Функциональные наноструктурированные покрытия триботехнического назначения, исследования и
разработка" (источник финансирования - Федеральные целевые программы);
- «Инновационные подходы при проектировании, строительстве и текущем содержании автомобильных и
железных дорог» (источник финансирования - Федеральные целевые программы);
- "Разработка наноструктурированного смазочного материала для открытых тяжелонагруженных узлов
трения" (источник финансирования - Федеральные целевые программы);
- "Рентгенофотоэлектронная и Оже-спектроскопия для изучения химической связи и электронной
структуры моно- и полиядерных карбоксилатных комплексов 3d-металлов" (источник финансирования -
Российский фонд фундаментальных исследований);
- "Изучение электронного и пространственного строения моно-и полиядерных комплексов 3d-металлов с
моно- и дикарбоновыми кислотами методом рентгенофотоэлектронной спектроскопии" (источник
финансирования - Российский фонд фундаментальных исследований);
- "Разработка антифрикционного наноматериала, обладающего свойствами блокировки сегрегационных
явлений в металле колеса и рельса, и технологии его нанесения на боковую грань головки
рельса" (источник финансирования - ведомственные программы);
- "Разработка экологически чистого смазочного материала для контакта колесо-рельс" (источник
финансирования - ведомственные программы).