Регистрация / Вход
Прислать материал

Получение компактных оксидных наноматериалов с заданными свойствами

Стадии проекта
Предложение принято
Конкурс завершен
Выполнение этапа проекта
Проект
02.434.11.7048
Организация
ИМЕТ УрО РАН

Проведение поисковых исследований и получение новых знаний с использованием возможностей международной кооперации

Соисполнители

Организация
ИФМ УрО РАН

Этапы проекта

1
07.11.2005 - 08.12.2005
Проведены анализ научно-технической литературы и патентные исследования по получению и свойствам оксидных наноматериалов. Завершены выбор способов синтеза и обоснование методик исследований наноструктурных оксидных материалов на основе манганита лантана. Проведена адаптация соответствующих методик (рентгеноструктурных, ядерного микроанализа, ОЖЕ и РФЭС) применительно к специфике оксидных наноматериалов. Разработана общая схема проведения комплексных физико-химических исследований нанокристаллических оксидов с участием израильских партнеров и использованием их уникального оборудования.

В качестве пробной решена задача получения объемных наноструктурных оксидных материалов с использованием методов сдвига под давлением (манганит лантана LaMnO3+d) и ударно-волнового нагружения (LaMnO3+d и CuO). Проведено предварительное исследование микроструктуры этого соединения. Показана возможность достижения плотности скомпактированного наноматериала близкой к плотности монокристаллических образцов.
Интенсивная пластическая деформация порошка манганита лантана методом сдвига под давлением осуществлялась с использованием пресса усилием 100 т и наковален Бриджмена [7]. Наковальни из сплава ВК6 имели диаметр 5 мм. Порошок помещался между наковальнями и сжимался давлением до 9 ГПа. Сдвиговая деформация осуществлялась путем вращения одной из наковален относительно другой со скоростью 0,3 об/мин. Эксперименты проводились при комнатной температуре на воздухе.
В результате проведенных исследований подтверждено, что комплекс предложенных методов получения и исследования наноструктурных оксидов позволяет решать поставленные в проекте задачи.
Развернуть
2
01.01.2006 - 30.06.2006
В соответствии с задачами этапа синтезированы нанокристаллические оксиды CuO, LaMnO3, Mn3O4, TiOx методами сдвига под давлением, ударно-волнового нагружения, механохимически. Проведена аттестация полученных оксидных наноматериалов различными методами (STM, XRD, XRS, аналитической химии). Методами рентгеновской дифракции установлены параметры кристаллической решетки, средние размеры кристаллов, дисперсия размеров кристаллов и величины микродеформаций оксидов LaMnO3 и TiO2. Найдены зависимости указанных характеристик от предыстории, способа и условий получения образцов. Обнаружен эффект постдинамической рекристаллизации, аналогичный наблюдаемому для металлических систем.
  Методом ядерного микроанализа изучена кинетика кислородного обмена в нано-, поли- и монокристаллических оксидах CuO. Установлено, что кинетика изотопного обмена по кислороду носит необычный характер и не определяется процессами объемной диффузии.
  Методами рентгенофлуоресцентной и Оже-спектроскопии проведены исследования состояния поверхности наноразмерных и крупнокристаллических оксидов CuO. Установлено распределение валентных состояний меди в поверхностных слоях оксида.
  Магнитные исследования показали, что во всей области ближнего магнитного порядка значения магнитной восприимчивости наноразмерного оксида Mn3O4 больше соответствующих величин для поликристалла.
  Создан экспериментальный комплекс, позволяющий проводить рентгеноструктурные исследования при контролируемом давлении кислорода, и тем самым одновременно изучать протекающие в образце процессы кислородного обмена и структуру нанокристаллических оксидных материаллов. Проведены постановочные эксперименты по изучению взаимодействия нанооксидов с кислородной атмосферой.
  В результате проведенных исследований показано, что рассмотренные свойства наноструктурных оксидов существенно отличаются от свойств поликристаллических и монокристаллических материалов. Достигнуты запланированные технико-экономические показатели.
Развернуть
3
01.07.2006 - 31.10.2006
Решена задача получения объемных наноструктурных оксидных материалов с использованием методов сдвига под давлением, ударно-волнового нагружения и механохимии. Показана возможность достижения плотности скомпактированного наноматериала близкой к плотности монокристаллических образцов.
Предложены и модифицированы методы, связанные с использованием интенсивных пластических деформаций для получения нанокристаллических оксидных материалов. Качественно новым моментом в методике сдвига под давлением стало проведение экспериментов по пластическому деформированию при температуре жидкого азота, что предотвращало оксид от разложения и способствовало образованию наноструктуры.
В результате проведенных исследований исходных и деформированных образцов получены новые данные о фазовом составе, состоянии поверхности, устойчивости, магнитных и электрических свойствах наноразмерных оксидов CuO, LaMnO3, Mn3O4, TiOx, полученных различными методами. Проанализированы распределения напряжений и ионов по подрешеткам в кристаллитах и распределение зерен по размерам. Установлен характер зависимости структурных параметров оксидных наноматериалов от угла вращения наковален (сдвиг под давлением) и расстояния от поверхности сферы (ударно-волновое нагружение).
Впервые методом ядерного микроанализа с использованием пучков ускоренных легких ионов мегаэлектрон-вольтного диапазона ядерного микроанализа была исследована кислородная нестехиометрия нанокристаллических оксидов и установлено, что кислородное содержание в наноразмерных оксидах и исходных образцах существенно различаются. Подобные результаты в отечественной и зарубежной литературе до реализации настоящего проекта отсутствовали. С использованием этой же методики был исследован изотопный обмен в кислородной подсистеме нанокристаллических оксидов и установлено, что он носит недиффузионный характер в рассмотренном интервале температур.
Впервые создан экспериментальный комплекс для одновременного изучения процессов кислородного обмена и структуры нанокристаллических оксидных материалов. Исследована структура манганита лантана в широком интервале температур и парциальных давлений кислорода в зависимости от размера кристаллита. Установлено существование «порогового размера кристаллита», обеспечивающего устойчивость оксидного наноматериала в условия повышенных температур и пониженных давлений кислорода.
Определены оптимальные условия получения наноразмерных оксидов титана, меди, марганца и манганита лантана с заданными свойствами методами интенсивных пластических деформаций – сдвигом под давлением, ударно-волновым нагружением, механохимической обработкой. Наиболее существенно отметить роль сдвиговой деформации в процессе формирования структуры оксидных наноматериалов.
Развернуть

Программа

Программа "Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития науки и техники" на 2002-2006 годы

Программное мероприятие

1.2 Проблемно-ориентированные поисковые исследования фундаментального характера
Продолжительность работ
2012 - 2013, 14 мес.
Бюджетные средства
0,77 млн
Организация
ДВГУПС
профинансировано
Тема
Проблемно-ориентированные поисковые исследования фундаментального характера по приоритетным направлениям развития науки и техники в рамках подписанных межправительственных соглашений Российской Федерации по научно-техническому сотрудничеству с зарубежными странами
Продолжительность работ
2005 - 2006, 23 мес.
Бюджетные средства
87,79 млн
Количество заявок
217
Тема
Работы по проведению проблемно-ориентированных поисковых исследований и формированию научно-технического задела в области создания углеродных наноматериалов и структур.
Продолжительность работ
2009, 6 мес.
Бюджетные средства
8,7 млн
Количество заявок
32
Тема
Работы по проведению проблемно-ориентированных поисковых исследований и формированию научно-технического задела в области создания органических наноматериалов и материалов для биоинженерии.
Продолжительность работ
2009, 6 мес.
Бюджетные средства
8,7 млн
Количество заявок
9
Тема
Работы по проведению проблемно-ориентированных поисковых исследований и формированию научно-технического задела в области создания функциональных наноматериалов
Продолжительность работ
2009, 6 мес.
Бюджетные средства
11,6 млн
Количество заявок
55
Тема
Работы по проведению проблемно-ориентированных поисковых исследований и формированию научно-технического задела в области создания приборов и методов диагностики наносистем и наноматериалов.
Продолжительность работ
2009, 6 мес.
Бюджетные средства
8,7 млн
Количество заявок
34