Регистрация / Вход
Прислать материал

Подготовка высококвалифицированных
специалистов и проведение научных исследований коллективами научно-
образовательного центра и научно-исследовательских лабораторий
Института в области физической химии новых полифункциональных композитных материалов с заданными свойствами и современных методов
их исследования

Стадии проекта
Предложение принято
Конкурс завершен
Проект закончен
Проект
02.740.11.0263
Организация
ИПХФ РАН
Руководитель работ
Алдошин Сергей Михайлович

Информация отсутствует

Участники проекта

Зам. руководителя работ
Санина Наталья Алексеевна

Этапы проекта

1
07.07.2009 - 30.09.2009
АННОТАЦИЯ РАБОТ,
ВЫПОЛНЕННЫХ НА ЭТАПЕ № 1
< Поиск методов синтеза принципиально новых типов полифункциональных композитных материалов >
государственного контракта с Федеральным агентством по науке
и инновациям от 7 июля 2009 г. № 02.740.11.0263.


Шифр: «2009-1.1-133-059»
Период выполнения этапа Июнь – 30 сентября 2009 г.
Исполнитель: Учреждение Российской академии наук Институт проблем химической физики РАН (ИПХФ РАН), 142432, г. Черноголовка Московской обл., пр-т академика Семенова, 1
Цель работы Интеграция фундаментального университетского образования со специализацией на базе научно-исследовательских лабораторий Института, подготовка новых научных и научно-педагогических кадров, их закрепление в сфере науки и образования, формирование эффективных научно-исследовательских и научно-образовательных коллективов, проведение научных исследований и достижение научных результатов мирового уровня в области физической химии и электрохимии новых полифункциональных композитных материалов (светочувствительных материалов, полимеров с высокой протонной проводимостью, полимерных нанокомпозитов) с заданными свойствами с использованием современных физических методов их исследования

1. Наименование разрабатываемой продукции
Экспериментальные образцы принципиально новых типов полифункциональных композитных материалов в количестве 10 штук.
2. Характеристика выполненных на этапе работ по созданию продукции
2.1. В ходе выполнения 1 этапа ГК НИР:
- разработаны методы: 1) получения полифункциональных гибридных материалов, содержащих катионные подрешетки спироциклических фотохромов и анионные подрешетки (трис)оксалатов переходных металлов; выявлены соединения для разработки лабораторной методики изготовления образцов новых полифункциональных гибридных материалов на основе фотохромов спироциклического ряда; 2) синтеза ряда полифункциональных производных углеродных наночастиц, содержащих карбоксильные, гидроксильные, хлоргидринные, гликолевые и алкоксисилильные группы для разработки лабораторной методики изготовления новых функционализированных углеродных наночастиц.
- исследованы: 1) строение, фото- и магнитные свойства cинтезированных фотомагнитных материалов; 2) состав и структура функционализированных углеродных наночастиц, их растворимость в органических растворителях; 3) структура и транспортные свойства протонгенерирующих добавок (гетерополикислот и ароматических сульфокислот) в индивидуальном состоянии и в соcтаве композитных материалов на их основе
- созданы лабораторные образцы: 1) светочувствительных кристаллических гибридных материалов, сочетающих фотохромизм и магнетизм; 2) полифункциональных производных фуллерена, содержащих хлоргидринные, гликолевые и алкоксисилильные группы, функционализированных углеродных нанотрубок.
- изучены протонгенерирующие добавки на основе производных ароматических сульфокислот с заданным количеством и расположением функциональных групп.
2.2. Новизна применяемых решений в настоящей НИР состоит в том, что, в мировой литературе отсутствуют сведения о синтезе композитных полифункциональных соединений, аналогичных разработанным в ходе выполнения 1 этапа НИР.
2.3. Особенности исследования состоит в разработке принципиально новых композитных полифункциональных материалов различного назначения.
В основе методологии синтеза новых светочувствительных магнитных материалов лежит комбинаторный подход – создание соединений из «строительных блоков» различной функциональности: фотомодуляция магнитных свойств в молекулярных соединениях, комбинирующих магнитные и оптические свойства в одной кристаллической решетке.
Основа методологии функционализации УНЧ заключается в том, что для получения полифункциональных производных фуллерена используется его способность к присоединению сразу нескольких молекул металлорганических соединений, образующих в структуре молекулы фуллерена соответственное число реакционных центров нуклеофильного характера, способных взаимодействовать со многими электрофильными реагентами. Углеводородные радикалы, на фуллереновом каркасе придают продуктам повышенную растворимость в органических растворителях.
В основу методики создания принципиально нового типа полифункциональных протонообменных мембран лежит идея сочетания в одном материале инертной полимерной матрицы, имеющей собственную непрерывную сетку водородных связей, и низкомолекулярной кристаллической протонгенерирующей добавки, способной не только генерировать протоны, но и прочно удерживать свою кристаллизационную воду.
2.4. Объекты интеллектуальной собственности на отчетном этапе не созданы.
3. Области и масштабы использования полученных результатов
3.1. Создание соединений, комбинирующих магнитные и оптические свойства в одной кристаллической решетке открывает возможность взаимно контролировать, модифицировать эти свойства, добиваясь синергетических эффектов, что решает важную практическую задачу уменьшения размеров элементной базы современных приборов.
Создание функционализированных углеродных наночастиц, способных ковалентно присоединяться к полимерной матрице, обладающих повышенной диспергируемостью в полимерных матрицах решает важную задачу разработки полимерных композитов с повышенным комплексом эксплуатационных свойств по сравнению с существующими.
Создание полифункциональных протонообменных мембран, обладающих высокой протонной проводимостью, устойчивостью к окислительным средам, низкой газопроницаемостью и электрокаталитическими свойствами позволит создать новое поколение твердотельных электрохимических устройств для экологии и энергетики.
3.2. На 1 этапе внедрение результатов НИР в образовательный процесс в соответствии с ТЗ и КП ГК не планировалось.
3.3. Полученная в результате выполнения проекта новая научная и научно-техническая продукция, относящаяся к междисциплинарной области, объединяющей физико-химию светочувствительных полифункциональных материалов, полифункциональных полимеров с высокой протонной проводимостью, полимерных нанокомпозитов, предназначена для внедрения в образовательный процесс на физико-химическом и химическом факультетах университетов и других образовательных учреждениях..
4. Выводы Разработаны методы синтеза светочувствительных магнитных гибридных материалов на основе катионов спироциклического ряда. Выполнены спектрально-кинетические и СКВИД-исследования фотохромных cистем, направленные на оптимизацию рабочих характеристик фотоактивных сред и адаптацию к технологическим режимам потенциального производства. Результаты проведенных НИР могут быть предназначены для создания новых материалов для магнитно-оптической записи информации.
Разработаны способы функционализации углеродных нанотрубок карбоксильными и гидроксильными группами, фуллерена – хлогидринными, гликолевыми и алкоксисилильными группами. Проведен анализ структуры и состава полученных соединений. Показано, что функционализированные производные фуллерена наряду с функциональными группами содержат алкильные радикалы, что обеспечивает их растворимость в органических средах, включая олигомер-полимерные.
Сделан анализ состояния разработок в области модификации протонообменных мембран. В качестве каталитически активных добавок выбраны гетерополикислоты и их соли, а в роли антиоксидантов – органические сульфокислоты. Исследованы структура и транспортные свойства выбранных протонгенерирующих материалов.
Изготовлены лабораторные образцы светочувствительных полифункциональных гибридных материалов и ФУНЧ в количестве 10 шт.
Предложенные методы и подходы не уступают мировому уровню, а ряд из них является новаторскими в данной области исследований.
  Оценка технико-экономической эффективности внедрения на 1 этапе НИР не проводилась.
Работа по этапу 1 выполнена в полном объеме и в соответствии с ТЗ и календарным планом.

Руководитель работ по проекту

Директор ИПХФ РАН
академик ________________ Алдошин С.М.
М.П.
Развернуть
2
01.10.2009 - 12.12.2009
2.1. Разработка лабораторной методики
изготовления образцов новых
полифункциональных гибридных материалов
на основе спиропиранов индолинового ряда и
хроменов.
2.2. Разработка лабораторных методик по
способам функционализации УНЧ.
2.3. Анализ способов введения
протонгенерирующих добавок в полимерную
матрицу и методов получения
протонобменных мембран с высокими
механическими, химическими и протон-
транспортными характеристиками.
2.4. Разработка лабораторных методик синтеза
протонгенерирующих низкомолекулярных
добавок органической и неорганической
природы.
2.5. Проведение патентных исследований
2.6. Разработка научно-методических
материалов для студентов по курсам:
«Электрохимические методы исследования
материалов для электрохимических
устройств», «Протонобменные мембраны для
твердотельных электрохимических
устройств».
Развернуть
3
01.01.2010 - 30.06.2010
3.1. Разработка методов синтеза
полифункциональных гибридных соединений
на основе дигетарилэтенов, их структурная
модификация.
3.2. Изготовление лабораторных образцов
полифункциональных гибридных соединений.
3.3. Разработка лабораторной методики
изготовления образцов новых
полифункциональных гибридных материалов.
3.4. Сопоставление степени влияния наличия
и типа функционализации УНЧ на свойства
полимерных композитов.
3.5. Разработка лабораторных методик
введения УНЧ и ФУНЧ в состав полимерных
матриц различной природы (полиуретаны,
поли(мет)акрилаты, полиэпоксиды и др.).
3.6. Разработка лабораторной методики
введения протонгенерирующих компонент в
полимерную матрицу и лабораторной
технологии получения гибридных
протонобменных мембран.
3.7. Получение лабораторных образцов
гибридных протонобменных мембран.
Разработка лабораторной методики
исследования физико-химических и
функциональных свойств полученных
мембран.
3.8. Разработка научно-методических
материалов для студентов по курсам «Физика
молекулярных магнитов», «Дифракционные
методы исследования строения вещества»
(практикум).
3.9. Разработка научно-методических
материалов по физике и химии
ионпроводящих соединений.
3.10. Исследование структуры,
фотохимических и магнитных свойств
гибридных соединений.
Развернуть
4
01.07.2010 - 12.12.2010
4.1. Проведение исследований методом
электронного парамагнитного резонанса с
целью разделения вкладов магнитных
подсистем в свойства фотомагнетиков.
4.2. Анализ взаимосвязи между структурой и
магнитными свойствами в ряду соединений с
варьируемыми параметрами кристаллической
решетки и типом магнитной подрешетки.
4.3. Исследование влияния различных
концентраций УНЧ и ФУНЧ на реологические
характеристики реакционных систем и
изучение свойств полимерных композитов
методами физико-механических и
термомеханических испытаний, электронной
микроскопии, спектроскопии в широком
диапазоне, светорассеяния. Установление
корреляции между изменением структуры,
свойств полимерных композитов и
концентрацией УНЧ и ФУНЧ в полимерной
матрице.
4.4. Изготовление образцов композитов на
основе полимеров различной природы,
модифицированных УНЧ и ФУНЧ.
4.5. Разработка методов тестирования
гибридных мембран в составе моделируемого
объекта. Создание экспериментальной
установки для такого тестирования.
4.6. Создание лабораторной установки для
исследования физико-химических и
функциональных свойств гибридных мембран.
Разработка методических указаний.
4.7. Создание научно-методических
материалов для студентов по физико-химии
ионпроводящих полимеров и композитных
мембран.
4.8. Разработка научно-методических
материалов для студентов по курсу
«Функционализация углеродных наночастиц».
4.9. Идентификация магнитных спиновых
состоянии и типов магнитного порядка в
фотоактивных магнетиках методом СКВИД
магнетометрии .
Развернуть
5
01.01.2011 - 30.06.2011
5.1. Установление механизмов и
фундаментальных принципов фотомагнитных
эффектов в новых соединениях. Установление
вкладов магнитных подсистем (фотохромной
и магнитной) в чувствительность материалов
и гетероструктур к свету оптического
диапазона. Спектральные исследования
фотомагнетизма.
5.2. Исследование спиновой динамики и
динамических магнитных свойств процессов
перемагничивания созданных материалов под
действием света.
5.3. Получение количественных магнито-
оптических характеристик и выработка
оптимального материала для создания
фотомагнетика наибольшей эффективности в
заданном спектральном диапазоне.
5.4. Изучение свойств полимерных
нанокомпозитов (температура стеклования,
предел прочности при изгибе, сжатии,
межслоевом сдвиге, стабильность этих
характеристик при повышенной температуре,
вл агопогл ощение).
5.5. Создание и исследование
полнофункциональных моделей
низкотемпературных топливных элементов.
5.6. Создание и исследование
полнофункциональных моделей газовых
сенсоров.
5.7. Создание демонстрационных макетов
топливных элементов и газовых сенсоров.
5.8. Подготовка задач для практикума
«Физика и химия ионпроводящих
соединений»: «Изготовление протонобменных
мембран и изучение их свойств»,
«Изготовление и тестирование
электрохимических устройств на основе
протонобменных мембран».
5.9.Разработка научно-методических
материалов для студентов по курсам
«Полимерные нанокомпозиты».
Развернуть
6
01.07.2011 - 03.09.2011
6.1. Разработка методов создания ячеистых
гетероструктур и наноструктур
полифункциональных гибридных соединений,
направленных на адаптацию к цифровым
технологиям управления элементами
магнитной памяти.
6.2. Изготовление лабораторных образцов
полифункциональных гибридных материалов.
6.3. Разработка лабораторной методики
изготовления образцов новых
полифункциональных гибридных материалов
6.4. Разработка лабораторных методик по
режиму изготовления полимерных
композитов, модифицированных УНЧ и
ФУНЧ.
6.5. Измерение характеристик и испытания
полнофункциональных моделей топливных
элементов и газовых сенсоров.
6.6 Разработка программы внедрения
результатов НИР в образовательный процесс.
6.7. Разработка научно-методических
материалов для студентов по курсам «Методы
синтеза полифункциональных соединений»
(практикум) и издание учебника «Химия и
физика ионпроводящих соединений»
6.8. Технико-экономическая оценка
полученных результатов.
6.9. Подготовка итогового отчета
6.10. Исследование структуры,
фотохимических и магнитных свойств
гибридных материалов.
Развернуть

Программа

Программа "Научные и научно-педагогические кадры инновационной России" на 2009 - 2013 годы

Программное мероприятие

1.1 Проведение научных исследований коллективами научно-образовательных центров
Тема
НК-12А Закупка современного специального оборудования для оснащения учебно-исследовательского комплекса ресурсного центра коллективного пользования Московского авиационного института (государственного технического университета) по отраслевому направлению «Производство летательных аппаратов» государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Московский авиационный институт (государственный технический университет)»
Продолжительность работ
2009, 4 мес.
Бюджетные средства
0 млн
Количество заявок
1
Тема
Оснащение измерительно-диагностическим оборудованием центра научно-технического творчества молодежи Орловского государственного института экономики и торговли
Продолжительность работ
2012, 0 мес.
Бюджетные средства
0,77 млн
Количество заявок
0
Тема
Оснащение фрезерным станком с ЧПУ центра научно-технического творчества молодежи Московского авиационного института
Продолжительность работ
2012, 0 мес.
Бюджетные средства
0,35 млн
Количество заявок
0
Тема
Развитие центра коллективного пользования научным оборудованием для обеспечения комплексных исследований в области изучения свойств наноструктурированных материалов естественного и искуственного происхождения.
Продолжительность работ
2008 - 2009, 9 мес.
Бюджетные средства
70 млн
Количество заявок
5
Тема
Организационно-техническое обеспечение проведения Международной конференции с элементами научной школы для молодежи «Перспективы фитобиотехнологии для улучшения качества жизни на Севере».
Продолжительность работ
2010, 8 мес.
Бюджетные средства
0,8 млн
Количество заявок
1