П1042_Галанов АИ

АННОТАЦИЯ
отчета по научно-исследовательской работе, выполненной по Государственному
контракту № П1042 от 31 мая 2010 г. и Дополнению от 03 марта 2011 г. № 1, Дополнению
от
01
сентября
2011
г.
№
2
по результатам исследований, выполненных по Государственному контракту № П1042
"Исследование коллоидно-химических свойств нанодисперсий и органозолей металлов и
их сульфидов, получаемых диспергационными методами" (шифр "НК-599П") от 31 мая
2010 г по направлению " Коллоидная химия и поверхностные явления" в рамках
мероприятия 1.2.2
"Проведение научных исследований научными группами под
руководством кандидатов наук.", мероприятия 1.2 "Проведение научных исследований
научными группами под руководством докторов наук и кандидатов наук", направления 1
"Стимулирование закрепления молодежи в сфере науки, образования и высоких
технологий." федеральной целевой программы "Научные и научно-педагогические кадры
инновационной России" на 2009-2013 годы.
Целью настоящего проекта были:
- теоретическое исследование физико-химических закономерностей устойчивости
коллоидных систем;
- разработка рекомендаций для получения дисперсной фазы металлов и дисульфидов
молибдена и вольфрама пригодных для получения органозолей и органогелей в
технологиях получения антифрикционных смазок и фотоэлементов;
- создание физико-химической модели органозолей и органогелей, объясняющих их
устойчивость.
При обобщении результатов работы по проекту были получены следующие
основные результаты:
1. Разработана универсальная методика синтеза слоистых дисульфидов молибдена и
вольфрама методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза с
добавлением в шихту хлоридов щелочных металлов. В результате проведения данного
процесса образуются слоистые дисульфиды молибдена и вольфрама с характерными
структурными свойствами и химическим составом, соответствующим требованиям
предъявляемым для частиц-модификаторов смазочных материалов и препродуктов
синтеза тонких полупроводниковых пленок;
2. Предложена методика синтеза наноразмерных частиц металлов в углеродной
оболочке методом электроискрового диспергирования в гексане и машинном масле.
Синтезированные частицы также соответствуют ранее использованным частицам для
получения триботехнических составов, но отличаются более низкой себестоимостью;
3. Предложена модель устойчивости слоистых дисульфидов молибдена и вольфрама
в консистентных смазках и основанная на представлениях о встраивании наночастиц в
структуру дисперсионной среды с формированием плоскопараллельных регулярных
структур дисульфидов, стабилизированных молекулами загустителя. Для частиц металлов
предложена аналогичная модель.
4. При описании модели аквазолей частиц металлов предложена модель, основанная
на представлениях о стабилизации наночастиц за счет двойного электрического слоя,
формируемого за счет диссоциации поверхностных гидроксильных групп. Для
органозолей (дисперсий наночастиц металлов в жидкостях с низкой диэлектрической
проницаемостью) стабилизация золя обусловлена только за счет введения в состав
коллоида ПАВ, его адсорбцией и частичной лиофилизацией поверхности наночастиц;
5. Для органозолей дисульфидов металлов на основе машинного масла модель
устойчивости также предполагает введение дополнительного количества ПАВ, его
адсорбции на поверхности слоистых дисульфидов и последующей стабилизацией
модифицированного масла за счет структурирования дисперсионной среды и
нанослоистых дисульфидов молибдена и вольфрама с образованием пространственных
регулярных структур наночастиц в объеме масла;
Исследование трибологических характеристик показало, что наибольший эффект по
уменьшению коэффициента трения, износа трущихся деталей наблюдается только для
стабилизированных коллоидных систем. Это связано, прежде всего, со структурирование
масел и консистентных смазок ПАВ с одновременным диагломерированием наночастиц и
их встраиванием в каркаса структурированной жидкости. В результате образуется более
равномерная по составу и структуре смазочная композиция, что приводит к увеличению
трибологических характеристик по сравнению с индивидуальными свойствами
консистентных смазок (Литол-24) и машинных масел.
При исследовании возможности нанесения методом магнетронного распыления
наноструктурированных мишеней были получены тонкие пленки дисульфида вольфрама,
характеризующиеся хорошей адгезией к материалу подложки. Установлено, что рост
пленки с гексагональной структурой происходит преимущественно в плоскости (002). При
этом ширина запрещенной зоны равна 1,92 эВ (для дисульфида вольфрама).
При разработке рекомендации по возможности использования результатов НИР в
реальном секторе экономики и образовательном процессе были учтены следующие
факторы и предложены следующие варианты использования результатов НИР:
1. Разработаны новые технологичные методы синтеза слоистых дисульфидов
молибдена и вольфрама - метод СВС. С добавками в исходную шихту хлоридов щелочных
металлов. Метод получения высокодисперсных частиц металлов в углеродных оболочках
(Zn, Cu, латуни);
2. На основе синтезированных дисульфидов молибдена получены ряд смазочных
материалов (консистентные смазки, машинные масла) с высокими триботехническими
характеристиками. Методы получения просты и относительно недорогостоящие, что
позволяет внедрение полученных композиций в производстве смазочных материалов;
3. На основе универсальной синтезированных дисульфидов молибдена и вольфрама
разработан метод получения тонких пленок для фотовольтаических элементов, что также
позволяет предположить возможность внедрения данной технологии при производстве
солнечных элементов.
Результаты НИР могут быть использованы при модернизации и дополнения курсов
подготовки студентов и магистрантов Томского политехнического университета
обучающихся по направлению «Материаловедение». Научные результаты проекта были
опубликованы в четырех статьях и 7 материалах конференции.
В целом, согласно проведенному обзору результатов можно констатировать, что
поставленные цели и задачи проекта выполнены, получены новые данные по синтезам
наноразмерных частиц методами СВС и электроискрового диспергирования. Предложены
методики получения новых трибологических составов (консистентные смазки, машинные
масла) модифицированных наночастицами дисульфидов молибдена и вольфрама, а также
частицами металлов. Предложена методика синтеза тонких слоев фотоактивных слоев.