Tilda Publishing
ЖУРНАЛ
ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
ISSN 1028-978X

ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Tilda Publishing
ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
2025, № 1
ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Применение различных материалов при введении изотопов водорода
в органические соединения без использования растворителей

В. П. Шевченко, И. Ю. Нагаев, Н. Ф. Мясоедов

Описаны методы введения изотопов водорода в органические соединения без использования растворителей. Приведены неорганические носители, в том числе и наноматериалы, которые используют для приготовления реакционных смесей. Показаны возможности твердофазного метода для введения дейтериевой или тритиевой метки в органические соединения, в том числе в ненасыщенные и термолабильные соединения. Рассмотрено влияние условий проведения реакций на выход и степень включения изотопа водорода в меченые препараты. Сделана попытка объяснить полученные данные процессами, происходящими в системе изотоп водорода – катализатор – носитель – исходноe соединениe.

Ключевые слова: дейтерий, тритий, твердофазные реакции, гетерогенные катализаторы, носители, спилловер водорода.

DOI: 10.30791/1028-978X-2025-1-5-23
Шевченко Валерий Павлович — Национальный исследовательский центр “Курчатовский институт” (123182 Москва, пл. Курчатова, 2), доктор химических наук, старший научный сотрудник, ведущий научный сотрудник, специалист в области синтеза изотопномеченых соединений. E-mail: ATRegister@mail.ru.
Нагаев Игорь Юлианович — Национальный исследовательский центр “Курчатовский институт” (123182 Москва, пл. Курчатова, 2), кандидат химических наук, старший научный сотрудник, специалист в области синтеза изотопномеченых соединений. E-mail: nagaev.img@yandex.ru.
Мясоедов Николай Федорович — Национальный исследовательский центр “Курчатовский институт” (123182 Москва, пл. Курчатова, 2), доктор химических наук, профессор, академик РАН, специалист в области биоорганической химии и биотехнологии, синтеза изотопномеченых соединений. E-mail: myasoedov-nf.img@yandex.ru.
Ссылка на статью:
Шевченко В.П., Нагаев И.Ю., Мясоедов Н.Ф. Применение различных материалов при введении изотопов водорода в органические соединения без использования растворителей. Перспективные материалы, 2025, № 1, с. 5 – 23. DOI: 10.30791/1028-978X-2025-1-5-23
Литература содержит 101 ссылку.

См. подробнее о статье на сайте e-library
Перейти
Литература/References
к статье Шевченко В.П., Нагаев И.Ю., Мясоедов Н.Ф. Применение различных материалов при введении изотопов водорода в органические соединения без использования растворителей. Перспективные материалы, 2025, № 1, с. 5 – 23. DOI: 10.30791/1028-978X-2025-1-5-23
  1. Evans E.A. Tritium and its compounds. London, Butterworths, 1974, 822 p.
  2. Shchepina N.E., Badun G.A., Nefedov V.D., Toropova  M.A., Fedoseev V.M., Avrorin V.V., Lewis  S.B. Synthesis of arylhalonium compounds [including (4-methylphenyl) phenylfluoronium] by the nuclear–chemical method. Tetrahedron Lett., 2002, v.  43, no. 22, pp. 4123 − 4124.
  3. Shchepina N.E., Avrorin V.V., Badun G.A., Bumagin N.A., Lewis S.B., Shurov S.N. Pathways of ion–molecular interactions of nucleogenic phenyl cations with the nucleophilic centers of picolines. Org. Med. Chem. Lett., 2012, v. 2, no. 1, art. 14. https://doi.org/10.1186/2191-2858-2-14
  4. Shchepina N.E., Avrorin V.V., Badun G.A., Lewis  S.B., Shurov S.N. New Way of Direct Nitrogen Atom Phenylation in Quinoline Derivatives. ISRN Org. Chem., 2012, v. 2012, no. 6, art. 526867. https://doi.org/10.5402/2012/526867
  5. Щепина Н.Е., Аврорин В.В., Бадун Г.А., Уханов  С.Е. Фторзамещенные нуклеогенные фенил-катионы и ядерно-химический путь синтеза неизвестных гетероциклических производных. Радиохимия, 2016, т. 58, № 1, с. 84 − 86. / Shchepina N.E., Avrorin V.V., Badun G.A., Ukhanov  S.E. Fluorinated nucleogenic phenyl cations and nuclear-chemical route to previously unknown heterocyclic derivatives. Radiochemistry, 2016, v. 58, no. 1, pp. 92 − 94.
  6. Щепина Н.Е., Аврорин В.В., Бадун Г.А., Шуров С.Н., Щепин Р.В. Ядерно-химический синтез меченных тритием фторзамещенных изохинолиниевых производных. Радиохимия, 2017, т. 59, № 3, с. 260 − 263. / Shchepina N.E., Avrorin V.V., Badun G.A., Shurov S.N., Shchepin R.V. Nuclear-chemical synthesis of tritium-labeled fluorinated isoquinolinium derivatives. Radiochemistry, 2017, v. 59, no. 3, pp. 297 − 300.
  7. Щепина Н.Е., Аврорин В.В., Бадун Г.А., Шуров С.Н., Щепин Р.В. Изучение реакций фторзамещенных нуклеогенных фенил-катионов с производными бензопиридина. Радиохимия, 2020, т. 62, № 1, с. 73 − 78. / Shchepina N.E., Avrorin V.V., Badun G.A., Shurov  S.N., Shchepin R.V. Study of reactions between fluoro-substituted nucleogenic phenyl cations and benzopyridine derivatives. Radiochemistry, 2020, v. 62, no. 1, pp. 101 − 106.
  8. Shchepina N.E., Avrorin V.V., Badun G.A., Shurov S.N., Shchepin R.V. Chemical effects of nuclear transformations and possible formation of unknown derivatives with N-phenylquinazolinium structure. Radiochim. Acta, 2020, v. 108, no. 2, pp. 105 − 111.
  9. Badun G.A., Chernysheva M.G., Ksenofontov A.L. Increase in the specific radioactivity of tritium-labeled compounds obtained by tritium thermal activation method. Radiochim. Acta, 2012, v. 100, no. 6, pp. 401 − 408.
  10. Шевченко В.П., Нагаев И.Ю., Мясоедов Н.Ф. Гетерогенный каталитический синтез меченных изотопами водорода органических соединений без участия растворителей. Радиохимия, 2018, т. 60, № 2, с. 97 − 127. / Shevchenko V.P., Nagaev I.Yu., Myasoedov N.F. Heterogeneous catalytic synthesis of organic compounds labeled with hydrogen isotopes without using solvents. Radiochemistry, 2018, v. 60, no. 2, pp. 105 − 139.
  11. Filikov A.V., Myasoedov N.F. Study of solid-state hydrogen isotope exchange in a Pd/organic compound system. J. Radioanal. Nucl. Chem., 1985, v. 93, pp. 355 − 362.
  12. Filikov A.V., Myasoedov N.F. Hydrogen spillover and the rate of heterogeneous catalytic hydrogenation. Quantitative model. J. Phys. Chem., 1986, v. 90, no. 21, pp. 4915 − 4916.
  13. Badun G.A., Chernysheva M.G., Yakovlev R.Yu., Leonidov N.B., Semenenko M.N., Lisichkin G.V. A novel approach radiolabeling detonation nanodiamonds through the tritium thermal activation method. Radiochim. Acta, 2014, v. 102, no. 10, pp. 941 − 946.
  14. Badun G.A., Chernysheva M.G., Grigorieva A.V., Eremina E.A., Egorov A.V. Langmuir hydrogen dissociation approach in radiolabeling carbon nanotubes and graphene oxide. Radiochim. Acta, 2016, v. 104, no. 8, pp. 593 − 599.
  15. Бадун Г.А., Чернышева М.Г., Казаишвили Ю.Г., Рудой Б.А. Синтез полимерной субстанции “кагоцел”, меченной тритием: метод термической активации трития. Фармация, 2018, т. 67, № 7, с. 14 − 20. / Badun G.A., Chernysheva M.G., Kazaishvili Yu.G., Rudoy B.A. Sintez polimernoj substancii “kagocel”, mechennoj tritiem: metod termicheskoj aktivacii tritiya. [Synthesis of tritium-labelled polymeric kagocel substance: tritium thermal activation]. Farmaciya [Farmacy], 2018, no. 7, pp. 14 – 20. (In Russ.).
  16. Shevchenko V.P., Nagaev I.Yu., Myasoedov N.F. The Efficiency of solvent-free catalyst systems in the synthesis of tritium-labelled biologically active compounds. J. Labelled Comp. Radiopharm., 2010, v. 53, no. 11 – 12, pp. 693 − 703.
  17. Синолиц А.В., Чернышева М.Г., Бадун Г.А. Получение меченной тритием гиалуроновой кислоты методом термической активации трития. Радиохимия, 2021, т. 63, № 4, с. 507 − 511. / Sinolits A.V., Chernysheva M.G., Badun G.A. Preparation of tritium-labeled hyaluronic acid by tritium thermal activation method. Radiochemistry, 2021, v. 63, no. 4, pp. 395 − 400.
  18. Badun G.A., Severin A.V., Zaitseva E.A. Features of the sorption interaction of [3H]hyaluronic acid with hydroxyapatite. Radiochemistry, 2024, v. 66, no. 3, pp. 364 − 371.
  19. d’Amora M., Camisasca A., Boarino A., Arpicco  S., Giordani S. Supramolecular functionalization of carbon nano-onions with hyaluronic acid-phospholipid conjugates for selective targeting of cancer cells. Colloids Surf. B Biointerfaces, 2020, v. 188, art. 110779. https://doi.org/10.1016/j.colsurfb.2020. 110779
  20. Girard H.A., El-Kharbachi A., Garcia-Argote S., Petit  T., Bergonzo P., Rousseau B., Arnault J.C. Tritium labeling of detonation nanodiamonds. Chem. Commun., 2014, v. 50, no. 22, pp. 2916 − 2918.
  21. Myasnikov I.Yu., Gopin A.V., Mikheev I.V., Chernysheva M.G., Badun G.A. Presonication of nanodiamonds hydrosols in radiolabelling by a tritium thermal activation method. Mendeleev Commun., 2018, v. 28, pp. 495 − 496.
  22. Badun G.A., Bunyaev V.A., Chernysheva M.G. Preparation of high-labeled graphene oxide by tritium thermal activation method for application in the betavoltaic cell of a nuclear battery. Radiochemistry, 2024, v. 66, no. 2, pp. 185 − 190.
  23. Сидоров Г.В., Бадун Г.А., Баитова Е.А., Баитов  А.А., Платошина А.М., Мясоедов Н.Ф., Федосеев В.M. Сравнительное изучение реакций термически акти­вированного трития и твердофазной катали­тической гидрогенизации тритием с сахарами и диазинами. Радиохимия, 2005, т. 47, № 3, с. 284 − 288. / Sidorov G.V., Myasoedov N.F., Badun G.A., Baitova  E.A., Baitov A.A., Platoshina A.M., Fedoseev V.M. A comparative study of the reactions of thermally activated tritium with sugars and diazines and of solid-phase catalytic hydrogenation of these compounds with tritium. Radiochemistry, 2005, v. 47, no. 3, pp. 311 − 315.
  24. Шевченко В.П., Нагаев И.Ю., Мясоедов Н.Ф. Получение меченных тритием иммунодепрессантов, содержащих двойные связи, изотопным обменом с тритиевой водой. Радиохимия, 1999, т. 41, № 1, с. 82 − 85. / Shevchenko V.P., Nagaev I.Yu., Myasoedov N.F. Poluchenie mechennyh tritiem immunodepressantov, soderzhashchih dvojnye svyazi, izotopnym obmenom s tritievoj vodoj [Preparation of tritium-labeled immunosuppressants containing double bonds by isotopic exchange with tritium water]. Radiohimiya [Radiochemistry], 1999, v. 41, no. 1, pp. 82 − 85. (In Russ.).
  25. Шевченко В.П., Нагаев И.Ю., Мясоедов Н.Ф. Синтез и исследование тритий-меченных липидов и их аналогов. Химико-фармацевтический журнал, 1999, т. 33, № 6, с. 14 − 27. / Shevchenko V.P., Nagaev I.Yu., Myasoedov N.F. Sintez i issledovanie tritij-mechennyh lipidov i ih analogov [Synthesis and investigation of tritium-labeled lipids and their analogues]. Himiko-farmacevticheskij zhurnal [Chemical and Pharmaceutical Journal], 1999, v. 33, no. 6, pp. 14 − 27. (In Russ.).
  26. Moseler M., Hakkinen H., Landman U. Supported magnetic nanoclusters: soft landing of Pd clusters on a MgO surface. Phys. Rev. Lett., 2002, v.  89, no. 17, art. 176103. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett. 89.176103
  27. Chiesa M., Paganini M.C., Spoto G., Giamello E., Di Valentin C., Del Vitto A., Pacchioni G. Single electron traps at the surface of polycrystalline MgO:  Assignment of the main trapping sites. J. Phys. Chem. B, 2005, v. 109, no. 15, pp. 7314 − 7322.
  28. Myasoedov N.F. Solid-phase reactions as approach to the synthesis of organic compounds labelled with tritium. J. Labelled Comp. Radiopharm., 2007, v. 50, no. 9 – 10, pp. 831 – 847.
  29. Шевченко В.П., Нагаев И.Ю., Мясоедов Н.Ф. Твердофазный метод введения тритиевой метки в биологически активные соединения. Успехи химии, 2003, т. 72, № 5, с. 471 − 497. / Shevchenko V.P., Nagaev I.Yu., Myasoedov N.F. Solid-phase method for tritium labelling of biologically active compounds. Russian Chemical Reviews, 2003, v. 72, no. 5, pp. 423 − 446.
  30. Pevzner S., Pri-Bar I., Regev O. Solid-state solvent-free catalyzed hydrogenation: Enhancing reaction efficiency by spillover agents. J. Mol. Catal. A Chem., 2013, v. 376, pp. 48 − 52.
  31. Bell R.P. The tunnel effect in chemistry. New York, Chapman and Hall, 1980, 236 p.
  32. Compton R.G. Electron tunneling in chemistry in comprehensive chemical kinetics. New York, Elsevier, 1989, 374 p.
  33. Шевченко В.П., Нагаев И.Ю., Шевченко К.В., Мясоедов Н.Ф. Особенности введения дейтерия и трития в Pro-Gly-Pro-Leu и физиологически активные аминокислоты. Радиохимия, 2013, т. 55, № 3, с. 284 − 288. / Shevchenko V.P., Nagaev I.Yu., Shevchenko K.V., Myasoedov N.F. Specific features of deuterium and tritium labeling of Pro-Gly-Pro-Leu and of physiologically active amino acids. Radiochemistry, 2013, v. 55, no. 3, pp. 346 − 351.
  34. Шевченко В.П., Нагаев И.Ю., Шевченко К.В., Мясоедов Н.Ф. Введение дейтерия в глипролины изотопным обменом. Доклады академии наук, 2016, т. 466, № 6, с. 683 − 687. / Shevchenko V.P., Nagaev I.Yu., Shevchenko K.V., Myasoedov N.F. Deuterium labeling of glyprolines by isotope exchange. Doklady Chemistry, 2016, v. 466, no. 2, pp. 48 − 52.
  35. Семененко К.Н., Бурнашева В.В., Яковлева  Н.А., Ганич Е.А. Валентное состояние водорода в гидри­дах интерметаллических соединений. Известия Академии Наук – Серия химическая, 1998, № 2, с. 214 − 217. / Semenenko K.N., Burnasheva V.V., Yakovleva  N.A., Ganich E.A. Valentnoe sostoyanie vodoroda v gidridah intermetallicheskih soedinenij [Valence state of hydrogen in hydrides of intermetallic compounds]. Izvestiya Akademii Nauk – Seriya himicheskaya [Proceedings of the Academy of Sciences – Chemical Series], 1998, no. 2, pp. 214 − 217. (In Russ.).
  36. Gibb T.R. Nonstoichiometric hydrides. Interstitial-atom, proton, and hydride-anion models. Adv. Chem. Ser., 1963, v. 39, no. 1, pp. 99 − 110.
  37. Ubbelohde A.R. Pseudo-metallic bonding of hydrides. J. Chem. Soc., 1950, no. 0, pp. 1143 − 1146.
  38. Chang F., Kim H., Lee B., Park H.G., Park J. Pd-catalyzed dehalogenation of aromatic halides under solvent-free conditions using hydrogen balloon. Bull. Korean Chem. Soc., 2011, v. 32, no. 3, pp. 1074 − 1076.
  39. Serp P., Feurer R., Morancho R., Kalck P. One-step preparation of highly dispersed supported rhodium catalysts by low-temperature organometallic chemical-vapor-deposition. J. Catal., 1995, v. 157, no. 2, pp. 294 − 300.
  40. Serp P., Kalck Ph., Feurer R. Chemical vapor deposition methods for the controlled preparation of supported catalytic materials. Chem. Rev., 2002, v. 102, no. 9, pp. 3085 − 3128.
  41. Локтева Е.С., Клоков С.В., Голубина Е.В., Маслаков К.И., Тренихин М.В., Ивакин Ю.Д., Лихолобов В.А. Влияние способа предварительной гидротермальной обработки на физико-химические свойства Pd/C-композитов, получаемых пиролизом пропитанных раствором нитрата палладия носителя. Известия Академии Наук – Серия химическая, 2016, № 11, с. 2618 − 2627. / Lokteva E.S., Klokov S.V., Golubina E.V., Maslakov K.I., Ivakin Y.D., Trenikhin M.V., Likholobov V.A. Effect of hydrothermal treatment on the physicochemical characteristics of Pd/C-composites prepared via pyrolysis of sawdust impregnated with palladium nitrate. Russian Chemical Bulletin, 2016, v. 65, no. 11, pp. 2618 − 2627.
  42. Rodriguez-reinoso F. The role of carbon materials in heterogeneous catalysis. Carbon, 1998, v. 36, no. 3, pp. 159 − 175.
  43. Liu B., Liu L., Wang Z., Chai Y., Liu H., Yin Ch., Liu Ch. Effect of hydrogen spillover in selective hydrodesulfurization of FCC gasoline over the CoMo catalyst. Catal. Today, 2017, v. 282, Part 2, pp. 214 − 221.
  44. Gurrath M., Kuretzky T., Boehm H.P., Okhlopkova L.B., Lisitsyn A.S., Likholobov V.A. Palladium catalysts on activated carbon supports: Influence of reduction temperature, origin of the support and pretreatments of the carbon surface. Carbon, 2000, v. 38, no. 8, pp. 1241 − 1255.
  45. Figueiredo J.L., Pereira M.F.R. The role of surface chemistry in catalysis with carbons. Catal. Today, 2010, v. 150, no. 1 − 2, pp. 2 − 7.
  46. Goncalves G., Marques P.A.A.P., Granadeiro C.M., Nogueira H.I.S., Singh M.K., Gracio J. Surface modification of graphene nanosheets with gold nanoparticles: The role of oxygen moieties at graphene surface on gold nucleation and growth. Chem. Mater., 2009, v. 21, no. 20, pp. 4796 − 4802.
  47. Шевченко В.П., Нагаев И.Ю., Бадун Г.А., Чернышева  М.Г., Шевченко К.В., Мясоедов Н.Ф. Использование наноразмерных материалов для введения дейтерия или трития в органические соединения гетерогенным каталитическим обменом. Доклады академии наук, 2012, т. 442, № 5, с. 636 − 641. / Shevchenko V.P., Nagaev I.Yu., Shevchenko K.V., Myasoedov N.F., Badun G.A., Chernysheva M.G. Use of nanosized materials for deuterium or tritium labeling of organic compounds by heterogeneous catalytic exchange. Doklady Chemistry, 2012, v. 442, no. 2, pp. 42 − 46.
  48. Bian L.Y., Wang Y.H., Zang J.B., Meng F.W., Zhao Y.L. Microwave synthesis and characterization of Pt nanoparticles supported on undoped nanodiamond for methanol electrooxidation. Int. J. Hydrogen Energy, 2012, v. 37, no. 2, pp. 1220 − 1225.
  49. Obraztsova I.I., Eremenko N.K., Velyakina Yu.N. Reaction kinetics of nitrobenzene hydrogenation on a palladium catalyst supported on nanodiamonds. Kinet. Catal., 2008, v. 49, no. 3, pp. 422 − 427.
  50. Golubina E.V., Lokteva E.S., Erokhin A.V., Veligzhanin  A.A., Zubavichus Ya.V., Likholobov V.A., Lunin V.V. The role of metal–support interaction in catalytic activity of nanodiamond-supported nickel in selective phenylacetylene hydrogenation. J. Catal., 2016, v. 344, pp. 90 − 99.
  51. Ye X.-R., Lin Y., Wang Ch., Engelhard M.H., Wang  Y., Wai C.M. Supercritical fluid synthesis and characterization of catalytic metal nanoparticles on carbon nanotubes. J. Mater. Chem., 2004, v. 14, no. 5, pp. 908 − 913.
  52. Tessonnier J.-Ph., Pesant L., Ehret G., Ledoux M.J., Pham-Huu C. Pd nanoparticles introduced inside multi-walled carbon nanotubes for selective hydrogenation of cinnamaldehyde into hydrocinnamaldehyde. Appl. Catal. A Gen., 2005, v. 288, no. 1 − 2, pp. 203 − 210.
  53. Corma A., Garcia H., Leyva A. Catalytic activity of palladium supported on single wall carbon nanotubes compared to palladium supported on activated carbon: Study of the Heck and Suzuki couplings, aerobic alcohol oxidation and selective hydrogenation. J. Mol. Catal. A Chem., 2005, v. 230, no. 1 − 2, pp. 97 − 105.
  54. Serp Ph., Corrias M., Kalck Ph. Carbon nanotubes and nanofibers in catalysis. Appl. Catal. A Gen., 2003, v. 253, no. 2, pp. 337 − 358.
  55. Бадун Г.А., Чернышева М.Г. Метод термической активации трития. Особенности применения, совре­менные достижения и дальнейшие перспек­тивы развития. Радиохимия, 2023, т. 65, № 2, с. 158 − 171. / Badun G.A., Chernysheva M.G. Tritium thermal activation method. Features of application, modern achievements, and further development prospects. Radiochemistry, 2023, v. 65, no. 2, pp. 185 − 197.
  56. Разживина И.А., Бадун Г.А., Артемкина С.Б., Чернышева М.Г., Ксенофонтов А.Л., Грайфер Е.Д., Гаршев А.В. Влияние подложек углеродных материалов на эффективность изотопного обмена между даларгином и тритием. Радиохимия, 2019, т.  61, № 1, с. 56 − 62. / Razzhivina I.A., Badun G.A., Chernysheva M.G., Garshev A.V., Artemkina S.B., Grayfer E.D., Ksenofontov A.L. Influence of carbon material supports on the efficiency of the isotope exchange between dalargine and tritium. Radiochemistry, 2019, v. 61, no. 1, pp. 66 − 72.
  57. Чернышева М.Г., Буняев В.А., Бадун Г.А. Влияние оксида графена и углеродных нанотрубок на реакцию атомов трития с даларгином. Радиохимия, 2020, т. 62, № 2, с. 169 − 174. / Chernysheva M.G., Bunyaev V.A., Badun G.A. Effect of graphene oxide and carbon nanotubes on the reaction of tritium atoms with dalargin. Radiochemistry, 2020, v. 62, no. 2, pp. 264 − 269.
  58. Silambarasan D., Surya V.J., Vasu V., Iyakutti K., Ravindran T.R., Jeyanthinath M. Hydrogen adsorption on single walled carbon nanotubes-tungsten trioxide composite. Int. J. Hydrogen Energy, 2017, v. 42, no. 40, pp. 25294 − 25302.
  59. Ensafi A.A., Jafari-Asl M., Nabiyan A., Rezaei B., Dinari M. Hydrogen storage in hybrid of layered double hydroxides/reduced graphene oxide using spillover mechanism. Energy, 2016, v. 99, pp. 103 − 114.
  60. Han L., Qin W., Jian J., Liu J., Wu X., Gao P., Hultman  B., Wu G. Enhanced hydrogen storage in sandwich-structured rGO/Co1−xS/rGO hybrid papers through hydrogen spillover. J. Power Sources, 2017, v. 358, pp. 93 − 100.
  61. Zhou H., Zhang J., Ji D., Yuan A., Shen X. Effect of catalyst loading on hydrogen storage capacity of ZIF-8/graphene oxide doped with Pt or Pd via spillover. Microporous Mesoporous Mater., 2016, v. 229, pp. 68 − 75.
  62. Silambarasan D., Surya V.J., Vasu V., Iyakutti K. Single walled carbon nanotube–metal oxide nanocomposites for reversible and reproducible storage of hydrogen. ACS Appl. Mater. Interfaces, 2013, v. 5, no. 21, pp. 11419 − 11426.
  63. Pham V.H., Dang Th.T., Singh K., Hur S.H., Shin E.W., Kim J.S., Lee M.A., Baeck S.H., Chung J.S. A catalytic and efficient route for reduction of graphene oxide by hydrogen spillover. J. Mater. Chem. A Mater., 2013, v. 1, pp. 1070 − 1077.
  64. Lipson A.G., Lyakhov B.F., Saunin E.I., Solodkova  L.N., Tsivadze A.Y. Hydrogen transport in single-walled carbon nanotubes encapsulated by palladium. Int. J. Hydrogen Energy, 2012, v. 37, no. 7, pp. 5676 − 5685.
  65. Tierney H.L., Baber A.E., Kitchin J.R., Sykes E.Ch.H. Hydrogen dissociation and spillover on individual isolated palladium atoms. Phys. Rev. Lett., 2009, v. 103, no. 24, art. 246102. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.103.246102
  66. Mukherjee S., Ramalingam B., Gangopadhyay Sh. Hydrogen spillover at sub-2 nm Pt nanoparticles by electrochemical hydrogen loading. J. Mater. Chem. A Mater., 2014, v. 2, no. 11, pp. 3954 − 3960.
  67. Deka R.C., Baishya S. Density functional investigation of reverse hydrogen spillover on zeolite supported Pd6 and Au6 clusters. Catal. Today, 2012, v. 198, no. 1, pp. 110 − 115.
  68. Шевченко В.П., Нагаев И.Ю., Петунов С.Г., Шевченко К.В., Радилов А.С., Мясоедов Н.Ф. Введение дейтерия и трития в 5-oxo-Pro-His-Pro-NH2 с помощью изотопного обмена. Доклады академии наук, 2015, т. 464, № 5, с. 562 − 567. / Shevchenko V.P., Nagaev I.Yu., Shevchenko K.V., Myasoedov N.F., Petunov S.G., Radilov A.S. Deuterium and tritium incorporation into 5-oxo-Pro-His-Pro-NH2 by isotope exchange. Doklady Chemistry, 2015, v. 464, no. 2, pp. 236 − 241.
  69. Leshchev D.V. The mechanism of spillover of hydrogen on sp2-carbon surface. Fuller. Nanotub. Carbon Nanostructures, 2020, v. 28, no. 4, pp. 313 − 315.
  70. Chernysheva M.G., Popov A.G., Dzianisik  M.G., Egorov A.V., Egorova T.B., Gopin A.V., Mitrofanov  A.A., Badun G.A. Peculiarities of atomic hydrogen interactions with detonation nanodiamonds. Mendeleev Commun., 2023, v. 33, pp. 228 − 230.
  71. Борисов Ю.А., Золотарев Ю.А., Ласкателев Е.В., Мясоедов Н.Ф. Квантово-химический расчет модели спилловера водорода на графитовой подложке (C24H12). Известия Академии Наук – Серия химическая, 1997, № 3, с. 407 − 409. / Borisov Yu.A., Zolotarev Yu.A., Laskatelev E.V., Myasoedov N.F. Kvantovo-himicheskij raschet modeli spillovera vodoroda na grafitovoj podlozhke (C24H12) [Quantum chemical calculation of the hydrogen spillover model on a graphite substrate (C24H12)]. Izvestiya Akademii Nauk – Seriya himicheskaya [Proceedings of the Academy of Sciences – Chemical Series], 1997, no. 3, pp. 407 − 409. (In Russ.).
  72. Juarez-Mosqueda R., Mavrandonakis A., Kuc A.B., Pettersson L.G.M., Heine T. Theoretical analysis of hydrogen spillover mechanism on carbon nanotubes. Front. Chem., 2015, v. 2, no. 3, art. 2. https://doi.org/10.3389/fchem.2015.00002
  73. Шевченко В.П., Фараджева С.В., Нагаев И.Ю., Мясоедов Н.Ф. Исследование реакций изотопного обмена между газообразным тритием и соеди­не­ниями липидной природы, нанесенными на металлические катализаторы. Радиохимия, 1998, т.  40, № 1, с. 84 − 88. / Shevchenko V.P., Faradzheva S.V., Nagaev I.Yu., Myasoedov N.F. Issledovanie reakcij izotopnogo obmena mezhdu gazoobraznym tritiem i soedineniyami lipidnoj prirody, nanesennymi na metallicheskie katalizatory [Investigation of isotope exchange reactions between tritium gas and lipid compounds deposited on metal catalysts]. Radiohimiya [Radiochemistry], 1998, v. 40, no. 1, pp. 84 − 88. (In Russ.).
  74. Vityuk A., Khivantsev K., Aleksandrov H.A., Vayssilov G.N., Alexeev O.S., Amiridis M.D. Room-temperature ethene hydrogenation activity of transition-metal-free HY zeolites. ACS Catal., 2018, v. 9, no. 2, pp. 839 − 847.
  75. Zheng A., Li Sh., Liu Sh.-B., Deng F. Acidic properties and structure–activity correlations of solid acid catalysts revealed by solid-state NMR spectroscopy. Acc. Chem. Res., 2016, v. 49, no. 4, pp. 655 − 663.
  76. Bhering D.L., Ramirez-Solis A., Mota C.J.A. A density functional theory based approach to extraframework aluminum species in zeolites. J. Phys. Chem. B, 2003, v. 107, no. 18, pp. 4342 − 4347.
  77. Blochl P.E. Projector augmented-wave method. Phys. Rev. B, 1994, v. 50, no. 24, art. 17953. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.50.17953
  78. Kresse G., Furthmuller J. Efficiency of ab-initio total energy calculations for metals and semiconductors using a plane-wave basis set. Comput. Mater. Sci., 1996, v. 6, no. 1, pp. 15 − 50.
  79. Kresse G., Joubert D. From ultrasoft pseudopotentials to the projector augmented-wave method. Phys. Rev. B, 1999, v. 59, no. 3, art. 1758. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.59.1758
  80. Grimme S. Semiempirical GGA-type density functional constructed with a long-range dispersion correction. J. Comput. Chem., 2006, v. 27, no. 15, pp. 1787 − 1799.
  81. Шевченко В.П., Нагаев И.Ю., Шевченко К.В., Мясоедов Н.Ф. Особенности введения дейтерия и трития в SB258585. Радиохимия, 2013, т. 55, № 5, с. 461 − 466. / Shevchenko V.P., Nagaev I.Yu., Shevchenko K.V., Myasoedov N.F. Specific features of deuterium and tritium labeling of SB258585. Radiochemistry, 2013, v. 55, no. 5, pp. 545 − 551.
  82. Myasoedov N.F., Sidorov G.V., Lushkina O.V. The solid-state synthesis of tritium labelled heterocyclic bases, nucleotides and their analogues. Synthesis and Applications of Isotopically Labelled Compounds (eds. Buncel E., Kabalka G.W.), Toronto, Elsevier, 1991, pp. 460 − 464.
  83. Sidorov G.V., Lushkina O.V., Myasoedov N.F. Synthesis of tritium labelled phytogormones. Synthesis and Applications of Isotopically Labelled Compounds (eds. Buncel E., Kabalka G.W.), Toronto, Elsevier, 1991, pp. 465 − 469.
  84. Stean T.O., Hirst W.D., Thomas D.R., Price G.W., Rogers  D., Riley G., Bromidge S.M., Serafinowska  H.T., Smith D.R., Bartlett S., Deeks N., Duxon M., Upton N. Pharmacological profile of SB-357134: A potent, selective, brain penetrant, and orally active 5-HT6 receptor antagonist. Pharmacol. Biochem. Behav., 2002, v. 71, no. 4, pp. 645 − 654.
  85. Loiseau F., Dekeyne A., Millan M.J. Pro-cognitive effects of 5-HT6 receptor antagonists in the social recognition procedure in rats: implication of the frontal cortex. Psychopharmacology, 2008, v. 196, pp. 93 − 104.
  86. Wesolowska A., Nikiforuk A., Stachowicz K. Anxiolytic-like and antidepressant-like effects produced by the selective 5-HT6 receptor antagonist SB-258585 after intrahippocampal administration to rats. Behav. Pharmacol., 2007, v. 18, no. 5-6, pp. 439 − 446.
  87. Hirst W.D., Minton J.A.L., Bromidge S.M., Moss S.F., Latter A.J., Riley G., Routledge C., Middlemiss D.N., Price G.W. Characterization of [125I]-SB-258585 binding to human recombinant and native 5-HT6 receptors in rat, pig and human brain tissue. Br. J. Pharmacol., 2000, v. 130, no. 7, pp. 1597 − 1605.
  88. Wang M., Gao Z., Zhang B., Yang H., Qiao Y., Chen Sh., Ge H., Zhang J., Qin Y. Ultrathin coating of confined Pt nanocatalysts by atomic layer deposition for enhanced catalytic performance in hydrogenation reactions. Chem. Eur. J., 2016, v. 22, no. 25, pp. 8438 − 8443.
  89. Zhang B., Guo X.-W., Liang H., Ge H., Gu X., Chen Sh., Yang H., Qin Y. Tailoring Pt–Fe2O3 interfaces for selective reductive coupling reaction to synthesize imine. ACS Catal., 2016, v. 6, no. 10, pp. 6560 − 6566.
  90. Zhang B., Qin Y. Interface tailoring of heterogeneous catalysts by atomic layer deposition. ACS Catal., 2018, v. 8, no. 11, pp. 10064 − 10081.
  91. Liang H., Zhang B., Ge H., Gu X., Zhang Sh., Qin  Y. Porous TiO2/Pt/TiO2 sandwich catalyst for highly selective semihydrogenation of alkyne to olefin. ACS Catal., 2017, v. 7, no. 10, pp. 6567 − 6572.
  92. Hu Q., Wang S., Gao Z., Li Y., Zhang Q., Xiang Q., Qin Y. The precise decoration of Pt nanoparticles with Fe oxide by atomic layer deposition for the selective hydrogenation of cinnamaldehyde. Appl. Catal. B, 2017, v. 218, pp. 591 − 599.
  93. Wei J., Qin S.-N., Liu J.-L., Ruan X.-Y., Guan Z., Yan H., Wei D.-Y., Zhang H., Cheng J., Xu H., Tian Z.-Q., Li J.-F. In situ Raman monitoring and manipulating of interfacial hydrogen spillover by precise fabrication of Au/TiO2/Pt sandwich structures. Angew. Chem. Int. Ed. Engl., 2020, v. 59, no. 26, pp. 10343 − 10347.
  94. Шевченко В.П., Нагаев И.Ю., Мясоедов  Н.Ф. Влияние процессов, происходящих в присутствии металлов-катализаторов, на основные характе­ристики получаемых меченных изотопами водорода органических соединений. Радиохимия, 2019, т. 61, № 3, с. 183 − 216. / Shevchenko V.P., Nagaev I.Yu., Myasoedov N.F. Effect of processes occurring in the presence of metal catalysts on the main characteristics of the hydrogen isotope labeled organic compounds obtained. Radiochemistry, 2019, v. 61, no. 3, pp. 257 − 292.
  95. Prasittichai Ch., Avila J.R., Farha O.K., Hupp J.T. Systematic modulation of quantum (electron) tunneling behavior by atomic layer deposition on nanoparticulate SnO2 and TiO2 photoanodes. J. Am. Chem. Soc., 2013, v. 135, no. 44, pp. 16328 − 16331.
  96. Chiesa M., Paganini M.C., Giamello E., Murphy D.M., di Valentin C., Pacchioni G. Excess Electrons stabilized on ionic oxide surfaces. Acc. Chem. Res., 2006, v. 39, no. 11, pp. 861 − 867.
  97. Zhao J., Li B., Onda K., Feng M., Petek H. Solvated electrons on metal oxide surfaces. Chem. Rev., 2006, v. 106, no. 10, pp. 4402 − 4427.
  98. Шевченко В.П., Нагаев И.Ю., Мясоедов Н.Ф. Вве­дение дейтерия или трития в брассинолид. Доклады академии наук, 2013, т. 448, № 6, с. 668 − 669. / Shevchenko V.P., Nagaev I.Yu., Myasoedov N.F. Deuterium or tritium labeling of brassinolide. Doklady Chemistry, 2013, v. 448, no. 2, pp. 66 − 67.
  99. Шевченко В.П., Нагаев И.Ю., Мясоедов Н.Ф. Селективное введение метки при использовании твердофазного метода. Радиохимия, 2002, т. 44, № 4, с. 349 − 352. / Shevchenko V.P., Nagaev I.Yu., Myasoedov N.F. Selektivnoe vvedenie metki pri ispol’zovanii tverdofaznogo metoda [Selective label introduction using the solid-phase method]. Radiohimiya [Radiochemistry], 2002, v. 44, no. 4, pp. 349 − 352. (In Russ.).
  100. Шевченко В.П., Бадун Г.А., Разживина И.А., Нагаев И.Ю., Шевченко К.В., Мясоедов Н.Ф. Эффективность изотопного обмена между 4-фенилбензоатом натрия и тритием при разных условиях его активации. Доклады академии наук, 2015, т. 463, № 6, с. 678 − 683. / Shevchenko V.P., Nagaev I.Yu., Shevchenko K.V., Myasoedov N.F., Badun G.A., Razzhivina I.A. Efficiency of the isotope exchange between sodium 4-phenylbenzoate and tritium under different activation conditions. Doklady Physical Chemistry, 2015, v. 463, no. 2, pp. 182 − 187.
  101. Шевченко В.П., Разживина И.А., Чернышева  М.Г., Бадун Г.А., Нагаев И.Ю., Шевченко К.В., Мясоедов  Н.Ф. Исследование эффективности изо­топ­ного обмена между 4-фенилбензоатом натрия и активированным тритием. Радиохимия, 2015, т. 57, № 3, с. 264 − 271. / Shevchenko V.P., Nagaev I.Yu., Shevchenko K.V., Myasoedov N.F., Razzhivina I.A., Chernysheva M.G., Badun G.A. Efficiency of isotope exchange between sodium 4-phenylbenzoate and activated tritium. Radiochemistry, 2015, v. 57, no. 3, pp. 312 − 320.
ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Механические и термоэлектрические свойства твердых растворов халькогенидов
висмута и сурьмы в зависимости от чистоты исходных материалов

Л. Д. Иванова, И. Ю. Нихезина, А. Г. Мальчев, Д. С. Никулин, М. Г. Лаврентьев

Исследовано влияние чистоты исходных компонентов на механические и термоэлектри-ческие свойства экструдированных образцов на основе твердых растворов Sb2Te3–Bi2Te3 (р-тип проводимости) и Bi2Te3–Bi2Se3 (n-тип проводимости). Использовали порошки, полученные быстрой кристаллизацией расплава в воде или измельчением слитков, полученных сплавлением в ампуле, материалов чистотой 99,99; 99,999 и 99,9999 масc. % основного вещества. Образцы были мелкокристаллические, размеры зерен не превышали 10 мкм, причем материалы р-типа проводимости содержали включения второй фазы (эвтектики на основе теллура). Определены механические и термоэлектрические свойства, предел прочности при деформации сжатием при комнатной температуре этих образцов составляет 170 ± 20 МПа для материала р-типа проводимости и 241 ± 17 МПа для материала n-типа проводимости. Измерены термоэлектрические параметры (электропроводность, коэффициент Зеебека, теплопроводность и коэффициент термоэлектрической добротности) образцов в интервале 100 – 600 К. Чистота исходных компонентов не оказывает значительного влияния на термоэлектрическую добротность (ZT) образцов р-типа проводимости. Для образцов n-типа проводимости, полученных из наиболее чистых материалов, максимум коэффициента термоэлектрической добротности ZT смещен в сторону более высоких температур. Максимальный коэффициент термоэлектрической добротности составляет ZTmax ~ 1,1 при 340 К и ZTmax ~ 1,0 при 420 К для материала p- и n-типа проводимости, соответственно.

Ключевые слова: термоэлектрические материалы, экструзия, микроструктура, механические и термоэлектрические свойства.

DOI: 10.30791/1028-978X-2025-1-24-38
Иванова Лидия Дмитриевна — Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова Российской академии наук (119334, Москва, Ленинский проспект, 49), кандидат технических наук, ведущий научный сотрудник, специалист в области материаловедения полупроводников, технологий получения и исследования термоэлектрических материалов. E-mail: ivanova@imet.ac.ru.
Нихезина Ирина Юрьевна — Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова Российской академии наук (119334, Москва, Ленинский проспект, 49), научный сотрудник, специалист в области материаловедения полупроводников и исследования свойств термоэлектрических материалов. E-mail: nihezina@imet.ac.ru.
Мальчев Алексей Григорьевич — Институт металлургии и материало-ведения им. А.А. Байкова Российской академии наук (119334, Москва, Ленинский
проспект, 49), младший научный сотрудник, специалист в области материаловедения полупроводников и исследования свойств термоэлектрических материалов. E-mail: malchev@imet.ac.ru.
Никулин Дмитрий Сергеевич — Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова Российской академии наук (119334, Москва, Ленинский проспект, 49), старший научный сотрудник, специалист в области материаловедения полупроводников и исследования свойств термоэлектрических материалов. E-mail: zaxnur@gmail.com.
Лаврентьев Михаил Геннадьевич — ООО “РМТ” (115230 Москва, Варшавское шоссе, 46), кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник, специалист в области физики конденсированных сред, физики материалов и материаловедения. E-mail: lavrentev.mihail@gmail.com.
Ссылка на статью:
Иванова Л.Д., Нихезина И.Ю., Мальчев А.Г., Никулин Д.С., Лаврентьев М.Г. Механические и термоэлектрические свойства твердых растворов халькогенидов висмута и сурьмы в зависимости от чистоты исходных материалов. Перспективные материалы, 2025, № 1, с. 24 – 38. DOI: 10.30791/1028-978X-2025-1-24-38
Литература содержит 16 ссылок.

См. подробнее о статье на сайте e-library
Перейти
Литература/References
к статье Иванова Л.Д., Нихезина И.Ю., Мальчев А.Г., Никулин Д.С., Лаврентьев М.Г. Механические и термоэлектрические свойства твердых растворов халькогенидов висмута и сурьмы в зависимости от чистоты исходных материалов. Перспективные материалы, 2025, № 1, с. 24 – 38. DOI: 10.30791/1028-978X-2025-1-24-38
  1. Гольцман Б.М., Кудинов В.А., Смирнов И.А. Полупроводниковые термоэлектрические мате­риалы на основе Bi2Te3. М.: Наука, 1972, 320 c. / Goltsman B.M., Kudinov V.A., Smirnov I.A. Poluprovodnikovye termoelektricheskie materialy na osnove Bi2Te3 [Semiconductor thermoelectric materials based on Bi2Te3]. Moscow, Nauka Publ., 1972, 320 p. (In Russ.).
  2. Коленко Е.А. Термоэлектрические охлаждающие приборы. Ленинград: Наука, 1967, 283 c. / Kolenko E.A. Termoelektricheskie okhlazhdaiushchie pribory [Thermoelectric cooling devices]. Leningrad, Nauka Publ., 1967, 283 p. (In Russ.).
  3. Goldsmid H.J. Bismuth telluride and its alloys as materials for thermoelectric generation. Materials, 2014, v. 7, pp. 2577 – 2592. https://doi.org/10.3390/ma7042577.
  4. Nozariasbmarz A., Krasinski J.S., Vashaee D. N-type bismuth telluride nanocomposite materials optimization for thermoelectric generators in wearable applications. Materials, 2019, v. 12, no. 9, art. 1529. https://doi.org/10.3390/ma12091529
  5. Maksymuk M., Parashchuk T., Dzundza B., Nykyruy  L., Chernyak L., Dashevsky Z. Highly efficient bismuth telluride-based thermoelectric microconverters. Materials Today Energy, 2021, v. 21, art. 100753. https://doi.org/10.1016/j.mtener.2021.100753
  6. Zulkepli N., Yunas J., Mohamed M.A., Hamzah A.A. Review of thermoelectric generators at low operating temperatures: working principles and materials. Micromachines, 2021, v. 12, no. 7, art. 734. https://doi.org/10.3390/mi12070734
  7. Shtern M., Rogachev M., Shtern Yu., Sherchenkov A., Babich A., Korchagin E., Nikulin D. Thermoelectric properties of efficient thermoelectric materials on the basis of bismuth and antimony chalcogenides for multisection thermoelements. Journal of Alloys and Compounds, 2021, v. 877, art. 160328. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2021.160328
  8. Абрикосов Н.Х., Иванова Л.Д., Свечникова Т.Е., Чижевская С.Н., Иванова Т.А., Ольшанский С.В., Воронин В.К. Термоэлементы из монокристаллов твёрдых растворов на основе халькогенидов Bi и Sb. Изв. АН СССР. Неорганические материалы, 1982, т. 18, № 12, с. 1984 – 1987. / Abrikosov N.Kh., Ivanova L.D., Svechnikova T.E., Chizhevskaia S.N., Ivanova T.A., Olshanskii S.V., Voronin V.K. Termoelementy iz monokristallov tverdykh rastvorov na osnove khalkogenidov Bi i Sb [Thermoelements from single crystals of solid solutions based on Bi and Sb chalcogenides]. Izv. AN SSSR. Neorganicheskie materialy [Bulletin of the USSR Academy of Sciences. Inorganic Materials], 1982, v. 18, no. 12, pp. 1984 – 1987. (In Russ.).
  9. Горелик С.С., Нехорошев В.И. Легирование твёрдого раствора Bi0,52Sb1,48Te3 при изготовлении из него термоэлементов методом экструзии. В кн.: Структура и свойства термоэлектрических материалов. М., Изд. Б.и., 1973, с. 113 – 118. / Gorelik S.S., Nekhoroshev V.I. Legirovanie tverdogo rastvora Bi0,52Sb1,48Te3 pri izgotovlenii iz nego termoelementov metodom ekstruzii [Alloying of a solid solution Bi0,52Sb1,48Te3 in the manufacture of thermoelements from it by extrusion.]. V kn.: Struktura i svoistva termoelektricheskikh materialov [In the book: Structure and properties of thermoelectric materials]. Moscow, B.i. Publ., 1973, pp. 113 – 118. (In Russ.).
  10. Иванова Л.Д., Нихезина И.Ю., Гранаткина Ю.В., Дударев В.А., Кичик С.А., Мельников  А.А. Термоэлементы из твердых растворов халькоге­нидов висмута и сурьмы. Физика и техника полупроводников, 2017, т. 51, no. 7, с. 1028 – 1030. https://doi.org/10.21883/FTP.2017.08.44779.48 / Ivanova L.D., Nikhezina I.Yu., Granatkina Yu.V., Dudarev V.A., Kichik S.A., Melnikov A.A. Thermo­elements from antimony and bismuth chalcogenide alloys. Semiconductors, 2017, v. 51, no. 8, pp. 986 – 988. https://doi.org/10.1134/S1063782617080140
  11. Иванова Л.Д., Гранаткина Ю.В., Мальчев А.Г., Нихезина И.Ю., Никулин Д.С., Криворучко С.П., Залдастанишвили М.И., Судак Н.М. Использование новых технологий для получения наноматериалов твердых растворов халькогенидов висмута и сурьмы быстрой кристаллизацией расплава. Сборник “Перспективные технологии и материалы”, Севастополь: Изд-во Севастопольского гос. университета, 2020, c. 70 – 74. / Ivanova L.D., Granatkina Yu.V., Malchev A.G., Nikhezina I.Yu., Nikulin D.S., Krivoruchko S.P., Zaldastanishvili M.I., Sudak N.M. Ispol’zovanie novyh tekhnologiy dlya polucheniya nanomaterialov tverdyh rastvorov hal’kogenidov vismuta i sur’my bystroy kristallizaciey rasplava [The use of new technologies for obtaining nanomaterials of solid solutions of bismuth and antimony chalcogenides by rapid melt crystallization]. Sbornik “Perspektivnye tehnologii i materialy” [Collection “Perspective technologies and materials”]. Sevastopol, Sevastopol State University Publ., 2020, pp. 70 – 74. [In Russ.].
  12. Иванова Л.Д., Гранаткина Ю.В., Нихезина И.Ю., Мальчев А.Г., Залдастанишвили М.И., Криворучко С.П., Дьяконов О.Н., Карима Р.А. Халькогениды висмута, полученные различными методами. Перспективные материалы, 2023, № 2, с. 21 – 31. https://doi.org/10.30791/1028-978X- 2023-2-21-31/ Ivanova L.D., Granatkina Yu.V., Nikhezina I.Yu., Malchev A.G., Zaldastanishvili M.I., Krivoruchko  S.P., D’yakonov O.N., Karima R.A. Chalcogenides of bismuth obtained by various methods. Inorganic Materials: Applied Research, 2023, v. 14, no. 5, pp. 1220 – 1227, https://doi.org/10.1134/S2075113323050155.
  13. Cтарк Н.К., Чижевская С.Н. Влияние чистоты исходных компонентов на термоэлектрические свойства твёрдого раствора Bi0,52Sb1,48Te3. Электронная техника. Cер. 6. Материалы, 1981, № 11, с. 53 – 55. / Stark N.K., Chizhevskaia S.N. Vliianie chistoty iskhodnykh komponentov na termoelektricheskie svoistva tverdogo rastvora Bi0,52Sb1,48Te3 [The effect of the purity of the initial components on the thermoelectric properties of the solid solution Bi0,52Sb1,48Te3]. Elektronnaia tekhnika. Ser. 6. Materialy [Electronic equipment. Ser. 6. Materials], 1981, no. 11, pp. 53 – 55. (In Russ.).
  14. Lavrentev M.G., Drabkin I.A., Ershova L.B., Volkov M.P. Improved extruded thermoelectric materials. Journal of Electronic Materials, 2020, v. 49, pp. 2937 – 2942. https://doi.org/10.1007/s11664-020-07988-0
  15. Иванова Л.Д., Петрова Л.И., Гранаткина Ю.В., Мальчев А.Г., Нихезина И.Ю., Аленков В.В., Кичик С.А., Мельников А.А. Влияние добавок порошка, полученного спиннингованием расплава, на термоэлектрические свойства халькогенидов висмута и сурьмы. Неорганические материалы, 2017, т. 53, № 1, с. 26 – 32. https://doi.org/10.7868/S0002337X17010092 / Ivanova L.D., Petrova L.I., Granatkina Yu.V., Malchev  A.G., Nikhezina I.Yu., Alenkov V.V., Kichik S.A., Mel’nikov A.A. Effect of melt-spun powder additions on the thermoelectric properties of bismuth and antimony chalcogenides. Inorganic Materials, 2017, v. 53, no. 1, pp. 50 – 56. https://doi.org/10.1134/S0020168517010095
  16. Иванова Л.Д., Гранаткина Ю.В., Нихезина И.Ю., Мальчев А.Г., Залдастанишвили М.И., Криворучко С.П., Дьяконов О.Н., Карима Р.А. Материалы на основе твердого раствора Bi0,5Sb1,5Te3 с мелкокристаллической структурой, полученные различными методами. Неорганические материалы, 2023, т. 59, № 2, с. 119 – 127. https://doi.org/10.31857/S0002337X23020070 / Ivanova L.D., Granatkina Yu.V., Nikhezina I.Yu., Malchev A.G., Zaldastanishvili M.I., Krivoruchko S.P., D’yakonov O.N., Karima R.A. Microcrystalline Bi0,5Sb1,5Te3 – based materials prepared by various methods. Inorganic Materials, 2023, v. 59, no. 2, pp. 115 – 122. https://doi.org/10.1134/S0020168523020073.
ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Влияние комплексного модифицирования на структуру сложнолегированного
заэвтектического силумина

И. А. Петров, А. П. Ряховский, П. Ю. Предко, Д. И. Майоров, Р. С. Федорцов

Исследовано влияние комплексного модифицирования на микроструктуру сложнолегированного заэвтектического силумина системы Al-Si-Cu-Mg-Ni-Mn. В работе ставилась задача определения фазового состава сплава в литом состоянии. Проведен анализ литературы многокомпонентных фазовых диаграмм. Исследован фазовый состав сплава методами сканирующей электронной микроскопии (СЭМ), энергодисперсионного рентгеноспектрального микроанализа и ренгенофазного анализа (РФА). Рассмотрены различные модифицирующие элементы и их влияние на структуру сплава. Для модифицирования сложнолегированного заэвтектического силумина использовали добавки соли K2TiF6 и K2ZrF6, комплексно-модифицирующие флюсы (КМФ), таблетированный препарат рафинирующе-модифицирующий (ПРМ) и фосфорсодержащая лигатура. Проведена оценка влияния комплексного модифицирования на коэффициент теплового линейного расширения (КТЛР), твердость и микротвёрдость первичного кремния сложнолегированного заэвтектического силумина. Исследовано влияние комплексного модифицирования на размеры первичного и эвтектического кремния. Показано, что применение комплексного модифицирования является актуальным направлением улучшения структуры сложнолегированных заэвтектических силуминов и повышения их свойств.

Ключевые слова: заэвтектический силумин, комплексное модифицирование, микроструктура, фазовый состав, коэффициент теплового линейного расширения.

DOI: 10.30791/1028-978X-2025-1-39-51
Петров Игорь Алексеевич — Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет) (125993 Москва, Волоколамское шоссе, 4), кандидат технических наук, доцент, специалист в области литейного производства, модифицирования и рафинирования литейных алюминиевых сплавов.
E-mail: petrovia2@mai.ru.
Ряховский Александ Павлович — Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет) (125993 Москва, Волоколамское шоссе, 4), кандидат технических наук, доцент, специалист в области литейного производства и металловедения литейных алюминиевых сплавов. E-mail: fpk-mati@mail.ru.
Предко Павел Юрьевич — Институт металлургии и материаловедения
им. А.А.Байкова РАН (119334 Москва, Ленинский проспект, 49), научный сотрудник, специалист в области разработке алюминиевых и магниевых сплавов. E-mail: predko.pavel@ya.ru.
Майоров Дмитрий Игоревич — Институт металлургии и материаловедения им. А.А.Байкова РАН (119334 Москва, Ленинский проспект, 49), старший лаборант исследователь, специалист в области разработке алюминиевых и магниевых сплавов. E-mail: maiorovdi@mail.ru.
Федорцов Руслан Сергеевич — Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет), (125993 Москва, Волоколамское шоссе, 4), аспирант, специалист в области литейного производства. E-mail: fedortsov_rs@mail.ru.
Ссылка на статью:
Петров И.А., Ряховский А.П., Предко П.Ю., Майоров Д.И., Федорцов Р.С. Влияние комплексного модифицирования на структуру сложнолегированного заэвтектического силумина. Перспективные материалы, 2025, № 1, с. 39 – 51. DOI: 10.30791/1028-978X-2025-1-39-51
Литература содержит 49 ссылок.

См. подробнее о статье на сайте e-library
Перейти
Литература/References
к статье Петров И.А., Ряховский А.П., Предко П.Ю., Майоров Д.И., Федорцов Р.С. Влияние комплексного модифицирования на структуру сложнолегированного заэвтектического силумина. Перспективные материалы, 2025, № 1, с. 39 – 51. DOI: 10.30791/1028-978X-2025-1-39-51
  1. Шадаев Д.А., Предко П.Ю., Лебедева Т.И., Конкевич В.Ю., Кузнецов А.О., Гневашев Д.А., Борноволоков А.С., Потехин А.В. Влияние осо­бен­ностей технологии плавления на состав и морфологию фаз заэвтектических силуминов. Технология легких сплавов, 2015, № 2, с. 105 – 111. / Shadaev D.A., Predko P.Y., Lebedeva T.I., Konkevich  V.Y., Kuznetsov A.O., Gnevashev  D.A., Bornovolokov A.S., Potekhin A.V. Vliyaniye oso­bennostey tekhnologii plavleniya na sostav i morfologiyu faz zaevtekticheskikh siluminov [Influence of peculiarities of melting technology on composition and morphology of phases of zaeutectic silomines]. Tekhnologiya legkikh splavov [Light alloys technology], 2015, no. 2, pp. 105 – 111. (In Russ.).
  2. Бочвар С.Г., Предко П.Ю., Конкевич В.Ю., Гневашев  Д.А. Новая технология получения материалов с низким коэффициентом линейного расширения как развитие принципа достаточности. Технология легких сплавов, 2020, № 1, c. 55 – 61. / Bochvar S.G., Predko P.Yu., Konkevich V.Yu., Gnevashev D.A. Novaya tekhnologiya polucheniya materialov s nizkim koeffitsiyentom lineynogo rasshireniya kak razvitiye printsipa dostatochnosti [New technology for obtaining materials with low linear expansion coefficient as a development of the principle of sufficiency]. Tekhnologiya legkikh splavov [Light alloys technology], 2020, № 1, pp. 55 – 61. (In Russ.).
  3. Chen F., Liu Cю, Zuo Lю, Wu Zю, He Yю, Dong Kю, Li Gю, He W. Effect of thermal exposure on mechanical properties of Al-Si-Cu-Ni-Mg aluminum alloy. Crystals, 2023, v. 13, no. 2, art. 236. https://doi.org/10.3390/cryst13020236
  4. Shlyaptseva A.D., Petrov I.A., Ryakhovsky A.P., Medvedeva E.V., Tcherdyntsev V.V. Complex structure modification and improvement of properties of aluminium casting alloys with various silicon content. Metals, 2021, v. 11, no. 12, art. 1946.
  5. Шляпцева А.Д., Петров И.А., Ряховский  А.П., Моисеев В.С. Разработка комплексного модифици­рующего флюса для литейных алюминиевых сплавов. Литейщик России, 2020, № 4, c. 13 – 17. / Shlyaptseva A.D., Petrov I.A., Ryakhovsky A.P. Razrabotka kompleksnogo modifitsiruyushchego flyusa dlya liteynykh alyuminiyevykh splavov [Development of complex modifying flux for foundry aluminium alloys]. Liteyshchik Rossii [Foundryman of Russia], 2020, № 4, pp. 13 – 17. (In Russ.).
  6. Петров И.А., Бережной Д.В. Влияние РЗЭ на процесс кристаллизации силумина заэвтектического типа. Металлы, 2023, № 5, с. 23 – 32. / Petrov I.A., Berezhnoi D.V. Effect of REE on the solidification of hypereutectic silumin. Russian Metallurgy (Metally), 2023, no. 9, pp. 1233 – 1241.
  7. Liu Q.Y., Li Q.C., Liu Q.F. Modification of aluminum-silicon alloys with sodium. Acta Metall. Mater., 1991, v. 39, pp. 2497 – 2502.
  8. Moniri S., Shahani A.J. Chemical modification of degenerate eutectics: A review of recent advances and current issues. J. Mater. Research, 2019, v. 34, pp. 20 – 34.
  9. Petrov I.A., Shlyaptseva A.D., Ryakhovsky A.P., Medvedeva E.V., Tcherdyntsev V.V. Effect of rubidium on solidification parameters, structure and operational characteristics of eutectic Al-Si alloy. Metals, 2023, v. 13, art. 1398. https://doi.org/10.3390/met13081398
  10. Dahle A.K., Nogita K., McDonald S.D., Dinnis C., Lu L. Eutectic modification and microstructure development in Al-Si alloys. Mater. Sci. Eng. A, 2005, v. 413 – 414, pp. 243 − 248.
  11. Fracchia E., Gobber F.S., Rosso M. Effect of alloying elements on the Sr modification of Al-Si cast alloys. Metals, 2021, v. 11, no. 2, art. 342.
  12. Knuutinen A., Nogita K., McDonald S.D., Dahle A.K. Modification of Al-Si alloys with Ba, Ca, Y and Yb. J. Light Met., 2001, no. 1, pp. 229 – 240.
  13. Rao J., Zhang J., Liu R., Zheng J., Yin D. Modification of eutectic Si and the microstructure in an Al-7Si alloy with barium addition. Mater. Sci. Eng. A, 2018, v. 728, pp. 72 – 79.
  14. Sreeja Kumari S.S., Pillai R.M., Pai B.C. Structure and properties of calcium and strontium treated Al–7Si–0.3Mg alloy: A comparison. J. Alloys Compd., 2008, v. 460, pp. 472 – 477.
  15. Li B., Wang H., Jie J., Wei Z. Effects of yttrium and heat treatment on the microstructure and tensile properties of Al–7.5Si–0.5Mg alloy. Mater. Design, 2011, v. 32, pp. 1617 – 1622.
  16. Tsai Y.C., Chou C.Y., Lee S.L., Lin C.K., Lin  J.C., Lim  S.W. Effect of trace La addition on the microstructures and mechanical properties of A356 (Al-7Si-0.35Mg) aluminum alloys. J. Alloys Compd., 2009, v. 487, pp. 157 – 162.
  17. Tsai Y.C., Lee S.L., Lin C.K. Effect of trace Ce addition on the microstructures and mechanical properties of A356 (Al-7Si-0.35Mg) aluminum alloys. J. Chin. Inst. Eng., 2011, v. 34, pp. 609 – 616.
  18. Qiu H., Yan H., Hu Z. Effect of samarium (Sm) addition on the microstructures and mechanical properties of Al–7Si–0.7Mg alloys. J. Alloys Compd., 2013, v. 567, pp. 77 – 81.
  19. Li J.H., Wang X.D., Ludwig T.H., Tsunekawa Y., Arnberg L., Jiang J.Z., Schumacher P. Modification of eutectic Si in Al–Si alloys with Eu addition. Acta Mater., 2015, v. 84, pp. 153 – 163.
  20. Wang Q., Shi Z., Li H., Lin Y., Li N., Gong T., Zhang R., Liu H. Effects of holmium additions on microstructure and properties of A356 aluminum alloys. Metals, 2018, v. 8, art. 849.
  21. Shi Z.M., Wang Q., Zhao G., Zhang R.Y. Effects of erbium modification on the microstructure and mechanical properties of A356 aluminum alloys. Mater. Sci. Eng. A, 2015, v. 626, pp. 102 – 107.
  22. Nogita K., McDonald S.D., Dahle A.K. Eutectic modification of Al-Si alloys with rare earth metals. Mater. Trans., 2004, v. 45, pp. 323 – 326.
  23. Li J.H., Suetsugu S., Tsunekawa Y., Schumacher P. Refinement of eutectic Si phase in Al-5Si alloys with Yb additions. Metall. Mater. Trans. A, 2012, v. 44, pp. 669– 681.
  24. Edwards J.D., Archer R.S. The new aluminum-silicon alloys — an important process of “modification” and the remarkable improvement in properties it brings about. Chemical and Metallurgical Engineering, 1924, v. 31, pp. 504 – 508.
  25. Day M.G, Hellawell A. The microstructure and crystallography of aluminium silicon eutectic alloys. Proc. Royal Soc. A Math. Phys. Eng. Sci., 1968, v. 305, pp. 473 – 491.
  26. Lu S., Hellawell A., The mechanism of silicon modification in aluminum-silicon alloys: Impurity induced twinning. Metall. Trans. A, 1987, v. 18, pp. 1721 – 1733.
  27. Строганов Г.Б., Ротенберг В.А., Гершман Г.Б. Сплавы алюминия с кремнием. М.: Металлургия, 1977, 272 c. / Stroganov G.B., Rotenberg V.A., Gershman G.B. Splavy alyuminiya s kremniyem [Aluminum alloys with silicon]. Moscow, Metallurgiya Publ., 1977, 272 p. (In Russ.).
  28. Белов Н.А., Белов В.Д., Савченко С.В. и др. Поршневые силумины. Под общ. ред. Белова Н.А. М.: Издательский дом “Руда и Металлы”, 2011, 248 с. / Belov N.A., Belov V.D. Savchenko S.V., et al. Porshnevyye siluminy [Piston silumins]. Ed. by Belov N.A. Moscow, Publishing house “Ore and Metals”, 2011, 248 p. (In Russ.).
  29. Qinglin Li, Tiandong Xia, Yefeng Lan, Wenjun Zhao, Lu Fan, Pengfei Li. Effect of rare earth cerium addition on the microstructure and tensile properties of hypereutectic Al–20%Si alloy. Journal of Alloys and Compounds, 2013, v. 562, pp. 25 – 32.
  30. Qinglin Li, Tiandong Xia, Yefeng Lan, Wenjun Zhao, Lu Fan, Pengfei Li. Effect of yttrium addition on the microstructures and mechanical properties of hypereutectic Al-20Si alloy. Materials Science & Engineering A, 2018, v. 722, pp. 47 – 57.
  31. Shi W.X., Gao B., Tu G.F., Li S.W. Effect of Nd on microstructure and wear resistance of hypereutectic Al–20%Si alloy. Journal of Alloys and Compounds, 2010, v. 508, pp. 480 – 485.
  32. Qinglin Li, Tiandong Xia, Yefeng Lan, Pengfei  Li, Lu  Fan. Effects of rare earth Er addition on micro­structure and mechanical properties of hypereutectic Al–20% Si alloy. Materials Science & Engineering A, 2013, v. 588, pp. 97 – 102.
  33. Qinglin Li, Jinbao Li, Binqiang Li, Yuqian Zhu, Dexue  Liu, Yefeng Lan, Shu Wang. Mechanical properties and microstructural evolution of Yb-modified Al-20%Si alloy. Journal of Materials Engineering and Performance, 2018, v. 27, no. 7, pp. 3498 – 3507.
  34. Qinglin Li, Jinbao Li, Binqiang Li, Yefeng Lan, Tiandong Xia. Effect of samarium (Sm) addition on the microstructure and tensile properties of Al-20%Si casting alloy. International Journal of Metalcasting, 2018, v. 12, no. 3, pp. 554 – 564.
  35. Hongkun Yi, Di Zhang, Morphologies of Si phase and La-rich phase in as-cast hypereutectic Al–Si–xLa alloys. Materials Letters, 2003, v. 57, no. 16–17, pp. 2523 – 2529.
  36. Mao F., Wei S., Ou L., Zhang C., Chen C., Wang X., Cao Z. Different influences of rare earth Eu addition on primary Si refinement in hypereutectic Al–Si alloys with varied purity. Materials, 2019, v. 12, no. 21, art. 3505.
  37. Петров И.А., Ряховский А.П., Шляпцева А.Д., Федорцов Р.С., Майоров Д.И. Исследование влия­ния некоторых редкоземельных элементов на структуру и свойства силумина заэвтектического типа. Технология легких сплавов, 2023, № 2, c. 11 – 19. / Petrov I.A., Ryakhovskiy A.P., Shlyaptseva A.D., Fedortsov R.S., Mayorov D.I. Issledovaniye vliyaniya nekotorykh redkozemel’nykh elementov na strukturu i svoystva silumina zaevtekticheskogo tipa [Research of influence of some rare-earth elements on structure and properties of silumin of zaeutectic type]. Tekhnologiya legkikh splavov [Light alloys technology], 2023, no. 2, pp. 11 – 19. (In Russ.).
  38. Шляпцева А.Д., Петров И.А., Ряховский А.П. Влияние различных титансодержащих добавок на эффективность модифицирования эвтектического сплава системы алюминий-кремний. Известия высших учебных заведений. Цветная металлургия, 2023, т. 29, № 5, с. 47 – 56. / Shlyaptseva A.D., Petrov I.A., Ryakhovskiy A.P. Vliyanie razlichnyh titansoderzhashchih dobavok na effektivnost’ modificirovaniya evtekticheskogo splava sistemy alyuminij-kremnij [Influence of various titanium-containing additives on the modification efficiency of aluminum–silicon eutectic alloy]. Izvestiya vuzov. Tsvetnaya metallurgiya [Izvestiya. Non-Ferrous Metallurgy], 2023, v. 29, no. 5, pp. 47 – 56. (In Russ.).
  39. Котенков П.В., Попова Э.А., Пастухов Э.А. Оценка модифицирующей способности опытных лигатур Al-Sc-Zr, Al-Sc-Ti, Al-Ti-Zr. Расплавы, 2014, № 4, с. 21 – 27. / Kotenkov P.V., Popova E.A., Pastukhov E.A. Otsenka modifitsiruyushchey sposobnosti opytnykh ligatur Al-Sc-Zr, Al-Sc-Ti, Al-Ti-Zr [Evaluation of modifying ability of experimental ligatures Al-Sc-Zr, Al-Sc-Ti, Al-Ti-Zr]. Rasplavy [Melts], 2014, no. 4, pp. 21 – 27. (In Russ.).
  40. Ussadawut Patakham, Julathep Kajornchaiyakul, Chaowalit Limmaneevichitr. Modification mechanism of eutectic silicon in Al–6Si–0.3Mg alloy with scandium. Journal of Alloys and Compounds, 2013, v. 575, pp. 273 – 284.
  41. Yuna Wu, Jianfeng Zhang, Hengcheng Liao, Gaiye Li, Yuping Wu. Development of high performance near eutectic Al–Si–Mg alloy profile by micro alloying with Ti. Journal of Alloys and Compounds, 2016, v. 660, pp. 141 – 147.
  42. Nowak M., Bolzoni L., Hari Babu N. Grain refinement of Al–Si alloys by Nb–B inoculation. Part I: Concept development and effect on binary alloys. Materials & Design (1980-2015), 2015, v. 66, Part A, pp. 366 – 375.
  43. Напалков В.И., Махов С.В., Поздняков А.В. Модифицирование алюминиевых сплавов. Под ред. В.И. Напалкова. М.: Изд. Дом МИСиС, 2017, 348 с. / Napalkov V.I., Makhov S.V., Pozdnyakov A.V. Modi­fitsirovaniye alyuminiyevykh splavov: [Modification of aluminum alloys]. Ed. by V.I. Napalkov. Moscow, Izd. Dom MISiS Publ., 2017, 348 p. (In Russ.).
  44. Шляпцева А.Д., Петров И.А., Ряховский А.П. Комплексное модифицирование промышленных силуминов. Теория и технология металлургического производства, 2021, № 1 (36), c. 4 – 10. / Shlyaptseva A.D., Petrov I.A., Ryakhovskiy A.P. Kompleksnoye modifitsirovaniye promyshlennykh siluminov [Complex modification of industrial silicones]. Teoriya i tekhnologiya metallurgicheskogo proizvodstva [Theory and technology of metallurgical production], 2021, no. 1 (36), pp. 4 – 10. (In Russ.).
  45. Белов Н.А. Фазовый состав промышленных и перспективных алюминиевых сплавов. М.: Изд. Дом МИСиС, 2010, 511 c. / Belov N.A. Fazovyy sostav promyshlennykh i perspektivnykh alyuminiyevykh splavov [Phase composition of industrial and promising aluminum alloys]. Moscow, Izd. Dom MISiS Publ., 2010, 511 p. (In Russ.).
  46. Бобрышев Б.Л., Моисеев В.С., Ряховский А.П. и др. Способ модифицирования алюминиево-кремниевых сплавов. Патент РФ № 2623966 C2. Заявл. 23.12.2015. Опубл. 29.06.2017. / Bobryshev B.L., Moiseev V.S., Ryakhovskij A.P., et al. Sposob modificirovaniya alyuminievo-kremnievyh splavov [Modification method of aluminium-silicon alloys]. Patent RF no. 2623966 C2. Declared 23.12.2015. Publ. 29.06.2017. (In Russ.).
  47. Шляпцева А.Д., Петров И.А., Ряховский А.П. и др. Способ модифицирования алюминиево-кремниевых сплавов. Патент РФ № 2743945 C1, Заявл. 22.07.2020. Опубл. 01.03.2021. / Shlyaptseva, A.D., Petrov, I.A., Ryakhovsky, A.P., et al. Sposob modificirovaniya alyuminievo-kremnievyh splavov [Method for modifying aluminum silicon alloys]. Patent RF no. 2743945 C1. Declared. 22.07.2020. Publ. 01.03.2021. (In Russ.).
  48. Qiu D., Taylor J.A., Zhang M-X., Kelly P.M. A mechanism for the poisoning effect of silicon on the grain refinement of Al–Si alloys. Acta Materialia, 2007, v. 55, no. 4, pp. 1447 – 1456.
  49. Birol Y. Effect of silicon content in grain refining hypoeutectic Al–Si foundry alloys with boron and titanium additions. Materials Science and Technology, 2012, v. 28, no. 4, pp. 385 – 389. doi:10.1179/1743284711Y.0000000049
ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Влияния магния на удельную теплоемкость и изменений термодинамических функции модельного алюминиевого сплава AlBe1

М. З. Курбонова, И. Н. Ганиев, И. А. Эмомов

Определена теплоёмкость алюминиевого сплава AlBe1 (Al + 1 масс. % Be) с добавками магния в режиме “охлаждения” по известной теплоёмкости эталонного образца из меди. Обработка кривых скоростей охлаждений образцов из сплава AlBe1 с магнием и эталона (Cu марки М00) позволила получить уравнения описывающие температурную зависимость скорости охлаждения. По экспериментально найденным величинам скоростей охлаждения образцов сплавов и эталона, зная их массы, установлены полиномы температурной зависимости теплоемкости сплавов, которые описываются четырёхчленным уравнением. Используя интегралы от удельной теплоемкости вычислены температурные зависимости изменений энтальпии, энтропии и энергии Гиббса для алюминиевого сплава AlBe1 с магнием. С помощью полученных полиномных зависимостей показано, что с ростом температуры теплоёмкость, энтальпия и энтропия сплавов увеличиваются, а значение энергии Гиббса уменьшается. Добавка магния в изученном концентрационном интервале (0,05 – 1,0 масс. %) увеличивает теплоёмкость, энтальпию и энтропию исходного сплава AlBe1, а значение энергии Гиббса при этом уменьшается.

Ключевые слова: алюминиевый сплав AlBe1, магний, теплоёмкость, коэффициент теплоотдачи, энтальпия, энтропия, энергия Гиббса.

DOI: 10.30791/1028-978X-2025-1-52-61
Курбонова Мукадас Завайдовна — Таджикский национальный университет химии (734025 Душанбе, Республика Таджикистан, проспект Рудаки, 17), кандидат химических наук, доцент, заведующая кафедрой, специалист в области материаловедения и методики преподавании. E-mail: mukadas_qi75@mail.ru.
Ганиев ИзатуллоНаврузович — Таджикский технический университет имени академика М.С. Осими (734042 Душанбе, Республика Таджикистан, проспект академиков Раджабовых, 10), академик, доктор химических наук, профессор кафедры, специалист в области материаловедения и защиты от коррозии. E-mail: ganievizatullo48@gmail.com.
Эмомов Исмоил Абдумаликович — Дангаринский государственный университет (735320, Дангара, Республика Таджикистан, ул. Маркази 25), соискатель кафедры. E-mail:ismoil_emomov@mail.ru.
Ссылка на статью:
Курбонова М.З., Ганиев И.Н., Эмомов И.А. Влияния магния на удельную теплоемкость и изменений термодинамических функции модельного алюминиевого сплава AlBe1. Перспективные материалы, 2025, № 1, с. 52 – 61. DOI: 10.30791/1028-978X-2025-1-52-61
Литература содержит 21 ссылка.

См. подробнее о статье на сайте e-library
Перейти
Литература/References
к статье Курбонова М.З., Ганиев И.Н., Эмомов И.А. Влияния магния на удельную теплоемкость и изменений термодинамических функции модельного алюминиевого сплава AlBe1. Перспективные материалы, 2025, № 1, с. 52 – 61. DOI: 10.30791/1028-978X-2025-1-52-61
  1. Коган Б.И. Капустинская К.А., Топунова Г.А. Бериллий. М.: Наука, 1975, 372 с. / Kogan B.I., Kapustinskaya K.A., Topunova G.A. Berillij [Beryllium]. Moscow, Nauka Publ., 1975, 372 p. (In Russ.).
  2. Рохлин Л.Л. Магниевые сплавы, содержащие редкоземельные металлы. М.: Наука, 1980, 190 с. / Rokhlin L.L. Magnievye splavy, soderzhashchie redkozemel’nye metally [Magnesium alloys containing rare earth metals]. Moscow, Nauka Publ., 1980, 190 p. (In Russ).
  3. Иброхимов Н.Ф., Ганиев И.Н., Одинаев Х.О. Физикохимия сплава АМг-2 с редкоземельными металлами. Душанбе.: ИО ТТУ им. М.С. Осими, 2016, 153 с. / Ibrokhimov N.F., Ganiev I.N., Odinaev Kh.O. Fizikohimiya splava AMg-2 s redkozemel’nymi metallami [Physical chemistry of AMg-2 alloy with rare earth metals]. Dushanbe: IO TTU named after. M.S. Osimi, 2016, 153 p. (In Russ.).
  4. Hu X.W., Jiang F.G., Yan H. Effects of rare earth Er additions on microstructure development and mechanical properties of die-cast ADC12 aluminum alloy. J. Alloys Compd., 2012, v. 538, pp. 21 – 27.
  5. Fragomeni J., Wheeler R., Jata K.V. Effect of single and duplex aging on precipitation response, microstructure, and fatigue crack behavior in Al–Li–Cu alloy AF/C-458. J. Mater. Eng. Perform, 2005, v. 14, no. 1, pp. 18 – 27.
  6. Wang M.J., Chen L., Wang Z.X. Effect of rare earth addition on continuous heating transformation of a high speed steel for rolls. J. Rare Earths., 2012, v. 30, pp. 84 – 89.
  7. Hunkeler F., Bohni H. Mechanism of pit growth on aluminum under open circuit conditions. Corrosion (USA), 1984, v. 40, no. 10, pp. 534 – 540.
  8. Menan F., Henaff G. Synergistic action of fatigue and corrosion during crack growth in the 2024 aluminum alloy. Procardia Eng., 2010, v. 2, no. 1, pp. 1441 – 1450.
  9. Chen X.G. Growth mechanisms of intermetallic phases in DC cast AA1XXX alloys. In Book: Essential Readings in Light Metals, 2013, v. 3. Cast shop for aluminum production, pp. 460 – 465.
  10. Na J., Jin-feng L., Ziquao Z., Xiu-yu W., Yanfen L. Effect of aging on mechanical properties and localized corrosion behaviors of Al-Cu-Li alloy. Trans. Nonferrous Metal. Soc. China, 2005, v. 15, no. 1, pp. 23 – 29.
  11. Hirosuke Inagaki, Toshio Komatsubara. Yield point elongation in Al-Mg alloys. Aluminium Alloys: ICAA-7, Apr. 9–14, 2000. Virginia, USA, pp. 1303 – 1308.
  12. Kumar P., Martin C.L., Brown S. Age-hardenbility of a 6000-series (Al-Mg-Si) alloy. Furukawa Rev., 1995, no. 14, pp. 157 – 162.
  13. Багницкий В.Е. Обратные связи в физических явлениях. (Продолжение книги «Новая физика электронных приборов»). Германия: Изд. дом LAP LAMBERT Academic Publishing, 2014, 196 с. / Bagnitsky V.E. Obratnye svyazi v fizicheskih yavleniyah. (Prodolzhenie knigi “Novaya fizika elektronnyh priborov”). [Feedbacks in physical phenomena. (Continuation of the book New Physics of Electronic Devices)]. Germany, Publishing house LAP LAMBERT Academic Publishing, 2014, 196 p. (In Russ.).
  14. Киров С.А., Козлов А.В., Салецкий А.М., Харабадзе Д.Э. Измерение теплоемкости и теплоты плавления методом охлаждения. М.: ООП Физический факультета МГУ им. М.В. Ломоносова, 2022, 26 с. / Kirov S.A., Kozlov A.V., Saletsky A.M., Kharabadze D.E. Izmerenie teploemkosti i teploty plavleniya metodom ohlazhdeniya. Uchebnoe posobie [Measurement of heat capacity and heat of fusion by the cooling method. Textbook]. Moscow, OOP Physics Faculty of Lomonosov Moscow State University Publ., 2022, 26 p. (In Russ.).
  15. Тарсин А.В., Костерин К.С. Определение теплоёмкости металлов методом охлаждения. Лабораторные занятия. Ухта: Ухтинский государственный технический университет, 2014, 98 с. / Tarsin A.V., Kosterin K.S. Opredelenie teployomkosti metallov metodom ohlazhdeniya. Laboratornye zanyatiya [Determination of the heat capacity of metals by the cooling method. Laboratory classes]. Ukhta, Ukhta State Technical University, 2014. 98 p. (In Russ.).
  16. Ростокин В.И. Исследование зависимости теплоемкости металлов от температуры. Физическое образование в ВУЗах, 2011, т. 17, № 3, с. 54 – 65. / Rostokin V.I. Issledovaniye zavisimosti teployemkosti metallov ot temperatury [Study of the dependence of heat capacity of metals on temperature]. Fizicheskoye obrazovaniye v VUZakh [Physics education in universities], 2011, v. 17, no. 3, pp. 54-65.(In Russ.).
  17. Ганиев И.Н., Шарипова Х.Я., Одиназода Х.О., Иброхимов Н.Ф., Ганиева Н.И. Теплофизические свойства и термодинамические функции алюми­ниево-магниевого сплава АМг-2 с индием. Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И.Носова, 2019, т. 17, № 4, с. 34 − 43. / Ganiev I.N., Sharipova Kh.Ya., Odinazoda Kh.O., Ibrokhimov N.F., Ganieva N.I. Teplofizicheskie svojstva i termodinamicheskie funkcii alyuminievo-magnievogo splava AMg-2 s indiem [Thermophysical properties and thermodynamic functions of aluminum-magnesium alloy AMg-2 with indium]. Vestnik Magnitogorskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta im. G.I.Nosova [Bulletin of Magnitogorsk State Technical University named after G.I. Nosov], 2019, v. 17, no. 4, pp. 34 − 43. (In Russ.).
  18. Ганиев И.Н., Назарова М.Т., Курбонова М.З., Якубов У.Ш. Влияния натрия на удельную теплоемкость и изменение термодинамических функций алюминиевого сплава АБ1. Известия СПбГТИ(ТУ), 2019, вып. 51(77), с. 25 – 30. / Ganiev I.N., Nazarova M.T., Kurbanova M.Z., Yakubov  U.S. Vliyaniya natriya na udel’nuyu teploemkost’ i izmenenie termodinamicheskih funkcij alyuminievogo splava AB1 [Effects of sodium on specific heat capacity and changes in thermodynamic functions of aluminum alloy AB1]. Izvestiya SPbGTI(TU) [Proceedings of St. Petersburg State University], 2019, iss. 51(77), pp. 25 – 30. (In Russ.).
  19. Ganiev I.N., Nazarova M.T., Yakubov U.Sh., Safarov A.G., Kurbonova M.Z. Influence of lithium on specific heat and changes in the thermodynamic functions of aluminum alloy AB1. High Temperature, 2020, v. 58, no. 1, pp. 58 – 63.
  20. Низомов З., Гулов Б.Н., Ганиев И.Н., Саидов Р.Х., Обидов Ф.У., Эшов Б.Б. Исследование темпера­турной зависимости удельной теплоемкости алюминия марок ОСЧ и А7. Доклады Академии наук Республики Таджикистан, 2011, т. 54, № 1, с. 53 – 59. / Nizomov Z., Gulov B.N., Ganiev I.N., Saidov R.Kh., Obidov F.U., Eshov B.B. Issledovanie temperaturnoj zavisimosti udel’noj teploemkosti alyuminiya marok OSCh i A7 [Study of the temperature dependence of the specific heat capacity of aluminum grades OSCh and A7]. Doklady Akademii nauk Respubliki Tadzhikistan [Reports of the Academy of Sciences of the Republic of Tajikistan], 2011, v. 54, no.1, pp. 53 – 59. (In Russ.).
  21. Зиновьев В.И. Теплофизические свойства металлов при высоких температурах. М.: Металлургия, 1989, 384 с. /Zinoviev V.I. Teplofizicheskie svojstva metallov pri vysokih temperaturah [Thermophysical properties of metals at high temperatures]. Moscow, Metallurgy Publ., 1989, 384 p. (In Russ.).
ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Сравнительный анализ механических свойств и микроструктуры трехкомпонентных эпоксидных полимеров и стеклопластиковых композитов, полученных традиционной и сверхвысокочастотной термообработкой

Е. В. Матвеев, В. В. Берестов, А. И. Гайдар, А. А. Веверис

Исследовано влияние сверхвысокочастотного (СВЧ) отверждения на микроструктуру и механические свойства трехкомпонентных эпоксидных смол (ЭС) и стеклопластиковых композитов (СПК). Проведен сравнительный анализ изготовленных образцов ЭС и СПК, отвержденных как традиционным термическим, так и СВЧ методом. Определены оптимальные параметры процесса СВЧ отверждения для ЭС и СПК, что позволило получить образцы с высокими прочностными свойствами при стандартных испытаниях на растяжение и изгиб. Методом растровой электронной микроскопии (РЭМ) проведены сравнительные фрактографические и микроструктурные исследования поверхностей разрушения для образцов ЭС, отвержденных термическим и СВЧ методами. Установлено, что отверждение ЭС СВЧ методом приводит к увеличению размера глобул и количества пор в материале, более выраженной локальной пластической деформации при разрушении образца и к большему разбросу соотношения скоростей распространения магистральной и вторичной трещин. Для образцов СПК, отвержденных термическим и СВЧ методами, проведены сравнительные исследования микроструктуры поверхностей поперечного среза и продольных поверхностей скола. Установлено, что для образцов СПК, отвержденных СВЧ методом, разрушение при продольном скалывании является в основном когезионным, вызванным распространением трещины через материал матрицы.

Ключевые слова: эпоксиполимер, стеклопластиковые композиты, СВЧ отверждение, испытания на растяжение, фрактография, межфазная адгезия, растровая электронная микроскопия.

DOI: 10.30791/1028-978X-2025-1-62-74
Матвеев Егор Владимирович — ФГБНУ Научно-исследовательский институт перспективных материалов и технологий (105187 Москва, Щербаковская ул., 53), кандидат технических наук, старший научный сотрудник, специалист в области исследований физико-механических свойств материалов. E-mail: maegor@gmail.com.
Берестов Валентин Викторович — ФГБНУ Научно-исследовательский институт перспективных материалов и технологий (105187 Москва, Щербаковская ул., 53), младший научный сотрудник, специалист в области конструкционных наноматериалов. E-mail: vberestov97@gmail.com.
Гайдар Анна Ивановна — ФГБНУ Научно-исследовательский институт перспективных материалов и технологий (105187 Москва, Щербаковская ул., 53), кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник, специалист в области электронной микроскопии и элементного микроанализа. E-mail: a_i_g@bk.ru.
Веверис Алнис Александрович — НИТУ МИСиС (119049, Москва, Ленинский пр. 4, стр. 1), аспирант, специалист в области полимерных композиционных материалов. E-mail: mrechoru48@gmail.com.
Ссылка на статью:
Матвеев Е.В., Берестов В.В., Гайдар А.И., Веверис А.А. Сравнительный анализ механических свойств и микроструктуры трехкомпонентных эпоксидных полимеров и стеклопластиковых композитов, полученных традиционной и сверхвысокочастотной термообработкой. Перспективные материалы, 2025, № 1, с. 62 – 74.
DOI: 10.30791/1028-978X-2025-1-62-74
Литература содержит 44 ссылки.

См. подробнее о статье на сайте e-library
Перейти
Литература/References
к статье Матвеев Е.В., Берестов В.В., Гайдар А.И., Веверис А.А. Сравнительный анализ механических свойств и микроструктуры трехкомпонентных эпоксидных полимеров и стеклопластиковых композитов, полученных традиционной и сверхвысокочастотной термообработкой. Перспективные материалы, 2025, № 1, с. 62 – 74.
DOI: 10.30791/1028-978X-2025-1-62-74
  1. Johnston K., Pavuluri S.K., Leonard M.T., Desmulliez M.P.Y., Arrighi V. Microwave and thermal curing of an epoxy resin for microelectronic applications. Thermochimica Acta, 2015, v. 616, pp. 100 – 109.
  2. Yarlagadda K.P., Hsu S.H. Experimental studies on comparison of microwave curing and thermal curing of epoxy resins used for alternative mould materials. Journal of Materials Processing Technology, 2004, v. 155, pp. 1532 – 1538.
  3. Кербер М.Л., Виноградов В.М., Головкин Г.С. и др. Полимерные композиционные материалы: структура, свойства, технология: учеб. пособие. Под ред. А.А. Берлина, СПб, ЦОП Профессия, 2008, 560 c. / Kerber M.L., Vinogradov V.M., Golovkin G.S. et al. Polimernye kompozicionnye materialy: struktura, svojstva, tekhnologiya: ucheb. posobie [Polymer composite materials: structure, properties, technology]. Ed.: A. A. Berlin. Professiya Publ., Saint Petersburg, 2008, 560 p. (In Russ.).
  4. Ali S., Bajpai P. K., Singh I., Sharma A. K. Curing of natural fibre-reinforced thermoplastic composites using microwave energy. Journal of Reinforced Plastics and Composites, 2014, v. 33, no. 11, pp. 993 – 999.
  5. Colangelo F., Russo P., Cimino F., Cioffi R., Farina I., Fraternali F., Feo L. Epoxy/glass fibres composites for civil applications: Comparison between thermal and microwave crosslinking routes. Composites Part B: Engineering, 2017, v. 126, pp. 100 – 107.
  6. Mgbemena C.O., Li D., Lin M.F., Liddel P.D., Katnam K.B., Thakur V.K., Nezhad H.Y. Accelerated microwave curing of fibre-reinforced thermoset polymer composites for structural applications: A review of scientific challenges. Composites Part A: Applied Science and Manufacturing, 2018, v. 115, pp. 88 – 103.
  7. Chen M., Siochi E.J., Ward T.C., McGrath J.E. Basic ideas of microwave processing of polymers. Polymer Engineering & Science, 1993, v. 33, no. 17, pp. 1092 – 1109.
  8. Tanrattanakul V., Jaroendee D. Comparison between microwave and thermal curing of glass fiber–epoxy composites: Effect of microwave-heating cycle on mechanical properties. Journal of Applied Polymer Science, 2006, v. 102, no. 2, pp. 1059 – 1070.
  9. Tanrattanakul V., SaeTiaw K. Comparison of microwave and thermal cure of epoxy–anhydride resins: Mechanical properties and dynamic characteristics. Journal of Applied Polymer Science, 2005, v. 97, no. 4, pp. 1442 – 1461.
  10. Wei J., Hawley M. C., Delong J. D., Demeuse M. Comparison of microwave and thermal cure of epoxy resins. Polymer Engineering & Science, 1993, v. 33, no. 17, pp. 1132 –1140.
  11. Lee W.I., Springer G.S. Microwave curing of composites. Journal of Composite Materials, 1984, v. 18, no. 4, pp. 387 – 409.
  12. Chen Y., Li Y., You Y., Xiao J., Song Q. Research on mechanical properties of epoxy/glass fiber composites cured by microwave radiation. Journal of Reinforced Plastics and Composites, 2014, v. 33, no. 15, pp. 1441 – 1451.
  13. Rao S., Rao R. Cure studies on bifunctional epoxy matrices using a domestic microwave oven. Polymer Testing, 2008, v. 27, no. 5, pp. 645 – 652.
  14. Navabpour P., Nesbitt A., Degamber B., Fernando G., Mann T., Day R. Comparison of the curing kinetics of the RTM6 epoxy resin system using differential scanning calorimetry and a microwave-heated calorimeter. Journal of Applied Polymer Science, 2006, v. 99, no. 6, pp. 3658 – 3668.
  15. Thostenson E.T., Chou T.W. Microwave and conventional curing of thick-section thermoset composite laminates: experiment and simulation. Polymer Composites, 2001, v. 22, no. 2, pp. 197 – 212.
  16. Livi A., Levita G., Rolla P.A. Dielectric behavior at microwave frequencies of an epoxy resin during crosslinking. Journal of Applied Polymer Science, 1993, v. 50, no. 9, pp. 1583 – 1590.
  17. Marand E., Baker K.R., Graybeal J.D. Comparison of reaction mechanisms of epoxy resins undergoing thermal and microwave cure from in situ measurements of microwave dielectric properties and infrared spectroscopy. Macromolecules, 1992, v. 25, no. 8, pp. 2243 –2252.
  18. Zong L., Kempel L.C., Hawley M.C. Dielectric studies of three epoxy resin systems during microwave cure. Polymer, 2005, v. 46, no. 8, pp. 2638 – 2645.
  19. Startsev O.V., Veligodsky I.M., Medvedev I.M., Gladkikh A.V., Gorbovets M.A. Measurement of strength and fracture load of weathered samples of polymer composite materials. Polymer Science, Series  D, 2024, v. 17, no. 2, pp. 302 – 310.
  20. Lin Y.C., Chen X. Investigation of the effect of hygrothermal conditions on epoxy system by fractography and computer simulation. Materials Letters, 2005, v. 59, no. 29 – 30, pp. 3831 – 3836.
  21. Mooteri P.S., Sridhara B.K., Rao S., Prakash M.R., Rao R. Studies on mechanical behavior of microwave and thermally cured glass fiber reinforced polymer composites. Journal of Reinforced Plastics and Composites, 2006, v. 25, no. 5, pp. 503 – 512.
  22. Zhou J., Shi C., Mei B., Yuan R., Fu Z. Research on the technology and the mechanical properties of the microwave processing of polymer. Journal of Materials Processing Technology, 2003, v. 137, no. 1 – 3, pp. 156 – 158.
  23. Матвеев Е.В., Мамонтов А.В., Гайдар А.И., Лапшинов Б.А., Виноградов А.Н. Измерение прочностных и микроструктурных характеристик эпоксиполимеров при отверждении термическим и сверхвысокочастотным методами. Измерительная техника, 2020, № 12, с. 35 – 41. / Matveev E.V., Mamontov A.V., Gajdar A.I., Lapshinov B.A., Vinogradov A.N. Measurement of the strength and microstructural characteristics of epoxy polymers cured by thermal and microwave methods. Measurement Techniques, 2021, v. 63, no. 12, pp. 986 – 992.
  24. Maenz S., Mühlstädt M., Jandt K.D., Bossert J. Mechanical properties of microwave cured glass fibre epoxy composites prepared by resin transfer moulding. Journal of Composite Materials, 2015, v. 49, no. 23, pp. 2839 – 2847.
  25. Joshi S.C., Bhudolia S.K. Microwave–thermal technique for energy and time efficient curing of carbon fiber reinforced polymer prepreg composites. Journal of Composite Materials, 2014, v. 48, no. 24, pp. 3035 – 3048.
  26. Atif R., Inam F. Fractography analysis of monolithic epoxy with tailored topography. World Journal of Engineering and Technology, 2016, v. 4, no. 4, pp. 517 – 527.
  27. Saccone G., Amendola E., Acierno D. Conventional and microwave curing process of epoxy systems: Kinetic analysis and characterization. Microwave and Optical Technology Letters, 2009, v. 51, no. 11, pp. 2777 – 2783.
  28. Деев И.С., Кобец Л.П. Фрактография эпоксидных полимеров. Высокомолекулярные соединения, Серия А, 1996, т. 38, № 4, с. 627 – 633. / Deev I.S., Kobets L.P. Fractography of epoxide polymers. Polymer Science, Series A, 1996, v. 38, no. 4, pp. 372 – 378.
  29. Deng S., Qi B., Hou M., Ye L., Magniez K. Assessment of interfacial bonding between polymer threads and epoxy resin by transverse fibre bundle (TFB) tests. Composites Part A: Applied Science and Manufacturing, 2009, v. 40, no. 11, pp. 1698 – 1707.
  30. Fiedler B., Hojo M., Ochiai S., Schulte K., Ando M. Failure behavior of an epoxy matrix under different kinds of static loading. Composites Science and Technology, 2001, v. 61, no. 11, pp. 1615 – 1624.
  31. Гуляев А.И., Яковлев Н.О., Крылов В.Д., Лашов  О.А. Применение фрактографического анализа при исследовании межслоевого разрушения ПКМ. Авиационные материалы и технологии, 2017, № 3 (48), с. 65 – 73. / Gulyaev A.I., Yakovlev N.O., Krylov V.D., Lashov O.A. Primenenie fraktograficheskogo analiza pri issledovanii mezhsloevogo razrusheniya PKM [Application of fractographic analysis in the study of interlayer fracture of PCM]. Aviacionnye materialy i tekhnologii [Aviation materials and technologies], 2017, no. 3 (48), pp. 65 – 74. (In Russ.).
  32. Agrawal R.K., Drzal L.T. Effects of microwave processing on fiber-matrix adhesion in composites. The Journal of Adhesion, 1989, v. 29, no. 1 – 4, pp. 63 – 79.
  33. Wu X., Li Y., Li N., Zhou J., Hao X. Analysis of the effect and mechanism of microwave curing on the chemical shrinkage of epoxy resins. High Performance Polymers, 2017, v. 29, no. 10, pp. 1165 – 1174.
  34. Kersting D.F., Wiebeck H., Esper F.J. Processing and characterization of composites curing by microwave irradiation. Macromolecular Symposia, 2016, v. 367, no. 1, pp. 49 – 54.
  35. Kwak M., Robinson P., Bismarck A., Wise R., Middlesbrough U. Curing of composite materials using the recently developed hephaistos microwave. In Proceedings of the 18th International Conference on Composite Materials, Jeju, Korea, 21–26 August 2011, pp. 21 – 26.
  36. Kwak M., Robinson P., Bismarck A., Wise R. Microwave curing of carbon–epoxy composites: Penetration depth and material characterisation. Composites Part A: Applied Science and Manufacturing, 2015, v. 75, pp. 18 – 27.
  37. ГОСТ 11262-2017 (ISO 527-2:2012). Пластмассы. Метод испытания на растяжение. М., Стандартинформ, 2018, 20 с. / ISO 527-2:2012. Plastics — Determination of tensile properties. Part 2: Test conditions for moulding and extrusion plastics, 2012.
  38. ГОСТ 4648-2014 (ISO 178:2010). Пластмассы. Метод испытания на статический изгиб. М., Стандартинформ, 2014, 21 с. / ISO 178:2019. Plastics — Determination of flexural properties, 2019.
  39. Wallace M., Attwood D., Day R.J., Heatley F. Investigation of the microwave curing of the PR500 epoxy resin system. Journal of Materials Science, 2006, v. 41, pp. 5862 – 5869.
  40. Ellis B. (ed.). Chemistry and technology of epoxy resins. Springer Netherlands: Dordrecht, 1993, 344 p.
  41. Purslow D. Matrix fractography of fibre-reinforced epoxy composites. Composites, 1986, v. 17, no. 4, pp. 289 – 303.
  42. Лаврентьев В.А., Калганова С.Г. Применение энергии СВЧ электромагнитных колебаний для воздействия на процесс отверждения эпоксидных смол. Электро- и теплотехнологические процессы и установки. Сб. науч. тр. СГТУ, 2005, т. 2, с. 67 – 70. / Lavrent’ev V.A., Kalganova S.G. Primenenie energii SVCh elektromagnitnyh kolebanij dlya vozdejstviya na process otverzhdeniya epoksidnyh smol [Application of microwave energy to influence the curing process of epoxy resins]. Elektro- i teplotekhnologicheskie processy i ustanovki [Electrical and thermal engineering processes and installations]. Book of scientific papers of Saratov State Technical University, 2005, v. 2, pp. 67 – 70. (In Russ).
  43. Nygård P., Gustafson C.G. Interface and impregnation relevant tests for continuous glass fibre-polypropylene composites. Composites Part A: Applied Science and Manufacturing, 2003, v. 34, no. 10, pp. 995 – 1006.
  44. Bai S.L., Djafari V., Andreani M., Francois D. A comparative study of the mechanical behaviour of an epoxy resin cured by microwaves with one cured thermally. European Polymer Journal, 1995, v. 31, no. 9, pp. 875 – 884.
ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Гидротермальный синтез, оптические и фотокаталитические свойства легированных иттрием наночастиц диоксида титана

И. В. Егельский, М. А. Пугачевский, В. В. Родионов,
А. В. Сюй, А. В. Григорьева

Гидротермальным методом синтезированы наночастицы диоксида титана, легированные иттрием. Проведена характеризация наночастиц диоксида титана с разным содержанием иттрия методами инфракрасной-Фурье спектроскопии, спектроскопии диффузного отражения, просвечивающей электронной микроскопии, сканирующей электронной микроскопии, рентгеновской дифракции и малоуглового рентгеновского рассеяния. Подобраны оптимальные режимы обработки (отмывка растворителями и последующий термический отжиг) для получения частиц, обладающих улучшенными фотокаталитическими свойствами и минимальным углеродным содержанием остаточных органических производных. Наночастицы диоксида титана, легированные иттрием, имели более высокую фотокаталитическую активность по сравнению с нелегированным образцом, что объясняется формированием дополнительных энергетических уровней внутри запрещенной зоны, снижающих интенсивность обратного рекомбинационного процесса. Полученные результаты способствуют подбору наиболее оптимальных режимов и способов получения наночастиц диоксида титана с высокой фотокаталитической активностью.

Ключевые слова: наночастицы, диоксид титана, гидротермальный синтез, легирование иттрием, фотолюминесценция, фотокатализ.

DOI: 10.30791/1028-978X-2025-1-75-84
Егельский Илья Викторович — Юго-Западный государственный университет, Региональный центр нанотехнологий (305040 Курск, ул. 50 лет Октября, 94), аспирант, инженер, специалист в области синтеза новых материалов. E-mail: ive1996@yandex.ru.
Пугачевский Максим Александрович — Юго-Западный государственный университет, Региональный центр нанотехнологий (305040 Курск, ул. 50 лет Октября, 94), доктор физико-математических наук, профессор, директор центра нанотехнологий, специалист в области дифрактометрии малоуглового рентгеновского рассеяния. E-mail: pmaximal@mail.ru.
Родионов Владимир Викторович — Юго-Западный государственный университет, Региональный центр нанотехнологий (305040 Курск, ул. 50 лет Октября, 94), кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник, специалист в области сканирующей электронной микроскопии. E-mail: i@rodionov777.ru.
Сюй Александр Вячеславович — Московский физико-технический институт (141700 МО, Долгопрудный, Институтский пер., 9), кандидат физико-математических наук, доцент, специалист в области просвечивающей электронной микроскопии. E-mail: alsyuy271@gmail.com.
Григорьева Анастасия Вадимовна — Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова (119991 Москва, Ленинские горы, 1, стр. 3), кандидат химических наук, старший научный сотрудник, доцент, специалист в области химической технологии. E-mail: anastasia.grigorieva@gmail.com.
Ссылка на статью:
Егельский И.В., Пугачевский М.А., Родионов В.В., Сюй А.В., Григорьева А.В. Гидротермальный синтез, оптические и фотокаталитические свойства легированных иттрием наночастиц диоксида титана. Перспективные материалы, 2025, № 1, с. 75 – 84. DOI: 10.30791/1028-978X-2025-1-75-84
Литература содержит 25 ссылок.

См. подробнее о статье на сайте e-library
Перейти
Литература/References
к статье Егельский И.В., Пугачевский М.А., Родионов В.В., Сюй А.В., Григорьева А.В. Гидротермальный синтез, оптические и фотокаталитические свойства легированных иттрием наночастиц диоксида титана. Перспективные материалы, 2025, № 1, с. 75 – 84. DOI: 10.30791/1028-978X-2025-1-75-84
  1. Irshad M.A., Nawaz R., Rehman M.Z., Adrees M., Rizwan M., Ali S., et al. Synthesis, characterization and advanced sustainable applications of titanium dioxide nanoparticles: A review. Ecotoxicol. Environ Saf., 2021, no. 212, art. 111978.
  2. Sungur Ş. Titanium dioxide nanoparticles. In: Handbook of Nanomaterials and Nanocomposites for Energy and Environmental Applications. Springer International Publishing, 2020, pp. 1–18.
  3. Abdulnasser Harfoush S., Hannig M., Le D.D., Heck S., Leitner M., Omlor A.J., et al. High-dose intranasal application of titanium dioxide nanoparticles induces the systemic uptakes and allergic airway inflammation in asthmatic mice. Respir Res., 2020, v. 21, no. 1, art. 168.
  4. Kuvarega A.T., Mamba B.B. TiO2-based photocatalysis: Toward visible light-responsive photocatalysts through doping and fabrication of carbon-based nanocomposites. Crit. Rev. Solid State Mater. Sci., 2017, v. 42, no. 4, pp. 295 – 346.
  5. Tasić N., Marinković Stanojević Z., Branković Z., Lačnjevac U., Ribić V., Žunić M., et al. Mesoporous films prepared from synthesized TiO2 nanoparticles and their application in dye-sensitized solar cells (DSSCs). Electrochim Acta, 2016, v. 210, pp. 606 – 614.
  6. Serrão Sousa V., Corniciuc C., Ribau Teixeira M. The effect of TiO2 nanoparticles removal on drinking water quality produced by conventional treatment C/F/S. Water Res., 2017, v. 109, pp. 1 – 12.
  7. Pugachevskii M.A. Photocatalytic properties of titania nanoparticles obtained by laser ablation. Nanotechnologies Russ., 2013, v. 8, no. 7–8, pp. 432 – 436.
  8. Waghmode M.S., Gunjal A.B., Mulla J.A., Patil  N.N., Nawani N.N. Studies on the titanium dioxide nanoparticles: biosynthesis, applications and remediation. SN Appl. Sci., 2019, v. 1, no. 4, art. 310.
  9. Ziental D., Czarczynska-Goslinska B., Mlynarczyk D.T., Glowacka-Sobotta A., Stanisz B., Goslinski T., et al. Titanium dioxide nanoparticles: Prospects and applications in medicine. Nanomaterials, 2020, v. 10, no. 2, art. 387.
  10. Shabbir S., Kulyar M.F.-E-A., Bhutta Z.A., Boruah P., Asif M. Toxicological consequences of titanium dioxide nanoparticles (TiO2NPs) and their jeopardy to human population. BioNanoScience, Springer, 2021, v. 11, no.2, pp. 621 – 632.
  11. Muscat J., Swamy V., Harrison N.M. First-principles calculations of the phase stability of TiO2. Phys. Rev. B., 2002, v. 65, no. 22, art. 224112.
  12. Pugachevskii M.A., Karpovich N.F. Electron energy loss spectroscopy analysis of the photocatalytic activity of TiO2 nanoparticles in polymer film. J. Appl. Spectrosc., 2015, v. 82, no. 4, pp. 673 – 676.
  13. Kolesnik I.V., Lebedev V.A., Garshev A.V. Optical properties and photocatalytic activity of nanocrystalline TiO2 doped by 3d-metal ions. Nanosystems: Physics., Chem., Math., 2018, v. 9, no.3, pp. 401 – 409.
  14. Kolen’ko Y.V., Churagulov B.R., Kunst M., Mazerolles  L., Colbeau-Justin C. Photocatalytic properties of titania powders prepared by hydrothermal method. Applied Catalysis B: Environmental, 2004, v. 54, no. 1, pp. 51 – 58.
  15. Schmidt H. Nanoparticles by chemical synthesis, processing to materials and innovative applications. Appl. Organomet. Chem., 2001, v. 15, no. 5, pp. 331 – 343.
  16. Dubey R.S., Krishnamurthy K.V., Singh S. Experimental studies of TiO2 nanoparticles synthesized by sol-gel and solvothermal routes for DSSCs application. Results Phys., 2019, no. 14, art. 102390.
  17. Nyamukamba P., Okoh O., Mungondori H., Taziwa  R., Zinya S. Synthetic methods for titanium dioxide nanoparticles: A review. In: Titanium Dioxide - Material for a Sustainable Environment. InTech Open, 2018. http://dx.doi.org/10.5772/intechopen.75425
  18. Chen Y.-W., Hsu Y.-H. Effects of reaction temperature on the photocatalytic activity of TiO2 with Pd and Cu cocatalysts. Catalysts, 2021, v. 11, no. 8, art. 966.
  19. Muthee D.K., Dejene B.F. Effect of annealing temperature on structural, optical, and photocatalytic properties of titanium dioxide nanoparticles. Heliyon, 2021, v. 7, no. 6, art. e07269.
  20. Rajput P., Deshpande M.P., Bhoi H.R., Suchak  N.M., Desai P.H., Chaki S.H., et al. Photocatalytic and antibacterial activity of Yttrium doped TiO2 nano­structure. Chem. Phys. Impact, 2022, no. 5, art. 100101.
  21. Li J., Chu B., Xie Z., Deng Y., Zhou Y., Dong L., et al. Mechanism and DFT study of degradation of organic pollutants on rare earth ions doped TiO2 photocatalysts prepared by sol-hydrothermal synthesis. Catal. Letters, 2022, v. 152, no. 2, pp. 489 – 502.
  22. Jiang J., Deng C., Cao Y., Liu Y., Xiong W. Synthesis of Y and Si co-doped TiO2 and its photocatalytic properties. Kuei Suan Jen Hsueh Pao/Journal Chinese Ceram. Soc., 2019, v. 47, no. 7, pp. 942 – 950.
  23. López E.R., Morales-Luna M., González M.V., Aruna-Devi R., De Moure-Flores F., et al. Bandgap modification of titanium dioxide doped with rare earth ions for luminescent processes. J. Appl. Phys., 2020, v. 128, no. 17, art. 175106.
  24. Khan S., Ikari H., Suzuki N., Nakata K., Terashima C., Fujishima A., et al. One-pot synthesis of anatase, rutile-decorated hydrogen titanate nanorods by yttrium doping for solar H2 production. ACS Omega, 2020, v. 5, no. 36, pp. 23081 – 23089.
  25. Khalid N.R., Ahmed E., Rasheed A., Ahmad M., Ramzan M., Shakoor A., et al. Co-doping effect of carbon and yttrium on photocatalytic activity of TiO2 nanoparticles for methyl orange degradation. J. Ovonic Res., 2015, v. 11, no. 3, pp. 107 – 112.
Made on
Tilda