Tilda Publishing
ЖУРНАЛ
ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
ISSN 1028-978X

ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Tilda Publishing
ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
2025, № 6
ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Многослойные покрытия на основе ван-дер-ваальсовых гетероструктур
MoS2/WS2/WSe2 с улучшенными антифрикционными свойствами

С. Н. Григорьев, Д. В. Фоминский, В. Н. Неволин, М. А. Волосова, В. Ю. Фоминский

Методом импульсной лазерной абляции мишеней MoS2 и WSe2 в вакуумных условиях созданы многослойные покрытия, состоящие из нанокристаллов MoS2 и WSe2 со слоистой упаковкой атомов, в которой плоскости с плотной упаковкой атомов объединяются в кристалл через слабое ван-дер-ваальсовое взаимодействие. Осаждение на нагретую до 400 °С подложку обепечивало как кристаллизацию слоев, так и формирование фазы WS2 на интерфейсах слоев. В результате особенностей импульсной лазерной абляции выбранных мишеней ван-дер-ваальсовая матрица слоев содержала нановключения металлов (ОЦК-Мо и β-W). Исследования трибологических свойств созданных покрытий проведены методом скольжения стального шарика по покрытию при пониженной относительной влажности среды. Коэффициент трения скольжения снижался при увеличении нагрузки на шарик вплоть до ультранизкого значения, равного 0,01. Трибовоздействие вызывало слабое разупорядочение кристаллической структуры слоев и активировало массоперенос в контактной области покрытия. Низкое значение коэффициента трения могло быть обусловлено различием параметров упаковки атомов в базисных плоскостях дихалькогенидов молибдена и вольфрама, накапливающихся в трибопленке и определяющих напряжения сдвига атомных слоев на локальных интерфейсах при скольжении контртела. Металлические наночастицы могли оказывать влияние на трибо-активированное модифицирование наноструктуры и состава покрытия в трибопленке.

Ключевые слова: импульсное лазерное осаждение, дихалькогениды металлов, ван-дер-ваальсовые структуры, гетероструктуры, твердые смазки, коэффициент трения.

DOI: 10.30791/1028-978X-2025-6-5-14
Григорьев Сергей Николаевич — Московский государственный технологический университет “СТАНКИН” (127055 Москва, Вадковский пер., 3а), доктор технических наук, профессор, специалист в области высокотехнологичных методов обработки материалов и нанесения покрытий. E-mail: sgrigor@mail.ru.
Фоминский Дмитрий Вячеславович — Национальный исследовательский ядерный университет “МИФИ” (115409, Москва, Каширское ш., 31), кандидат технических наук, научный сотрудник, специалист в области импульсного лазерного осаждения тонких пленок и наноструктур. E-mail: dmitryfominski@gmail.com.
Неволин Владимир Николаевич — Национальный исследовательский ядерный университет “МИФИ” (115409, Москва, Каширское ш., 31), доктор физико-математических наук, профессор, специалист в области физики тонких пленок и наносистем. E-mail: vnnevolin@mephi.ru.
Волосова Марина Александровна — Московский государственный технологический университет “СТАНКИН” (127055, Москва, Вадковский пер., 3а), доктор технических наук, доцент, специалист в области высокоэффективных методов формирования многофункциональных покрытий и исследования их свойств. Email: m.volosova@stankin.ru.
Фоминский Вячеслав Юрьевич — Национальный исследовательский ядерный университет “МИФИ” (115409, Москва, Каширское ш., 31), доктор физико-математических наук, профессор, главный научный сотрудник, специалист в области физики тонких пленок, наноструктур и пучковых технологий модифицирования поверхности. E-mail: vyfominskij@mephi.ru.
Ссылка на статью:
Григорьев С.Н., Фоминский Д.В., Неволин В.Н., Волосова М.А., Фоминский В.Ю. Многослойные покрытия на основе ван-дер-ваальсовых гетероструктур MoS2/WS2/WSe2 с улучшенными антифрикционными свойствами. Перспективные материалы, 2025, № 6, с. 5 – 14. DOI: 10.30791/1028-978X-2025-6-5-14
Литература содержит 20 ссылок.

См. подробнее о статье на сайте e-library
Перейти
Литература/References
к статье Григорьев С.Н., Фоминский Д.В., Неволин В.Н., Волосова М.А., Фоминский В.Ю. Многослойные покрытия на основе ван-дер-ваальсовых гетероструктур MoS2/WS2/WSe2 с улучшенными антифрикционными свойствами. Перспективные материалы, 2025, № 6, с. 5 – 14. DOI: 10.30791/1028-978X-2025-6-5-14
  1. Gao X., Fu Y., Jiang D., Wang D., Xu S., Liu W., Weng L., Yang J., Sun J., Hu M. Constructing WS2/MoS2 nano-scale multilayer film and understanding its positive response to space environment. Surf. Coat. Technol. 2018, v. 353, pp. 8 − 17. DOI: 10.1016/j.surfcoat.2018.08.072.
  2. Li Y., Zhou Z, He Y. Solid lubrication system and its plasma surface engineering: A review. Lubricants, 2023, v. 11, art. 473. DOI: 10.3390/lubricants11110473.
  3. Prozhega M.V., Reschikov E.O., Konstantinov E.O., Kharkov M.M., Grigoriev F.A. Tribological properties of antifriction molybdenum disulfide coatings under extreme conditions. J. Frict. Wear., 2022, v. 43, no. 6, pp. 423 − 430. DOI: 10.3103/S1068366622060125.
  4. Zhenbin G., Xiaolong J., Wei M., Bin Z., Junyan Z. Hierarchical structure graphitic-like/MoS2 film as superlubricity material. Appl. Surf. Sci., 2017, v. 413, pp. 381 – 386. DOI: 10.1016/j.apsusc.2017.04.057.
  5. Jiang B., Zhao Z., Gong Z., Wang D., Yu G., Zhang J. Superlubricity of metal-metal interface enabled by graphene and MoWS4 nanosheets. Appl. Surf. Sci. 2020, v. 520, art. 146303. DOI: 10.1016/j.apsusc.2020.146303.
  6. Cao H., Momand J., Syari’ati A., Wen F., Rudolf P., Xiao P., De Hosson J., Pei Y. Temperature-adaptive ultralubricity of a WS2/a‑C nanocomposite coating: performance from room temperature up to 500 °C. ACS Appl. Mater. Interfaces, 2021, v. 13, pp. 28843 – 28854. DOI: 10.1021/acsami.1c06061.
  7. Liu W., Wu W., Chhattal M., Zheng Q., Gao X., Ren K., Liu G., Geng Z., Gong Z. Superlubricity of titanium alloy enabled by MoS2 flakes and a-C:H film. Coatings, 2023, v. 13, art. 820. DOI: 10.3390/coatings13050820.
  8. Jia Q., Yang Z., Zhang B., Gao K., Sun L., Zhang J. Macro superlubricity of two-dimensional disulphide/amorphous carbon heterogeneous via tribochemistry. Mater. Today Nano, 2023, v. 21, art. 100286. DOI: 10.1016/j.mtnano.2022.100286.
  9. Tian J., Chen X., Xu J., Yu J., Yu Q., Zhang C., Ma  L., Zhang C. Operando formation of multiphase heterostructure for achieving macroscale superlubricity with ultra-long lifetime under high contact stress. Mater. Today Chem., 2023, v. 28, art. 101363. DOI: 10.1016/j.mtchem.2022.101363.
  10. Gao K., Lai Z., Jia Q., Zhang B., Wei X., Zhang J. Bilayer a-C:H/MoS2 film to realize superlubricity in open atmosphere. Diam. Relat. Mater., 2020, v. 108, art.  107973. DOI: 10.1016/j.diamond.2020.107973.
  11. Романов Р.И., Фоминский Д.В., Неволин  В.Н., Касьяненко В.А., Фоминский В.Ю. Выбор компо­нентов и нано-структурирование тонкопленочных покры­тий WS2/MoS2/a-C для снижения тре­ния скольжения в осложненных условиях. Перспективные материалы, 2022, № 9, с. 64 − 76. DOI: 10.30791/1028-978X-2022-9-64-76. / Romanov R.I., Fominski D.V., Nevolin V.N., Kasianenko V.A., Fominski V.Yu. Component selection and nano-structuring of WS2/MoS2/a-C thin-film coatings for reduction of sliding friction in difficult conditions. Inorg. Mater. Appl. Res., 2023, v. 14, no. 2, pp. 445 – 453. DOI: 10.1134/S2075113323020399.
  12. Yang X., Li R., Wang Y., Zhang J. Tunable, wide-temperature, and macroscale superlubricity enabled by nanoscale Van Der Waals heterojunction-to-homojunction transformation. Adv. Mater., 2023, v. 35, no. 39, art. 2303580. DOI: 10.1002/adma.202303580.
  13. Yu G., Gong Z., Jiang B., Wang D., Bai C., Zhang J. Superlubricity for hydrogenated diamond like carbon induced by thin MoS2 and DLC layer in moist air. Diam. Relat. Mater., 2020, v. 102, art. 107668. DOI: 10.1016/j.diamond.2019.107668.
  14. Li R., Yang X., Ma M., Zhang J. Hydrogen-enhanced catalytic conversion of amorphous carbon to graphene for achieving superlubricity. Small, 2023, v. 19, no. 10, art. 2206580. DOI: 10.1002/smll.202206580.
  15. Tian J, Jin J., Zhang C., Xu J., Qi W., Yu Q., Deng  W., Wang Y., Li X., Chen X., Ma L. Shear-induced interfacial reconfiguration governing superlubricity of MoS2-Ag film enabled by diamond-like carbon. Appl. Surf. Sci., 2022, v. 578, art. 152068. DOI: 10.1016/j.apsusc.2021.152068.
  16. Berman D., Narayanan B., Cherukara M.J., Sankaranarayanan S. K.R.S., Erdemir A., Zinovev A., Sumant A.V. Operando tribochemical formation of onion-likecarbon leads to macroscale superlubricity. Nat. Commun., 2018, v. 9, art. 1164. DOI: 10.1038/s41467-018-03549-6.
  17. Fominski V., Demin M., Fominski D., Romanov R., Goikhman A., Maksimova K. Comparative study of the structure, composition, and electrocatalytic performance of hydrogen evolution in MoSx~2+δ/Mo and MoSx~3+δ films obtained by pulsed laser deposition. Nanomaterials, 2020, v. 10, no. 2, art. 201. DOI:10.3390/nano10020201.
  18. Fominski V.Y., Grigoriev S.N., Romanov R.I., Zuev  V.V., Grigoriev V.V. Properties of tungsten oxide thin films formed by ion–plasma and laser deposition methods for MOSiC-based hydrogen sensors. Semiconductors, 2012, v. 46, no. 3, pp. 401 − 409. DOI: 10.1134/S1063782612030098.
  19. Fominski V.Yu., Grigoriev S.N., Gnedovets A.G., Romanov R.I. On the mechanism of encapsulated particle formation during pulsed laser deposition of WSex thin-film coatings. Technical Phys. Lett., 2013, v. 39, no. 3, pp. 312 – 315. DOI: 10.1134/S1063785013030206.
  20. Fominskii V.Yu., Grigor’ev S.N., Romanov R.I., Nevolin V.N. Effect of the pulsed laser deposition conditions on the tribological properties of thin-film nanostructured coatings based on molybdenum diselenide and carbon. Technical Phys., 2012, v. 57, no. 4, pp. 516 – 523. DOI: 10.1134/S1063784212040081.
ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Термоэлектрические микромодули для малых тепловых потоков

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

Рассчитаны параметры микромодулей для термоэлектрических генераторов, используемых при малых тепловых потоках. Для ветвей микромодулей рассмотрены собственные разработки мелкокристаллических материалов на основе твердого раствора Sb2Te3–Bi2Te3 р-типа проводимости и твердого раствора Bi2Te3–Bi2Se3 n-типа проводимости, полученных горячим прессованием и экструзией порошков, приготовленных измельчением слитка и методами быстрой кристаллизации расплава: спиннингованием расплава и кристаллизацией расплава в жидкости. Проведены расчеты зависимости мощности микромодулей от перепада температур, термоэлектрических свойств (коэффициента Зеебека, удельной электропроводности и теплопроводности) материалов p- и n-ветвей, их количества, сечения и высоты при температуре холодного спая 17 °С. Установлено, что генерируемая мощность модуля прямо пропорциональна площади поперечного сечения и обратно пропорциональна высоте ветвей модуля.

Ключевые слова: термоэлектрические генераторы, халькогениды висмута и сурьмы, энергетические характеристики микромодулей.

DOI: 10.30791/1028-978X-2025-6-15-23
Небольсин Валерий Александрович — ФГБОУ ВО Воронежский государственный технический университет (394006, ВорНикулин 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.
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.
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 материаловедения 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.
Ссылка на статью:
Никулин Д.С., Иванова Л.Д., Нихезина И.Ю., Мальчев А.Г. Термоэлектрические микромодули для малых тепловых потоков. Перспективные материалы, 2025, № 6, с. 15 – 23. DOI: 10.30791/1028-978X-2025-6-15-23
Литература содержит 15 ссылок.

См. подробнее о статье на сайте e-library
Перейти
Литература/References
к статье Никулин Д.С., Иванова Л.Д., Нихезина И.Ю., Мальчев А.Г. Термоэлектрические микромодули для малых тепловых потоков. Перспективные материалы, 2025, № 6, с. 15 – 23. DOI: 10.30791/1028-978X-2025-6-15-23
  1. Nozariasbmarz A., Collins H., Dsouza K., Polash M.H., Hosseini M., Hyland M., Liu J., Malhotra A., Ortiz F.M., Mohaddes F., Ramesh V. P., Sargolzaeiaval Y., Snouwaert N., Özturk M. C., Vashaee D. Review of wearable thermoelectric energy harvesting: from body temperature to electronic systems. Appl. Energy, 2020, v. 258, art. 114069. https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2019.114069
  2. Jia Y., Jiang Q., Sun H., Liu P., Hu D., Pei Y., Liu W., Crispin X., Fabiano S., Ma Y., Cao Y. Wearable thermoelectric materials and devices for self-powered electronic systems. Adv. Materials, 2021, v. 33, art. e2102990. https://doi.org/10.1002/adma.202102990
  3. Soleimani Z., Zoras S., Ceranic B., Cui Y., Shahzad S. A comprehensive review on the output voltage/power of wearable thermoelectric generators concerning their geometry and thermoelectric materials. Nano Energy, 2021, v. 89 (part 2), art. 106325. https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2021.106325
  4. Shucheng Bao, Wei Zhu, Yuedong Yu, Lixing Liang. Stegosaurus-inspired wearable thermoelectric generator with cooling-enhanced electrodes for human body heat harvest. SSRN Electronic Journal, 2022, art. 4156333. https://doi.org/10.2139/ssrn.4156333
  5. Sijing Zhu, Zheng Fan, Baoquan Feng, Runze Shi. Review on wearable thermoelectric generators: from devices to applications. Energies, 2022, v. 15, no. 9, art. 3375. https://doi.org/10.3390/en15093375
  6. Sijing Zhu, Lei Miao, Ying Peng, Yanzhong Pei. Persistently self-powered wearable thermoelectric generator enabled by phase-change inorganics as the heat sink. Materials Today Physics, 2023, v. 32, art. 101011. https://doi.org/10.1016/j.mtphys.2023.101011
  7. Suarez F., Nozariasbmarz A., Vashae D., Ozturk M.C. Designing thermoelectric generators for self-powered wearable electronics. Energy & Environmental Science, 2016, v. 9, no. 6, pp. 2099 – 2113. https://doi.org/10.1039/C6EE00456C
  8. 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, № 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
  9. Стешенко А.К., Дударев В.А. Информационная под­держка параметров термоэлектрических охлади­телей. Тонкие химические технологии, 2017, т. 12, № 3, с. 95 – 100. https://doi.org/10.32362/2410-6593-2017-12-3-95-100 / Steshenko A.К., Dudarev V.A. Informacionnaya podderzhka parametrov termoelektricheskih ohladitelej [Development of an information system for calculating parameters of thermoelectric coolers]. Tonkie himicheskie tehnologii [Fine Chemical Technologies], 2017, v. 12, no. 3, pp. 95 – 100. (In Russ.).
  10. Марченко О.В., Кашин А.П., Лозбин В.И., Максимов М.З. Методы расчета термоэлектри­ческих генера­торов. Москва, Наука, 1995, 222 с. / Marchenko O.V., Kashin A.P., Lozbin V.I., Maksimov M.Z. Metody rascheta termoelektricheskih generatorov [Calculation methods for thermoelectric generators]. Moscow, Nauka Publ., 1995, 222 p. (In Russ.).
  11. Никулин Д.С., Иванова Л.Д., Гранаткина Ю.В., Петрова Л.И., Нихезина И.Ю., Мальчев А.Г. Термоэлектрические и механические свойства твердого раствора Bi0,5Sb1,5Te3, полученного кристаллизацией расплава в жидкости. Физика и техника полупроводников, 2017, т. 51, № 7, с. 955 – 958. https://doi.org/10.21883/FTP.2017.07.44652.38 / Nikulin D.S., Ivanova L.D., Granatkina Yu.V., Petrova L.I., Nihezina I.Yu., Mal’chev A.G. Thermoelectric and mechanical properties of Bi0,5Sb1,5Te3 solid solution prepared by melt solidification in liquid. Semiconductors, 2017, v. 51, no. 7, pp. 916 – 919, https://doi.org/10.1134/S1063782617070284
  12. Иванова Л.Д., Гранаткина Ю.В., Мальчев А.Г., Нихезина И.Ю., Емельянов М.В., Никулин Д.С. Твердые растворы халькогенидов висмута, леги­ро­ванные гексабромбензолом, полученные кристал­лизацией расплава в жидкости. Неорганические материалы, 2019, т. 55, № 5, с. 469 – 474. https://doi.org/10.1134/ S0002337X 19050075 / Ivanova L.D., Granatkina Yu.V., Mal’chev A.G., Nihezina I.Yu., Emel’yanov M.V., Nikulin D.S. Hexabromobenzene-doped bismuth chalcogenides solid solutions prepared through melt solidification in a liquid. Inorganic Materials, 2019, v. 55, no. 5, pp. 432 – 436. https://doi.org/10.1134/S0020168519050078
  13. Иванова Л.Д., Петрова Л.И., Гранаткина Ю.В., Леонтьев В.Г., Иванов А.С., Варламов С.А., Прилепо Ю.П., Сычев А.М., Чуйко А.Г., Башков И.В. Термоэлектрические и механические свойства твердого раствора Bi0,5Sb1,5Te, полученного спиннингованием расплава. Неорганические материалы, 2013, т. 49, № 2, с. 110 – 117. https://doi.org/10.7868/S0002337X13020103 / Ivanova L.D., Petrova L.I., Granatkina Yu.V., Leontyev V.G., Ivanov A.S., Varlamov S.A., Prilepo Y.P., Sychev A.M., Chuiko A.G., Bachkov I.V. Thermoelectric and mechanical properties of the Bi0,5Sb1,5Te3 solid solutions prepared by melt spinning. Inorganic Materials, 2013, v. 49, no. 2, pp. 120 – 126. https://doi.org/10.1134/S0020168513020106
  14. Иванова Л.Д., Гранаткина Ю.В., Мальчев А.Г., Нихезина И.Ю., Залдастанишвили М.И., Криворучко С.П., Дьяконов О.Н., Карима Р.А. Наноматериалы на основе халькогенидов висмута и сурьмы, полученные различными методами. В сборнике “Перспективные технологии и материалы”, Севастополь: Севастопольский гос. университет, 2022, c. 14 – 17. / Ivanova L.D., Granatkina Yu.V., Mal’chev A.G., Nihezina I.Yu., Zaldastanishvili M.I., Krivoruchko S.P., D’yakonov O.N., Karima R.A. Nanomaterialy na osnove hal’kogenidov vismuta i sur’my, poluchennye razlichnymi metodami [Nanomaterials of bismuth and antimony chalcogenides obtained by various methods]. Sbornik “Perspektivnye tehnologii i materialy” [In book “Advanced technologies and materials”]. Sevastopol, Sevastopol State University Publ., 2022, pp. 14 – 17. (In Russ.).
  15. Иванова Л.Д., Петрова Л.И., Гранаткина Ю.В., Земсков В.С., Соколов О.Б., Скипидаров С.Я., Дуванков Н.И. Экструдированные материалы для термоэлектрических охладителей. Неорганические материалы, 2008, т. 44, № 7, с. 789 – 793. / Ivanova L.D., Petrova L.I., Granatkina Yu.V., Zemskov V.S., Sokolov O.B., Skipidarov S.Ya., Duvankov N.I. Extruded materials for thermoelectric coolers. Inorganic Materials, 2008, v. 44, no. 7, pp. 687 – 691. https://doi.org/10.1134/S0020168508070030
ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Температурные зависимости теплофизических свойств диэлектрических полимерных композиционных материалов на основе гексагонального нитрида бора и фенолформальдегидной смолы

Е. А. Данилов, Н. С. Романов, Е. М. Гурова, В. М. Самойлов

Рассмотрены температурные зависимости (в широком диапазоне температур — от 25 до 200 °С) теплопроводности, теплоёмкости, температуропроводности и коэффициента линейного термического расширения полимерных композиционных материалов на основе фенолформальдегидной смолы и гексагонального нитрида бора. Измерены основные диэлектрические характеристики: диэлектрическая проницаемость и тангенс угла диэлектрических потерь. Содержание наполнителя варьировали в пределах от 5 до 85 об. %. Температуропроводность при максимальном содержании наполнителя составила 3,4 мм2/с при 25 °С (повышение на ≈ 2300 % по сравнению с чистым полимером), теплопроводность — до 7,5 и 16,4 Вт/(м·К) в двух взаимно перпендикулярных направлениях, причем значение оставалось стабильным до 200 °С. Вычислены константы модели Агари-Уно, описывающие данную систему, включая эффективные значения теплопроводности наполнителя. Сделаны выводы о предпочтительном соотношении компонентов для получения материала с оптимальными тепло-, электрофизическими и термомеханическими свойствами для использования в качестве теплорассеивающего объемного материала для эффективного управления тепловыми режимами, в том числе в электронной технике.

Ключевые слова: полимерные композиционные материалы, теплопроводность, теплоёмкость, гексагональный нитрид бора, фенолформальдегидная смола, температуропроводность, теплорассеивающие материалы, термоинтерфейсы.

DOI: 10.30791/1028-978X-2025-6-24-37
Данилов Егор Андреевич — АО Научно-исследовательский институт конструкционных материалов на основе графита “НИИграфит” (111524, Москва, ул. Электродная, 2), кандидат химических наук, начальник управления функциональных материалов, специалист в области физикохимии и технологий получения композиционных материалов и наноматериалов. e-mail: danilovegor1@gmail.com.
Романов Никита Сергеевич — АО Научно-исследовательский институт конструкционных материалов на основе графита “НИИграфит” (111524, Москва, ул. Электродная, 2), младший научный сотрудник; Российский Химико-Технологический Университет им. Д.И. Менделеева (125047 Москва, Миусская пл., 9), аспирант, специалист в области химической технологии композиционных материалов и методов исследования тепло- и электрофизических свойств. E-mail: 533west484@gmail.com.
Гурова Екатерина Михайловна — АО Научно-исследовательский институт конструкционных материалов на основе графита “НИИграфит” (111524, Москва, ул. Электродная, 2), младший научный сотрудник, специалист в области технологии композиционных материалов и методов исследования тепло- и электрофизических свойств. E-mail: km.gurova@gmail.com.
Самойлов Владимир Маркович — АО Научно-исследовательский институт конструкционных материалов на основе графита “НИИграфит” (111524, Москва, ул. Электродная, 2), доктор технических наук, главный научный сотрудник, специалист в области химической технологии углеродных и композиционных материалов. E-mail: vsamoylov54grafit@yandex.ru.
Ссылка на статью:
Данилов Е.А., Романов Н.С., Гурова Е.М., Самойлов В.М. Температурные зависимости теплофизических свойств диэлектрических полимерных композиционных материалов на основе гексагонального нитрида бора и фенолформальдегидной смолы. Перспективные материалы, 2025, № 6, с. 24 – 37. DOI: 10.30791/1028-978X-2025-6-24-37
Литература содержит 55 ссылок.

См. подробнее о статье на сайте e-library
Перейти
Литература/References
к статье Данилов Е.А., Романов Н.С., Гурова Е.М., Самойлов В.М. Температурные зависимости теплофизических свойств диэлектрических полимерных композиционных материалов на основе гексагонального нитрида бора и фенолформальдегидной смолы. Перспективные материалы, 2025, № 6, с. 24 – 37. DOI: 10.30791/1028-978X-2025-6-24-37
  1. Zhang H., Shi T., Ma A. Recent advances in design and preparation of polymer-based thermal management material. Polymers, 2021, v. 13, no. 16, 25 p.
  2. Yenier Z., Aker S., Seki Y. et al. Improving thermal conductivity of polybutylene terephthalate composites with hybrid synthetic graphite and carbon fiber. Journal of Thermoplastic Composite Materials, 2023, v. 36, no.  2, pp. 595 − 614.
  3. Zhou W., Wang Y., Kong F. et al. Advances in liquid crystal epoxy: molecular structures, thermal conductivity, and promising applications in thermal management. Energy & Environmental Materials, 2024, v. 7, no. 4, art. e12698.29.
  4. Zhang Y., Ma J., Wei N. et al. Recent progress in the development of thermal interface materials: a review. Physical Chemistry Chemical Physics, 2021, v. 23, no.  2, pp. 753 − 776.
  5. Gulia V., Sur A. A comprehensive review on microchannel heat exchangers, heat sink, and polymer heat exchangers: current state of the art. Frontiers in Heat and Mass Transfer, 2022, v. 18, no. 40, pp. 1 − 10.
  6. Xu Y., Wang X., Hao Q. A mini review on thermally conductive polymers and polymer-based composites. Composites Communications, 2021, v. 24, no. 1, art.100617.
  7. Kim H.S., Jang J., Lee H. et al. Thermal management in polymer composites: a review of physical and structural parameters. Advanced Engineering Materials, 2018, v. 20, no. 10, pp. 1 − 12.
  8. Ma H., Gao B., Wang M. et al. Strategies for enhancing thermal conductivity of polymer-based thermal interface materials: A review. Journal of Materials Science, 2021, v. 56, pp. 1064 − 1086.
  9. Moore A.L., Shi L. Emerging challenges and materials for thermal management of electronics. Materials Today, 2014, v. 17, no. 4, pp. 163 − 174.
  10. Zhang F., Feng Y., Feng W. Three-dimensional interconnected networks for thermally conductive polymer composites: Design, preparation, properties, and mechanisms. Materials Science and Engineering: R Reports, 2020, v. 142, art. 100580.
  11. Bahru R., Zamri M.F.M.A., Shamsuddin A.H. et al. A review of thermal interface material fabrication method toward enhancing heat dissipation. International Journal of Energy Research, 2021, v. 45, no. 3, pp. 3548 − 3568.
  12. Spinelli G., Guarini R., Kotsilkova R. et al. Experimental and simulation studies of temperature effect on thermophysical properties of graphene-based polylactic acid. Materials, 2022, v. 15, no. 3, art. 986.
  13. Marchetto D.B., Moreira D.C., Ribatski G. A review on polymer heat sinks for electronic cooling applications. Proceedings of the 17th Brazilian Congress of Thermal Sciences and Engineering (ABCM, Águas de Lindóia, SP, Brazil, 25–28 November 2018), 2018, pp. 25 − 28.
  14. Samoylov V.M., Danilov E.A., Galimov E.R., Fedyaev V.L., Galimova N.Y., Orlov M.A. Production of thermally conductive carbon foams and their application in automobile transport. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 2017, v.  240, art. 012062.
  15. Galimov E.R., Sharafutdinova E.E., Galimova  N.Y., Murataev F.I., Samoylov V.M., Danilov E.A. Technologies for producing heat-conducting carbon foams by method of pitches carbonization under pressure. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 2019, v. 570, no. 1, art. 012022.
  16. Galimov E.R., Fedyaev V.L., Galimova N.Ya., Samoylov V.M., Danilov E.A., Timoshchuk E.I., Ponomareva D.V., Nakhodnova A.V., Orlov M.A. Production and investigation of physical-mechanical properties of syntactic carbon foams. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 2018, v.  412, no. 1, art. 012019.
  17. Kulan M.C., Sahin S., Baker N.J. An overview of modern thermo-conductive materials for heat extraction in electrical machines. Ieee Access, 2020, v. 8, pp.  212114 − 212129.
  18. Li J., Zhao X., Wu W. Advanced flexible rGO-BN natural rubber films with high thermal conductivity for improved thermal management capability. Carbon, 2020, v. 162, pp. 46 − 55.
  19. Guzej M., Zachar M., Kominek J. et al. Importance of melt flow direction during injection molding on polymer heat sinks’ cooling efficiency. Polymers, 2021, v. 13, no. 8, art. 1186.
  20. Irshad H.M., Hakeem A.S., Raza K. et al. Design, development and evaluation of thermal properties of polysulphone–CNT/GNP nanocomposites. Nanomaterials, 2021, v. 11, no. 8, art. 2080.
  21. Kominek J., Zachar M., Guzej M. et al. Influence of ambient temperature on radiative and convective heat dissipation ratio in polymer heat sinks. Polymers, 2021, v. 13, no. 14, art. 2286.
  22. Yuan Z., Ma H., Hussien M.A., Feng Y. Development and challenges of thermal interface materials: a review. Macromolecular Materials and Engineering, 2021, v.  306, no. 11, art. 2100428.
  23. Do N.B.D., Imenes K., Aasmundtveit K.E. et al. Thermal conductivity and mechanical properties of polymer composites with hexagonal boron nitride—A comparison of three processing methods: Injection moulding, powder bed fusion and casting. Polymers, 2023, v. 15, no. 6, art. 1552.
  24. Huang Y.F., Wang Z.G., Yu W.C. et al. Achieving high thermal conductivity and mechanical reinforcement in ultrahigh molecular weight polyethylene bulk material. Polymer, 2019, v. 180, art. 121760.
  25. Shen S., Henry A., Tong J. et al. Polyethylene nanofibres with very high thermal conductivities. Nature nanotechnology, 2010, v. 5, no. 4, pp. 251 − 255.
  26. Rivière L., Caussé N., Lonjon A. et al. Specific heat capacity and thermal conductivity of PEEK/Ag nanoparticles composites determined by modulated-temperature differential scanning calorimetry. Polymer Degradation and Stability, 2016, v. 127, pp. 98 − 104.
  27. Shi S., Wang Y., Jiang T. et al. Carbon fiber/phenolic composites with high thermal conductivity reinforced by a three-dimensional carbon fiber felt network structure. ACS omega, 2022, v. 7, no. 33, pp. 29433 − 29442.
  28. Данилов Е.А., Хачатурян А.А., Гурова Е.М., Шишанов  М.В. Теплоемкость и температур­ная стойкость высоконаполненных композицион­ных материалов природный графит – фенолформаль­дегидная смола. Известия вузов. Физика, 2024, т. 67, № 5 (798), c. 59 – 67. / Danilov E.A., Hachaturyan A.A., Gurova E.M., Shishanov M.V. Teploemkost’ i temperaturnaya stojkost’ vysokonapolnennyh kompozicionnyh materialov prirodnyj grafit – fenolformal’degidnaya smola [Specific heat capacity and temperature stability of highly-filled composite materials natural graphite/phenolic resin]. Izvestiya vuzov. Fizika [Proceedings of universities. Physics], 2024, v. 67, no. 5 (798), pp. 59 − 67. (In Russ.).
  29. Хачатурян А.А., Данилов Е.А., Шахназарова А.Б., Самойлов В.М. Получение композиций “природный графит – фенолформальдегидная смола” с высокой тепло- и электропроводностью. Перспективные материалы, 2024, № 7, c. 60 – 71. / Khachaturyan A.A., Danilov E.A., Shakhnazarova A.B., Samoilov V.M. Preparation of Natural Graphite-Phenolic Resin Composites with High Thermal and Electrical Conductivity. Inorganic Materials: Applied Research, 2025, v. 16, no. 2, pp. 407 – 416.
  30. Guerra V., Wan C., McNally T. Thermal conductivity of 2D nano-structured boron nitride (BN) and its composites with polymers. Progress in Materials Science, 2019, v. 100, pp. 170 – 186.
  31. Bagatella S., Cereti A., Manarini F., Cavallaro M. et al. Thermally conductive and electrically insulating polymer-based composites heat sinks fabricated by fusion deposition modeling. Polymers, 2024, v. 16, no. 3, art. 432.
  32. Huang T., Li Y., Chen M., Wu L. Bi-directional high thermal conductive epoxy composites with radially aligned boron nitride nanosheets lamellae. Composites Science and Technology, 2020, v. 198, art. 108322.
  33. Han J., Du G., Gao W., Bai H. An anisotropically high thermal conductive boron nitride/epoxy composite based on nacre‐mimetic 3D network. Advanced Functional Materials, 2019, v. 29, no. 13, art. 1900412.
  34. Hansson J., Nilsson T.M.J., Ye L., Liu J. Novel nanostructured thermal interface materials: a review. International Materials Reviews, 2018, v. 63, no. 1, pp. 22 – 45.
  35. Guo Y., Ruan K., Shi X., Yang X., Gu J. Factors affecting thermal conductivities of the polymers and polymer composites: A review. Composites Science and Technology, 2020, v. 193, art. 108134.
  36. Hamidinejad M., Zandieh A., Lee J.H. et al. Insight into the directional thermal transport of hexagonal boron nitride composites. ACS applied materials & interfaces, 2019, v. 11, no. 44, pp. 41726 – 41735.
  37. Feng C.P., Yang L.Y., Yang J., Bai L. et al. Recent advances in polymer-based thermal interface materials for thermal management: A mini-review. Composites Communications, 2020, v. 22, art. 100528.
  38. Zhu Z., Wang P., Lv P., Xu T. et al. Densely packed polymer/boron nitride composite for superior anisotropic thermal conductivity. Polymer Composites, 2018, v. 39, no. 3, pp. 1653 – 1658.
  39. Bian C., Yan N., Zhu G.W., Qu H.J. et al. Interfacial interaction mechanism of graphene/phenolic resin composites: A molecular dynamics study. Journal of Physics: Conference Series, 2021, v. 1765, no. 1, art. 012005.
  40. Li S., Liu N., Fang C. Comparative study on effect of nitrides on thermal conductivity of reinforced linear phenolic resin composite. Packaging engineering, 2020, v. 41, no. 5, pp. 137 – 142.
  41. Danilov E.A., Samoilov V.M., Kaplan I.M. et al. Excellent thermal and dielectric properties of hexagonal boron nitride/phenolic resin bulk composite material for heatsink applications. Journal of Composites Science, 2023, v. 7, no. 7, art. 291.
  42. Самойлов В.М., Данилов Е.А., Каплан И.М., Лебедева М.В., Яштулов Н.А. Теплопроводность полимерного композиционного материала на основе фенолформальдегидной смолы и нитрида бора. Известия вузов. Физика, 2022, т. 65, № 1 (770), c. 72 – 81. / Samoilov V.M., Danilov E.A., Kaplan I.M., Lebedeva M.V., Yashtulov N.A. Thermal conductivity of polymer composite material based on phenol-formaldehyde resin and boron nitride. Russian Physics Journal, 2022, v. 65, no 1, pp. 80 – 90.
  43. Wang Z., Meng G., Wang L., Tian L. et al. Simultaneously enhanced dielectric properties and through-plane thermal conductivity of epoxy composites with alumina and boron nitride nanosheets. Scientific Reports, 2021, v. 11, no. 1, art. 2495.
  44. Singha S., Thomas M. J. Permittivity and tan delta characteristics of epoxy nanocomposites in the frequency range of 1 MHz-1 GHz. IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation, 2008, v. 15, no. 1, pp. 2-11.
  45. Tajima K., Taguchi H., Jeong C.Y. et al. Evaluation of thermophysical properties and structure of heat dissipation sheets as thermal interface materials. AIP Advances, 2022, v. 12, no. 10, art. 105113.
  46. Шойерманн У., Колпаков А. Раздвигая границы. Легко ли поднять рабочую температуру силовых модулей до + 200 °С? Силовая электроника, 2014, т. 3, № 48, с. 20 − 24. / Shojermann U., Kolpakov A. Razdvigaya granicy. Legko li podnyat’ rabochuyu temperaturu silovyh modulej do+ 200 °C? [Pushing the boundaries. Is it easy to raise the operating temperature of the power modules to + 200 °C?]. Silovaya elektronika [Power electronics], 2014, v. 3, no. 48, pp. 20 − 24. (In Russ.).
  47. McLachlan D.S., Sauti G. The AC and DC conductivity of nanocomposites. Journal of Nanomaterials, 2007, v. 2007, no. 1, art. 30389.
  48. Самойлов В.М., Данилов Е.А., Николаева А.В., Пономарева Д.В., Породзинский И.А., Разяпов Э.Р., Шаронов И.А., Яштулов Н.А. Проводимость корунд-углеродного резистивного материала на основе искусственного графита и графена. Неорганические материалы, 2018, т. 54, № 6, c. 633 – 641. / Samoilov V.M., Danilov E.A., Nikolaeva A.V., Ponomareva D.V., Porodzinskii I.A., Razyapov E.R., Sharonov I.A., Yashtulov N.A. Electrical Conductivity of a Carbon Reinforced Alumina Resistive Composite Material Based on Synthetic Graphite and Graphene. Inorganic Materials, 2018, v. 54, no. 6, pp. 601 – 609.
  49. Singh S.K., Neek-Amal M., Costamagna S. et al. Thermomechanical properties of a single hexagonal boron nitride sheet. Condensed Matter and Materials Physics, 2013, v. 87, no. 18, art. 184106.
  50. Tohei T., Kuwabara A., Oba F. et al. Debye temperature and stiffness of carbon and boron nitride polymorphs from first principles calculations. Physical Review B, 2006, v. 73, no. 6, art. 064304.
  51. Mottram J. T., Geary B., Taylor R. Thermal expansion of phenolic resin and phenolic-fibre composites. Journal of Materials Science, 1992, v. 27, pp. 5015 − 5026.
  52. Claucherty S., Sakaue H. Phenol-formaldehyde resin for optical-chemical temperature sensing. Sensors, 2018, v. 18, no. 6, art. 1756.
  53. Agari Y., Uno T. Estimation on thermal conductivities of filled polymers. Journal of Applied Polymer Science, 1986, v. 32, no. 7, pp. 5705 − 5712.
  54. Sichel E.K., Miller R.E., Abrahams M.S. et al. Heat capacity and thermal conductivity of hexagonal pyrolytic boron nitride. Physical review B, 1976, v. 13, no. 10, art. 4607.
  55. Prokhorov D.A., Zuev, S.M. On the analysis of physical properties of thermointerfaces based on hexagonal boron nitride nanostructures for cooling the electronic component base of micro-and nano electronics. Journal of Electrical Electronics Engineering, 2023, v. 2, no. 4, pp. 439 − 448.
ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Композиционные пористые материалы из поливинилпирролидона и альгината натрия и двойного (марганец и стронций)-замещенного трикальцийфосфата для медицины

И. В. Фадеева, А. Б. Михайлова, Г. А. Давыдова, Л. И. Ахметов,
О. С. Антонова, К. К. Чуракова, И. И. Селезнева

Разработаны пористые композиционные материалы с матрицей из смеси полимеров поливинилпирролидона (ПВП) и альгината натрия (АЛГ), в которой распределены керамические частицы двойного (марганец- и стронций)-замещенного трикальцийфосфата (ТКФ). Методом рентгенофазового анализа (РФА) показано, что основной кристаллической фазой (марганец- и стронций)-замещенного ТКФ является витлокит. В результате in vitro исследования выявлено, что все исследованные материалы не адгезивны для клеток и не оказывают на них цитотоксического или угнетающего действия. Пористые композиционные материалы с высокой скоростью биорезорбции керамических частиц и высоким потенциалом антибактериальной активности и остеоиндуктивных свойств за счет диффузии ионов и изменения свойств поверхностного слоя, могут быть использованы в реконструктивно-восстановительной хирургии для восстановления функции костных тканей.

Ключевые слова: минерал-полимерные материалы; раневые повязки; альгинат натрия, трикальцийфосфат.

DOI: 10.30791/1028-978X-2025-6-38-45
Фадеева Инна Вилоровна — Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН (119334, Москва, Ленинский проспект, 49), ведущий научный сотрудник, кандидат химических наук, специалист в области неорганической химии и медицинского материаловедения. E-mail: fadeeva_inna@mail.ru.
Михайлова Александра Борисовна — Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН (119334, Москва, Ленинский проспект, 49), научный сотрудник, кандидат технических наук, специалист в области рентгенофазового анализа. E-mail: sasham1@mail.ru.
Давыдова Галина Анатольевна — Институт теоретической и экспериментальной биофизики Российской академии наук (142290, Пущино Московской обл., ул. Институтская, 3), старший научный сотрудник, специалист в области роста клеточных культур. E-mail: davidova_g@mail.ru.
Ахметов Ленар Имаметдинович — Институт биохимии и физиологии микроорганизмов им. Г.К. Скрябина РАН (142290, Пущино Московской обл., ул. Институтская, 7), научный сотрудник, специалист в области биотехнологии. E-mail: lenarakhmetov@yandex.ru.
Антонова Ольга Станиславовна — Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН (119334, Москва, Ленинский проспект, 49), младший научный сотрудник, специалист в области электронной микроскопии. E-mail: osantonova@yandex.ru.
Чуракова Кристина Константиновна — МГУ им. М.В. Ломоносова, факультет наук о материалах (119991, Россия, Москва, Ленинские Горы, 1), студент, специалист в области медицинского материаловедения; E-mail: comelkar@gmail.com.
Селезнева Ирина Ивановна — Институт теоретической и экспериментальной биофизики РАН (142290, Пущино Московской обл., ул. Институтская, 3), зав. лабораторией роста клеток и тканей, специалист в области роста клеточных культур, E-mail: selezneva_i@mail.ru.
Ссылка на статью:
Фадеева И.В., Михайлова А.Б., Давыдова Г.А., Ахметов Л.И., Антонова О.С., Чуракова К.К., Селезнева И.И. Композиционные пористые материалы из поливинилпирролидона и альгината натрия и двойного (марганец и стронций)-замещенного трикальцийфосфата для медицины. Перспективные материалы, 2025, № 6, с. 38 – 45. DOI: 10.30791/1028-978X-2025-6-38-45
Литература содержит 20 ссылок.

См. подробнее о статье на сайте e-library
Перейти
Литература/References
к статье Фадеева И.В., Михайлова А.Б., Давыдова Г.А., Ахметов Л.И., Антонова О.С., Чуракова К.К., Селезнева И.И. Композиционные пористые материалы из поливинилпирролидона и альгината натрия и двойного (марганец и стронций)-замещенного трикальцийфосфата для медицины. Перспективные материалы, 2025, № 6, с. 38 – 45. DOI: 10.30791/1028-978X-2025-6-38-45
  1. Кубарев О.Л., Баринов С.М., Фадеева И.В., Комлев В.С. Пористые керамические гранулы на основе гидроксиапатита и трикальцийфосфата для клеточных технологий реконструкции костных тканей. Перспективные материалы, 2005, № 2, с. 34 − 38. / Kubarev O.L., Barinov S.M., Fadeeva I.V., Komlev V.S. Poristye keramicheskie granuly na osnove gidroksiapatita i trikal’cijfosfata dlya kletochnyh tekhnologij rekonstrukcii kostnyh tkanej [Porous ceramic granules based on hydroxyapatite and tricalcium phosphate for cellular technologies of bone tissue reconstruction]. Perspektivnye Materialy [Advanced Materials], 2005, no. 2, рp. 34 − 38. (In Russ.).
  2. Баринов С.М. Тенденции в разработке керамических и композиционных материалов на основе фосфатов кальция для медицины: переход на наноуровень. Российский химический журнал, 2009, т. 53, № 2, с. 123 − 130. / Barinov S.M. Tendencii v razrabotke keramicheskih i kompozicionnyh materialov na osnove fosfatov kal’ciya dlya mediciny: perekhod na nanouroven’ [Trends in the development of ceramic and composite materials based on calcium phosphates for medicine: the transition to the nano level]. Rossijskij himicheskij zhurnal [Russian Chemical Journal], 2009, v. 53, no. 2, pp. 123 − 130. (In Russ.).
  3. Sheikh Z., Abdallah M.N., Hanafi A.A., Misbahuddin S. et al. Mechanisms of in vivo degradation and resorption of calcium phosphate based biomaterials. Materials, 2015, v. 8, no. 11, pp. 7913 − 7925.
  4. Davison N.L., Luo X., Schoenmaker T., Everts  V., Yuan  H., Barrère-de Groot F., de Bruijn J.D. Submicron-scale surface architecture of tricalcium phosphate directs osteogenesis in vitro and in vivo. European cells & materials, v. 27, 281 − 297.
  5. Arul K.T., Manikandan E., Ladchumananandasivam  R. Polymer-based calcium phosphate scaffolds for tissue engineering applications. Nanoarchitectonics in Biomedicine. William Andrew Publishing, 2019, pp. 585 − 618.
  6. Каралкин П.А., Сергеева Н.С., Свиридова  И.К., Кирсанова В.А. и др. Гибридные конструкции трикальцийфосфат/гидрогель, предназначенные для регенерации костной ткани и функционали­зированные противоопухолевым препаратом. Перспективные материалы, 2020, № 4, с. 44 − 57. / Karalkin P.A., Sergeyeva N.S., Sviridova I.K., Kirsanova V.A. et al. Hybrid tricalcium phosphate/hydrogel constructs designed for bone tissue regeneration and functionalized with an antitumor drug. Perspektivnye Materialy [Advanced Materials], 2020, no. 4, pp. 44 − 57. (In Russ.).
  7. Ignatius A.A., Ohnmacht M., Claes L.E., Kreidler  J., et al. A composite polymer/tricalcium phosphate membrane for guided bone regeneration in maxillofacial surgery. Journal of Biomedical Materials Research: An Official Journal of the Society for Biomaterials, the Japanese Society for Biomaterials, and the Australian Society for Biomaterials and the Korean Society for Biomaterials, 2001, v. 58, no. 5, pp. 564 − 569.
  8. ГОСТ Р 52770—2023. Изделия медицинские. Система оценки биологического действия. Общие требования безопасности. Москва, Российский институт стандартизации, 2024. / GOST R 52770—2023. Izdeliya medicinskie. Sistema ocenki biologicheskogo dejstviya. Obshchie trebovaniya bezopasnosti [Medical devices. Biological action assessment system. General safety requirements]. Moscow, Russian Institute of Standardization, 2024. (In Russ.).
  9. Roy N., Saha N., Kitano T., Saha P.J. Novel hydrogels of PVP–CMC and their swelling effect on viscoelastic properties. Appl. Polym. Sci., 2010, v. 117, pp. 1703 – 1710.
  10. Wang M., Xu L., Hu H., Zhai M., Peng J., et al. Radiation synthesis of PVP/CMC hydrogels as wound dressing. Nuclear Instruments & Methods in Physics Research Section B-beam Interactions With Materials and Atoms, 2007, v. 265, pp. 385 – 389.
  11. Фадеева И.В., Грабовенко Ф.И., Фомин А.С., Баринов  С.М. и др. Минерал-полимерные компо­зиты на основе гидроксиапатита с поливинил­пирролидоном для медицинских применений. Доклады Академии наук, 2019, т. 487, № 3, с. 270 – 274. / Fadeeva I.V., Grabovenko F.I., Fomin A.S., Barinov  S.M., et al. Mineral–polymer composites based on hydroxyapatite and polyvinylpyrrolidone for medical applications. Doklady Chemistry, 2019, v. 487, pp. 203 – 206.
  12. Uma Maheshwari S., Govindan K., Raja M., Raja A., et al. Preliminary studies of PVA/PVP blends incorporated with HAp and β-TCP bone ceramic as template for hard tissue engineering. bio-medical Materials and Engineering, 2017, v. 28, no. 4, pp. 401 – 415.
  13. Ananth K.P., Guo B., Zhang C., Wang W. et al. Investigation of biphasic calcium phosphate (BCp)/polyvinylpyrrolidone (PVp)/graphene oxide (GO) composite for biomedical implants. Ceramics International, 2020, v. 46, no. 15, pp. 24413 – 24423.
  14. Deyneko D.V., Fadeeva I.V., Borovikova E.Y., Dzhevakov P.B., et al. Antimicrobial properties of co-doped tricalcium phosphates Ca3-2x(MˊMˊˊ)x (PO4)2 (M= Zn2+, Cu2+, Mn2+ and Sr2+). Ceramics International, 2022, v. 48, no. 20, pp. 29770 – 29781.
  15. Altomare A., Corriero N., Cuocci C., Falcicchio A. et al. QUALX2.0: a qualitative phase analysis software using the freely available database POW_COD. J. Appl. Cryst., 2015, v. 48, pp. 598 – 603.
  16. ГОСТ ISO 10993-5-2023. Изделия медицинские. Оценка биологического действия медицинских изделий. Часть 5. Исследования на цитотоксичность: методы in vitro. Москва, Российский институт стандартизации, 2023. / GOST ISO 10993-5-2023. Izdeliya medicinskie. Ocenka biologicheskogo dejstviya medicinskih izdelij. Chast’ 5. Issledovaniya na citotoksichnost’: metody in vitro [Medical devices. Assessment of the biological effect of medical devices. Part 5. Research for cytotoxicity: in vitro methods]. Moscow, Russian Institute of Standardization, 2023. (In Russ.).
  17. ГОСТ ISO 10993-12-2023 Изделия медицинские. Оценка биологического действия медицинских изделий. Часть 12. Отбор и подготовка образцов для проведения исследований. Москва, Российский институт стандартизации, 2023. / GOST ISO 10993-5-2023. Izdeliya medicinskie. Ocenka biologicheskogo dejstviya medicinskih izdelij. Chast’ 12. Otbor i podgotovka obrazcov dlya provedeniya issledovanij [Medical devices. Assessment of the biological effect of medical devices. Part 12. Selection and preparation of samples for research]. Moscow, Russian Institute of Standardization, 2023. (In Russ.).
  18. Kuen Yong Lee, David J. Mooney alginate: Properties and biomedical applications. Progress in Polymer Science, 2012, v. 37, no.1, pp. 106 – 126.
  19. Bayoussef Z., Dixon J.E., Stolnik S., Shakesheff K.M. Aggregation promotes cell viability, proliferation, and differentiation in an in vitro model of injection cell therapy. J. Tissue Eng. Regen. Med. 2012, v. 6, no. 10, pp. e61 – 73.
  20. Fayyazbakhsh F., Khayat M.J., Sadler C., Day D., Huang Y.W., Leu M.C. 3D-printed hydrogels dressings with bioactive borate glass for continuous hydration and treatment of second-degree burns. Int. J. Bioprint., 2023, v. 9, no. 6, art. 0118.
ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Структурные, магнитные и электрические характеристики La – Sr манганитов
в зависимости от электронной конфигурации заместителей марганца и содержания кислорода

В. К. Карпасюк, А. Г. Баделин, Д. И. Меркулов, С. Х. Эстемирова

Синтезированы манганиты La0,7Sr0,3Mn0,9Fe0,05Me0,05O3+γ (Me = Sc, Co) с различным содержанием кислорода (γ < 0, γ = 0, γ > 0). Получение соответствующих значений γ достигали отжигом спеченных образцов при различном давлении кислорода: 10–8, 10–1 и 105 Па, соответственно. Все синтезированные манганиты имеют ромбоэдрическую структуру и характеризуются небольшой величиной микроискажений, что связано с образованием модулированных структур. Микроструктура образцов достаточно плотная, со средним диаметром кристаллитов 3,9 ± 1,6 мкм у скандий-содержащего манганита и 3,1 ± 1,3 мкм у (Fe,Co)-замещенного манганита. Параметры элементарной ячейки и электромагнитные характеристики последнего свидетельствуют о присутствии в его составе ионов Co3+(3d6). (Fe,Sc)-содержащие манганиты обладают более низкими значениями намагниченности и точки Кюри, а также существенно более низкой температурой перехода металл – полупроводник, по сравнению с содержащими железо и кобальт. Вольт-амперные характеристики (ВАХ) манганитов La0,7Sr0,3Mn0,9Fe0,05Sc0,05O3+γ и La0,7Sr0,3Mn0,9Fe0,05Со0,05O3+γ с отрицательным отклонением от стехиометрии по кислороду и стехиометрических в определенных диапазонах температур проявляют отрицательное дифференциальное сопротивление S-типа, причем ВАХ (Fe,Co)-замещенного манганита в магнитном поле содержат два S-образных участка. Определены пороговые поля переключения и максимальные значения модуля отрицательного дифференциального сопротивления ВАХ при разных температурах. (Fe,Sc)-замещенный манганит с избыточным содержанием кислорода при 190 – 200 К проявляет эффект стабилизации напряжения. ВАХ (Fe,Со)-замещенного манганита, отожженного в кислороде, не содержат участков с отрицательным дифференциальным сопротивлением. Рассмотрены механизмы формирования ВАХ различного типа.
Ключевые слова: заместители марганца, электронные оболочки, нестехиометрия, микроструктура, намагниченность, точка Кюри, переход металл-полупроводник, типы вольт-амперных характеристик, отрицательное дифференциальное сопротивление.
DOI: 10.30791/1028-978X-2025-6-46-55
Карпасюк Владимир Корнильевич — Астраханский государственный университет им. В.Н. Татищева (414056 Астрахань, ул. Татищева, 20а), доктор физико-математических наук, профессор, главный научный сотрудник, специалист в области физики магнитных материалов, полупроводников и диэлектриков. E-mail: vkarpasyuk@mail.ru.
Баделин Алексей Геннадьевич — Астраханский государственный университет им. В.Н. Татищева (414056 Астрахань, ул. Татищева, 20а), кандидат физико-математических наук, ведущий научный сотрудник, специалист в области физики конденсированного состояния и технологии керамических материалов. E-mail: alexey_badelin@mail.ru.
Меркулов Денис Иювинальевич — Астраханский государственный университет им. В.Н. Татищева (414056 Астрахань, ул. Татищева, 20а), кандидат физико-математических наук, доцент, специалист в области физики конденсированного состояния, материаловедения полупроводников и диэлектриков. E-mail: merkul_d@mail.ru.
Эстемирова Светлана Хусаиновна — Институт металлургии УрО РАН (620016 Екатеринбург, ул. Амундсена, 101), кандидат химических наук, старший научный сотрудник, специалист в области химии твердого тела и рентгеноструктурного анализа. E-mail: esveta100@mail.ru.
Ссылка на статью:
Карпасюк В.К., Баделин А.Г., Меркулов Д.И., Эстемирова С.Х. Структурные, магнитные и электрические характеристики La – Sr манганитов в зависимости от электронной конфигурации заместителей марганца и содержания кислорода. Перспективные материалы, 2025, № 6, с. 46 – 55. DOI: 10.30791/1028-978X-2025-6-46-55
Литература содержит 28 ссылок.

См. подробнее о статье на сайте e-library
Перейти
Литература/References
к статье Карпасюк В.К., Баделин А.Г., Меркулов Д.И., Эстемирова С.Х. Структурные, магнитные и электрические характеристики La – Sr манганитов в зависимости от электронной конфигурации заместителей марганца и содержания кислорода. Перспективные материалы, 2025, № 6, с. 46 – 55. DOI: 10.30791/1028-978X-2025-6-46-55
  1. Каган М.Ю., Кугель К.И. Неоднородные зарядовые состояния и фазовое расслоение в манганитах. Успехи физических наук, 2001, т. 171, № 6, с. 577 – 596. / Kagan M.Yu., Kugel’ K.I. Inhomogeneous charge distributions and phase separation in manganites. Physics-Uspekhi, 2001, v. 44, pp. 553 – 570. DOI: 10.1070/PU2001v044n06ABEH000917
  2. Salamon M.B., Jaime M. The physics of manganites: Structure and transport. Reviews of Modern Physics, 2001, v. 73, no. 3, pp. 583 – 628. DOI: 10.1103/RevModPhys.73.583
  3. Liu G.-L., Zhou J.-S., Goodenough J.B. Interplay between charge, orbital and magnetic ordering in La1-xSrxMnO3. Physical Review B, 2001, v. 64, pp. 144414 – 144420. DOI: 10.1103/PhysRevB.64. 144414.
  4. Нагаев Э.Л. Манганиты лантана и другие магнитные проводники с гигантским магнитосопротивлением. Успехи физических наук, 1996, т. 166, № 8, c. 833 – 858. DOI: 10.3367/UFNr.0166.199608b.0833. / Nagaev E.L. Lanthanum manganites and other giant-magnetoresistance magnetic conductors. Physics-Uspekhi, 1996, v. 39, pp. 781 – 805. DOI: 10.1070/PU1996v039n08ABEH000161.
  5. Булатов А.Р., Богданова Х.Г., Голенищев-Кутузов В.А., и др. Решеточные, электрические и магнитные эффекты в манганитах лантана La1-xSrxMnO3 (x = 0,125; 0,15; 0,175). Физика твердого тела, 2010, т. 52, вып. 11, с. 2238 – 2244. / Bulatov A.R., Bogdanova K.G., Golenishchev-Kutuzov  V.A., et al. Lattice, electrical, and magnetic effects in lanthanum manganites La1-xSrxMnO3 (x = 0.125, 0.150, 0.175). Physics of the Solid State, 2010, v. 52, no. 11, pp. 2392 – 2398.
  6. Dagotto E. Open questions in CMR manganites, relevance of clustered states and analogies with other compounds including the cuprates. New Journal of Physics, 2005, v. 7, pp. 1 – 28. DOI: 10.1088/1367-2630/7/1/067.
  7. Карпасюк В.К., Баделин А.Г., Меркулов Д.И. и др. Роль замещающих марганец ионов и кислородной нестехиометрии в формировании свойств манга­нитов. Перспективные материалы, 2022, № 3, с. 55 – 60. DOI: 10.30791/1028-978X-2022-3-55-60. / Karpasyuk, V.K., Badelin, A.G., Merkulov, D.I. et al. The role of manganese-substituting ions and oxygen nonstoichiometry in the formation of the manganites properties. Inorganic Materials: Applied Research, 2022, v. 13, pp. 1314 – 1317. DOI: 10.1134/S2075113322050185.
  8. Presniakov I.A., Rusakov V.S., Gubaidulina T.V. et al. Hyperfine interactions and local environment of 57Fe probe atoms in perovskitelike manganite CaMn7O12. Physical Review B, 2007, v. 76, no. 21, pp. 214407 – 214409. DOI: 10.1103/PhysRevB.76. 214407.
  9. Estemirova S.Kh., Mitrofanov V.Ya., Uporov S.A., Gulyaeva R.I. Effect of cation substitution on structural, magnetic and magnetocaloric properties of (La0.7Eu0.3)0.75Sr0.25Mn0.9(Me)0.1O3 (Me = Co, Ti). Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 2020, v. 502, art. 166593. DOI: 10.1016/j.jmmm.2020.166593.
  10. Karpasyuk V.K., Badelin A.G., Derzhavin I.M. et al. Electromagnetic parameters of multicomponent manganites depending on combination and electronic configuration of substituents for manganese. International Journal of Applied Engineering Research, 2015, v. 10, no. 21, pp. 42746 – 42749.
  11. Mizusaki J., Mori N., Takai H. et al. Oxygen nonstoichiometry and defect equilibrium in the perovskite-type oxides La1-xSrxMnО3+d. Solid State Ionics, 2000, v. 129, pp. 163 – 177. DOI: 10.1016/S0167-2738(99)00323-9.
  12. Королева Л.И., Защиринский Д.М., Халаева Т.М. и др. Влияние дефицита кислорода на магнитные, электрические, магнитоэлектрические и магнито­упругие свойства манганитов La1-xSrxMnO3-δ. Физика твердого тела, 2008, т. 50, вып. 12, с. 2201 – 2205. / Koroleva L.I., Zashchirinskǐ D.M., Khapaeva T.M. et al. Effect of oxygen deficiency on the magnetic, electrical, magnetoelectric, and magnetoelastic properties of La1-xSrxMnO3-δ manganites. Physics of the Solid State, 2008, v. 50, no. 12, pp. 2298 – 2302.
  13. Мусаева З.Р., Баделин А.Г., Смирнов А.М., и др. Влияние содержания кислорода и дефектов нестехиометрии на фазовые превращения в манганитах системы La0.65Sr0.35Mn1-x-yNixTiyO3+γ. Известия РАН. Серия физическая, 2010, т. 74, № 10, с. 1523 – 1525. / Musaeva Z.R., Badelin A.G., Smirnov A.M. et al. Effect of oxygen content and nonstoichiometry defects on the phase transformations in manganites of the La0.65Sr0.35Mn1-x-yNixTiyO3+γ system. Bulletin of the Russian Academy of Sciences: Physics, 2010, v. 74, no. 10, pp. 1462 – 1465.
  14. Karpasyuk V.K., Badelin A.G., Derzhavin I.M. et al. Nonstoichiometry defects and microinhomogeneities in multicomponent manganites. Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 2019, v. 476, pp. 371 – 375. DOI: 10.1016/j.jmmm.2018.12.070.
  15. Пергамент А.Л., Стефанович Г.Б., Чудновский Ф.А. Фазовый переход металл-полупроводник и эффект переключения в оксидах переходных металлов. Физика твердого тела, 1994, № 10, с. 2988 – 3001. / Pergament A.L., Stefanovich G.B., Chudnovsky F.A. Metal-semiconductor phase transition and switching effect in transition metal oxides. Solid State Physics, 1994, no. 10, pp. 3057 – 3066.
  16. Belogolovskii M.A. Interface resistive switching effects in bulk manganites. Central European Journal of Physics, 2009, v. 7, pp. 304 – 309. DOI: 10.2478/s11534-009-0012-1.
  17. Karpasyuk V.K., Badelin A.G., Smirnov A.M. et al. N-type current-voltage characteristics of manganites. Journal of Physics: Conference Series, 2010, v. 200, art. 052026. DOI: 10.1088/1742-6596/200/5/052026.
  18. Rupp J., Valov I., Ielmini D. Resistive switching: oxide materials, mechanisms, devices and operations. Springer Nature, Switzerland AG, 2022, 386 p.
  19. Дьяченко А.И., Таренков В.Ю., Болясова  О.А., Криворучко В.Н. Обратимые эффекты нестабиль­ности в туннельных контактах манганит-металл. Металлофизические новейшие технологии, 2018, т. 40, № 3, с. 291 – 299. DOI: 10.15407/mfint.40.03.0291. / D’yachenko O.I., Tarenkov V.Yu., Boliasova O.O., Krivoruchko V.M. Obratimye effekty nestabil’nosti v tunnel’nyh kontaktah manganit-metall [Reversible effects of instability in tunnel manganite–metal contacts]. Metallofizicheskie Noveishie Tekhnologii [Metallophysical latest technologies], 2018. v. 40, no. 3, pp. 291 – 299. (In Russ.)
  20. Shannon R.D. Revised effective ionic radii and systematic studies of interatomic distances in halides and chalcogenides. Acta Crystallographica, 1976, A32, pp. 751 – 767.
  21. V’yunov O.I., Belous A.G., Tovstolytkin A.I., Yanchevskii O.Z. (La,Sr)(Mn,Me)O3 manganites doped with d metals: Study of charge compensation mechanisms by crystallographic and magnetic characterizations. Journal of the European Ceramic Society, 2007, v. 27, no. 13 – 15, pp. 3919 – 3922. DOI: 10.1016/j.jeurceramsoc.2007.02.063.
  22. Barandiaran J.M., Greneche J.M., Hernandez T. et al. Non-conventional magnetic order in Fe-substituted La0.7Sr0.3MnO3 giant-magnetoresistance manganites. Journal of Physics: Condensed Matter, 2002, v. 14, no. 47, pp. 12563 – 12573. DOI: 10.1088/0953-8984/14/47/328.
  23. Баделин А.Г., Карпасюк В.К., Еремина Р.М. и др. Влияние допирования железом на структурные, магнитные и электрические характеристики манганитов системы La0.7Sr0.3Mn0.9Zn0.1-xFexO3 (0 ≤ x ≤ 0.1). Перспективные материалы, 2019, № 11, с. 49 – 58. DOI: 10.30791/1028-978X-2019-11-49-58 / Badelin A.G., Karpasyuk V.K., Eremina R.M., et al. Effect of iron doping on structural, magnetic, and electrical characteristics of manganites in La0.7Sr0.3Mn0.9Zn0.1-xFexO3 (0 ≤ x ≤ 0.1) system. Inorganic Materials: Applied Research, 2020, v. 11, no. 2. pp. 435 – 440. DOI: 10.1134/S2075113320020057.
  24. Rietveld H.M. A profile refinement method for nuclear and magnetic structures. Journal of Applied Crystallography, 1969, v. 2, pp. 65 – 71. doi: 10.1107/S0021889869006558.
  25. Karpasyuk V. K., Badelin A. G., Merkulov D. I. et al. Unusual properties and features of oxygen nonstoichiometry of La-Sr manganites with manganese replacement by a combination of nickel and germanium. Journal of Physics: Conference Series, 2019, v. 1347, art. 012036. DOI: 10.1088/1742-6596/1347/1/012036.
  26. Tulina N.A., Uspenskaya L.S., Sirotkin V.V. et al. Intrinsic inhomogeneities and effects of resistive switching in doped manganites. Physica C, 2006, v. 444, no. 1 – 2, pp. 19 – 22. DOI: 10.1016/j.physc.2006.05.081.
  27. Nian Y.B., Strozier J., Wu N.J. et al. Evidence for an oxygen diffusion model for the electric pulse induced resistance change effect in transition-metal oxides. Physical Review Letters, 2007, v. 98, art. 146403. DOI: 10.1103/PhysRevLett.98.146403.
  28. Pickett W.E., Singh D.J. Magnetoelectronic and magnetostructural coupling in the La1-xCaxMnO3 system. Europhysics Letters, 1995, v. 32, no. 9, pp. 759 – 765.
ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Мартенситные превращения и неупругие свойства сплава на основе TiNi после
abc прессования при 300 °С

А. А. Гусаренко, А. И. Лотков, В. Н. Гришков, Д. Ю. Жапова, Д. И. Бобров

Исследовано влияние ковки с переменой оси деформирования (abc прессования) при 300 °C на температуры мартенситных превращений и неупругие свойства (эффекты сверхэластичности и памяти формы) образцов сплава Ti49,8Ni50,2 (ат. %). Установлено, что после abc прессования образцов температура начала прямого мартенситного превращения B2→R практически не изменяется и равна 63 ± 1 °С. При этом, температура конца прямого мартенситного превращения в структуру B19′ понижается на 41 ± 1 °С; температуры начала и конца обратного мартенситного превращения B19′→B2 понижаются на 18 и 13 градусов, соответственно. Обнаружено, что после abc прессования при 300 °C образцы сплава сохраняют свои неупругие свойства и их величина (независимо от заданной истинной деформации e) сопоставима с величиной неупругих свойств образцов в крупнозернистом состоянии. Во всех исследованных образцах максимальная величина обратимой неупругой деформации достигает ~ 18 % и наблюдается при 16 – 24 % заданной образцам пластической деформации кручения.

Ключевые слова: мартенситные превращения, интенсивная пластическая деформация, abc прессование, эффект памяти формы.

DOI: 10.30791/1028-978X-2025-6-56-67
Гусаренко Ангелина Андреевна — Институт физики прочности и материаловедения Сибирского отделения Российской Академии Наук (634055, Томск, пр. Академический, 2/4), младший научный сотрудник, специалист в области физики конденсированного состояния и материаловедения сплавов с памятью формы. E-mail: aag@ispms.ru.
Лотков Александр Иванович — Институт физики прочности и материаловедения Сибирского отделения Российской Академии Наук (634055 Томск, проспект Академический, 2/4), доктор физико-математических наук, профессор, главный научный сотрудник, специалист в области физики фазовых превращений, металловедения сплавов с эффектом памяти формы, наноструктурного материаловедения, физики поверхности и тонких пленок. E-mail: lotkov@ispms.ru.
Гришков Виктор Николаевич — Институт физики прочности и материаловедения Сибирского отделения Российской Академии Наук (634055, Томск, проспект Академический, 2/4), кандидат физико-математических наук, ведущий научный сотрудник, специалист в области фазовых превращений в металлах и сплавах, металловедения сплавов с эффектом памяти формы. E-mail: grish@ispms.ru.
Жапова Доржима Юрьевна — Институт физики прочности и материаловедения Сибирского отделения Российской Академии Наук (634055, Томск, пр. Академический, 2/4), кандидат физико-математических наук, научный сотрудник, специалист в области металловедения сплавов с эффектом памяти формы. E-mail: dorzh@ispms.ru.
Бобров Дмитрий Иванович — Институт физики прочности и материаловедения Сибирского отделения Российской Академии Наук (634055, Томск, пр. Академический, 2/4), ведущий инженер, специалист в области физики конденсированного состояния, физики фазовых превращений и материаловедения сплавов с эффектом памяти формы. E-mail: Chromium76@gmail.com.
Ссылка на статью:
Гусаренко А.А., Лотков А.И., Гришков В.Н., Жапова Д.Ю., Бобров Д.И. Мартенситные превращения и неупругие свойства сплава на основе TiNi после abc прессования при 300 °С. Перспективные материалы, 2025, № 6, с. 56 – 67. DOI: 10.30791/1028-978X-2025-6-56-67
Литература содержит 48 ссылок.

См. подробнее о статье на сайте e-library
Перейти
Литература/References
к статье Гусаренко А.А., Лотков А.И., Гришков В.Н., Жапова Д.Ю., Бобров Д.И. Мартенситные превращения и неупругие свойства сплава на основе TiNi после abc прессования при 300 °С. Перспективные материалы, 2025, № 6, с. 56 – 67. DOI: 10.30791/1028-978X-2025-6-56-67
  1. Otsuka K., Ren X. Physical metallurgy of TiNi-based shape memory alloys. Progress in Materials Science, 2005, v. 50, pp. 511 – 678. https://doi.org/10.1016/j.pmatsci.2004.10.001
  2. Otsuka K., Wayman C.M. Shape memory materials. Cambridge, Cambridge University Press, 1998, 282 p.
  3. Jani M., Leary M., Subic A., Gibson M.A. A review of shape memory alloy research, applications and opportunities. Materials & Design, 2014, v. 56, pp. 1078 – 1113. https://doi.org/10.1016/j.matdes.2013. 11.084
  4. Torra V., Martorell F., Lovey F.C., Sade M.L. Civil engineering applications: specific properties of NiTi thick wires and their damping capabilities. A review. Shape Memory and Superelasticity, 2017, v. 3, pp. 403 – 413. https://doi.org/10.1007/s40830-017-0135-y
  5. Yoneyama T., Miyazaki S. (eds.). Shape memory alloys for biomedical applications. Cambridge, Woodhead Publishing, 2009, 337 p.
  6. Resnina N., Rubanik V. (eds.). Shape memory alloys: properties, technologies, opportunities. Zurich, Trans Tech Publications, 2015, 640 p.
  7. Amadi A., Mohyaldinn M., Ridha S., Ola V. Advancing engineering frontiers with NiTi shape memory alloys: A multifaceted review of properties, fabrication, and application potentials. Journal of Alloys and Compounds, 2023, v. 976, art. 173227. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2023.173227
  8. O’Brien B., Weafer F.M., Bruzzi M.S. Shape memory alloys for use in medicine. Comprehensive Biomaterials, 2017, v. 1, pp. 50 – 78. https://doi.org/10.1016/b978-0-08-055294-1.00014-3
  9. Delville R., Malard B., Pilch J., Sittner P., Schryvers  D. Transmission electron microscopy investigation of dislocation slip during superelastic cycling of Ni-Ti wires. International Journal of Plasticity, 2011, v. 27, pp. 282 – 297. https://doi.org/10.1016/j.ijplas. 2010.05.005
  10. Frenzel J., Burow J.A., Payton E.J., Rezanka S., Eggeler G. Improvement of NiTi shape memory actuator performance through ultra-fine grained and nanocrystalline microstructures. Advanced Engineering Materials, 2011, v. 13, pp. 256 – 268. https://doi.org/10.1002/adem.201000285
  11. Valiev R.Z., Zhilyaev A.P., Langdon T.G. Bulk nanostructured materials: Fundamentals and applications. New Jersey, Wiley & Sons, 2014, 450 p.
  12. Estrin Y., Vinogradov A. Extreme grain refinement by severe plastic deformation: A wealth of challenging science. Acta Materialia, 2013, v. 61, pp. 2782 – 2817. https://doi.org/10.1016/j.actamat.2012.10.038
  13. Ovid’ko I.A., Valiev R.Z., Zhu Y.T. Review on superior strength and enhanced ductility of metallic nanomaterials. Progress in Materials Science, 2018, v. 94, pp. 462 – 540. https://doi.org/10.1016/j.pmatsci. 2018.02.002
  14. Bagherpour E., Pardis N., Reihanian M., Ebrahimi R. An overview on severe plastic deformation: research status, techniques classification, microstructure evolution, and applications. International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 2019, v. 100, pp. 1647 – 1694. https://doi.org/10.1007/s00170-018-2652-z
  15. Valiev R.Z., Straumal B., Langdon T.G. Using severe plastic deformation to produce nanostructured materials with superior properties. Annual Review of Materials Research, 2022, v. 52, pp. 357 – 382. https://doi.org/10.1146/annurev-matsci-081720-123248
  16. Dubinskiy S., Prokoshkin S., Sheremetyev V., Konopatsky A., Korotitskiy A., Tabachkova N., Blinova E., Glezer A., Brailovski V. The mechanisms of stress-induced transformation in ultimately fine-grained titanium nickelide, and critical grain size for this transformation. Journal of Alloys and Compounds, 2021, v. 858, art. 157733. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2020.157733
  17. Brailovski V., Khmelevskaya I.Y., Prokoshkin S.D., Ryklina E.P., Pushin V.G., Foundations of heat and thermomechanical treatments and their effect on the structure and properties of titanium nickelide-based alloys. Physics of Metals and Metallography, 2004, v. 97, suppl. 1, pp. S3 – S55.
  18. Edalati K. Review of advances in high-pressure torsion of titanium and Ti-based materials (alloys, intermetallics, oxides and high-entropy compounds). Materials Transactions, 2024, pp. 1 – 9. https://doi.org/10.2320/matertrans.MT-MC2024001
  19. Shahmir H., Nili-Ahmadabadi M., Huang Y., Jung J.M., Kim H.S., Langdon T.G. Shape memory effect in nanocrystalline NiTi alloy processed by high pressure torsion. Materials Science and Engineering: A, 2015, v. 626, pp. 203 – 206. https://doi.org/10.1016/j.msea. 2014.12.056
  20. Kuranova N.N., Makarov V.V., Pushin V.G., Ustyugov Y.M. Influence of Heat Treatment and Deformation on the Structure, Phase Transformation, and Mechanical Behavior of Bulk TiNi-Based Alloys. Metals, 2022, v. 12, 2188. https://doi.org/10.3390/met12122188
  21. Karelin R., Khmelevskaya I., Komarov V., Andreev  V., Perkas M., Yusupov V., Prokoshkin S. Effect of quasi-continuous equal-channel angular pressing on structure and properties of Ti-Ni shape memory alloys. Journal of Materials Engineering and Performance, 2021, v. 30, pp. 3096 – 3106. https://doi.org/10.1134/S0031918X17030073
  22. Mironov S.Yu., Salishchev G.A., Myshlyaev M.M., Pippan R. Evolution of misorientation distribution during warm “abc” forging of commercial-purity titanium. Materials Science and Engineering: A, 2006, v. 418, pp. 257 – 267. https://doi.org/10.1016/j.msea.2005.11.026
  23. Shamsolhodaei A., Zarei-Hanzaki A., Moghaddam  M. Structural and functional properties of a semi equiatomic NiTi shape memory alloy processed by multi-axial forging. Materials Science and Engineering: A, 2017, v. 700, pp. 1 – 9. https://doi.org/10.1016/j.msea.2017.04.011
  24. Djavanroodi F., Ebrahimi M., Nayfeh J.F. Tribological and mechanical investigation of multi-directional forged nickel. Scientific Reports, 2019, v. 9, pp. 1 – 8. https://doi.org/10.1038/s41598-018-36584-w
  25. Kashin O., Krukovskii K., Lotkov A., Grishkov V. Effect of true strains in isothermal abc pressing on mechanical properties of Ti49.8Ni50.2 alloy. Metals, 2020, v. 10, art.  1313. https://doi.org/10.3390/met10101313
  26. Shamsolhodaei A., Zarei-Hanzaki A., Abedi H.R., Safdel A., Peterlechner M. Twin-based martensite stabilizing and improving the shape memory response of near equiatomic NiTi alloy through multi-axial forging. Journal of Materials Research and Technology, 2022, v. 16, pp. 39 – 46. https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2021.11.094
  27. Круковский К.В., Лотков А.И., Гришков В.Н., Гусаренко А.А., Бобров Д.И. Особенности зеренно-субзеренной структуры сплава Ti49.8Ni50.2 после мегапластической деформации методом abc прессования и последующего отжига. Перспективные материалы, 2023, № 12, c. 59 – 70. https://doi.org/10.30791/1028-978X-2023-12-59-70 / Krukovskii K.V., Lotkov A.I., Grishkov V.N., Gusarenko A.A., Bobrov D.I. Features of the grain-subgrain structure of Ti49.8Ni50.2 alloy after megaplastic deformation by abc pressing and subsequent annealing. Inorganic Materials: Applied Research, 2024, v. 15, pp. 489 – 497. https://doi.org/10.1134/S2075113324020278
  28. Lowe T.C., Valiev R.Z., Li X., Ewing B.R. Commercialization of bulk nanostructured metals and alloys. MRS Bulletin, 2021, v. 46, pp. 265 – 272. https://doi.org/10.1557/s43577-021-00060-0
  29. Прокофьев Е. А. Структура и свойства ультрамелкозернистых сплавов Ti-Ni, полученных интенсивной пластической деформацией. Вестник УГАТУ, 2006, т. 8, № 4, с. 169 – 174. / Prokofyev E.A. Struktura i svoystva ul’tramelkozernistykh splavov Ti-Ni, poluchennykh intensivnoy plasticheskoy deformatsiyey [Structure and properties of ultra-fine grain TiNi alloy obtained by severe plastic deformation]. Vestnik UGATU [Bulletin of UGATU], 2006, v. 8, no. 4, pp. 169 – 174. (In Russ.).
  30. Khmelevskaya I.Y., Prokoshkin S.D., Trubitsyna I.B., Belousov M.N., Dobatkin S.V., Tatyanin E.V., Korotitskiy A.V., Brailovski V., Stolyarov V.V., Prokofiev E.A. Structure and properties of Ti–Ni-based alloys after equal-channel angular pressing and high-pressure torsion. Materials Science and Engineering: A, 2008, v. 481 – 482, pp. 119 – 122. https://doi.org/10.1016/j.msea.2007.02.157
  31. Kreitcberg A., Brailovski V., Prokoshkin S., Gunderov D., Khomutov M., Inaekyan K. Effect of the grain/subgrain size on the strain-rate sensitivity and deformability of Ti–50 at%Ni alloy. Materials Science and Engineering: A, 2015, v. 622, pp. 21 – 29. https://doi.org/10.1016/j.msea.2014.10.069
  32. Lotkov A., Grishkov V., Zhapova D., Timkin V., Baturin A., Kashin O. Superelasticity and shape memory effect after warm abc-pressing of TiNi-based alloy. Materials Today: Proceedings, 2017, v. 4, pp. 4814 – 4818. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2017.04.076
  33. Лотков А.И., Кашин О.А., Гришков В.Н., Круковский К.В. Влияние степени деформации при изотермическом abc-прессовании на эволюцию структуры и температуры фазовых превращений сплава на основе никелида титана. Перспективные материалы, 2014, № 9, с. 5 – 18. / Lotkov A.I., Kashin O.A., Grishkov V.N., Krukovskii  K.V. The influence of degree of deformation under isothermal abc pressing on evolution of structure and temperature of phase transformations of alloy based on titanium nickelide. Inorganic Materials: Applied Research, 2015, v. 6, pp. 96 – 104. https://doi.org/10.1134/S2075113315020112
  34. Karelin R.D., Khmelevskaya I.Y., Komarov  V.S., Andreev V.A., Perkas M.M., Yusupov V.S., Prokoshkin  S.D. Effect of quasi-continuous equal-channel angular pressing on structure and properties of Ti-Ni shape memory alloys. Journal of Materials Engineering and Performance, 2021, v. 30, pp. 3096 – 3106. https://doi.org/10.1007/s11665-021-05625-3
  35. Khmelevskaya I., Komarov V., Kawalla R., Prokoshkin  S., Korpala G. Effect of biaxial isothermal quasi-continuous deformation on structure and shape memory properties of Ti-Ni alloys. Journal of Materials Engineering and Performance, 2017, v. 26, pp. 4011 – 4019. https://doi.org/10.1007/s11665-017-2841-1
  36. Khmelevskaya I., Komarov V., Kawalla R., Prokoshkin S., Korpala G Effect of biaxial cyclic severe deformation on structure and properties of Ti-Ni alloys. Journal of Alloys and Compounds, 2019, v. 797, pp. 842 – 848. https://doi.org/10.1016/j.jallcom. 2019.05.127
  37. Лотков А.И., Гришков В.Н., Дударев Е.Ф., Коваль Ю.Н., Гирсова Н.В., Кашин О.А., Табаченко  А.Н., Фирстов Г.С., Тимкин В.Н., Жапова Д.Ю. Ультрамелкозернистая структура и мартенситные превращения в никелиде титана после теплого abc-прессования. Перспективные материалы, 2011, № 3, с. 98 – 107. / Lotkov A.I., Grishkov V.N., Dudarev E.F., Koval  Y.N., Girsova N.V., Kashin O.A., Tabachenko A.N., Firstov G.S., Timkin V.N., Zhapova D.Y. Ultrafine structure and martensitic transformation in titanium nickelide after warm abc pressing. Inorganic Materials: Applied Research, 2011, v. 2, pp. 548 – 555. https://doi.org/10.1134/S2075113311050145
  38. Lotkov A.I., Grishkov V.N., Baturin A.A., Dudarev  E.F., Zhapova D.Y., Timkin V.N. The effect of warm deformation by abc-pressing method on mechanical properties of titanium nickelide. Letters on Materials, 2015, v. 5, pp. 170 – 174. https://doi.org/10.22226/2410-3535-2015-2-170-174
  39. ASTM F2004-17. Standard test method for transformation temperature of Nickel-Titanium alloys by thermal analysis. ASTM International, West Conshohocken, PA, 2017.
  40. Frenzel J., George E.P., Dlouhy A., Somsen C., Wagner M.F.-X., Eggeler G. Influence of Ni on martensitic phase transformations in NiTi shape memory alloys. Acta Materialia, 2010, v. 58, pp. 3444 – 3458. https://doi.org/10.1016/j.actamat. 2010.02.019
  41. Cui J., Chu Y., Famodu O. et al. Combinatorial search of thermoelastic shape-memory alloys with extremely small hysteresis width. Nature Materials, 2006, v. 5, pp. 286 – 290. https://doi.org/10.1038/nmat1593
  42. Ball J.M., James R.D. Proposed experimental tests of a theory of fine microstructure and the two-well problem. Philosophical Transactions of the Royal Society of London. Series A: Physical and Engineering Sciences, 1992, v. 338, pp. 389 – 450. https://doi.org/10.1098/rsta.1992.0013
  43. James R.D., Zhang Z. A way to search for multiferroic materials with “unlikely” combinations of physical properties. In: Manosa L., Planes A., Saxena A. (eds.) Magnetism and structure in functional materials. Springer Series in Materials Science, v. 79. New York, Springer, 2005, 251 p.
  44. Lotkov A., Grishkov V., Laptev R., Mironov Y., Zhapova  D., Girsova N., Gusarenko A., Barmina  E., Kashina O. Crystal structure defects in titanium nickelide after Abc pressing at lowered temperature. Materials, 2022, v. 15, art. 4298. https://doi.org/10.3390/ma15124298
  45. Прокошкин С.Д., Коротицкий А.В., Браиловский В., Инаекян К.Э., Дубинский С.М. Кристаллическая решётка мартенсита и ресурс обратимой деформации термически и термомеханически обработанных сплавов Ti–Ni с памятью формы. Физика металлов и металловедение, 2011, т. 112, № 2, с. 180 – 198. / Prokoshkin S.D., Korotitskiy A.V., Dubinskiy S.M., Brailovski V., Inaekyan K.E. Crystal lattice of martensite and the reserve of recoverable strain of thermally and thermomechanically treated Ti-Ni shape-memory alloys. Physics of Metals and Metal Science, 2011, v. 112, pp. 170 – 187. https://doi.org/10.1134/S0031918X11020244
  46. Grishkov V.N., Lotkov A.I., Baturin A.A., Timkin  V.N., Zhapova D.Yu. Comparative analysis of inelastic strain recovery and plastic deformation in Ti49.1Ni50.9 (at.%) alloy under torsion and bending. AIP Conference Proceedings, 2015, v. 1683, pp. 020067–1 – 020067–5. https://doi.org/10.1063/1.4932757
  47. Padmanadhan K.A., Vasin R.A., Enikeev F.V. Superplastic flow: phenomenology and mechanics. Springer-Verlag, 2001, 586 p.
  48. Чумляков Ю.И., Киреева И.В., Панченко Е.Ю., Тимофеева Е.Е. Механизм термоупругих мартенситных превращений в высокопрочных монокристаллах сплавов на основе железа и никелида титана. Томск, НТЛ, 2016, 244 с. / Chumlyakov Yu.I., Kireeva I.V., Panchenko  E.Yu., Timofeeva E.E. Mekhanizm termouprugikh marten­sit­nykh prevrashcheniy v vysokoprochnykh mono­kristal­lakh splavov na osnove zheleza i nikelida titana [Mechanism of thermoelastic martensitic transformations in high-strength single crystals of iron-based alloys and titanium nickelide]. Tomsk, Nauchtekhlitizdat Publ., 2016, 244 p. (In Russ.).
ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Закономерности получения наночастиц оксида цинка в водной среде методом лазерной абляции

И. Н. Лапин, Е. А. Гавриленко, В. А. Светличный, А. И. Мамаев

Рассмотрен механизм перехода коллоидных наночастиц металлического цинка, полученных методом импульсной лазерной абляции (ИЛА) металлической мишени в жидкости с разным pH, в оксид цинка непосредственно во время проведения ИЛА и их хранения. Показано, что скорость окисления металлических частиц цинка в растворе зависит от скорости двух парциальных электрохимических реакций, взаимосвязанных между собой балансом электронов, а именно, скорости образования ионизированной формы цинка и разряда ионизации кислорода, растворенного в воде. Выявлено, что лимитирующей стадией процесса образования фазы оксида цинка является скорость доставки кислорода через пограничный слой Прандтля. Также в результате ИЛА металлического цинка в слабокислой, нейтральной и щелочной водных средах и высушивания полученных коллоидных растворов был получен ряд порошковых образцов и проанализирован их состав. По данным рентгенофазового анализа воздействие атмосферного кислорода приводило к значительному доокислению полученных порошков, однако металлическая фаза была обнаружена в образце в результате проведения ИЛА в щелочной среде. Таким образом, варьирование условий ИЛА представляет широкие возможности для получения конечного продукта с заданным составом и свойствами.

Ключевые слова: импульсная лазерная абляция, оксид цинка, pH среды, парциальные реакции процессов окисления.

DOI: 10.30791/1028-978X-2025-6-68-78
Калита Василий Иванович — Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН (119334, Москва, Ленинский проспект, 49), доктор технических наук, главный научный сотрудник, заведующий лабораторией, специалист в области плазменного напыления. E-mail: vkalita@imet.ac.ru.
Комлев Дмитрий Игоревич — Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН (119334, Москва, Ленинский проспект, 49), кандидат технических наук, ведущий научный сотрудник, специалист в области плазменного напыления. E-mail: imet-lab25@yandex.ru.
Радюк Алексей Александрович — Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН (119334, Москва, Ленинский проспект, 49), кандидат технических наук, научный сотрудник, специалист в области плазменного напыления. E-mail: imet-lab25@yandex.ru.
Михайлова Александра Борисовна — Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН (119334, Москва, Ленинский проспект, 49), кандидат технических наук, старший научный сотрудник, специалист в области рентгеновского анализа материалов. E-mail: sasham1@mail.ru.
Ссылка на статью:
Лапин И.Н., Гавриленко Е.А., Светличный В.А., Мамаев А.И. Закономерности получения наночастиц оксида цинка в водной среде методом лазерной абляции. Перспективные материалы, 2025, № 6, с. 68 – 78. DOI: 10.30791/1028-978X-2025-6-68-78
Литература содержит 25 ссылок.

См. подробнее о статье на сайте e-library
Перейти
Литература/References
к статье Лапин И.Н., Гавриленко Е.А., Светличный В.А., Мамаев А.И. Закономерности получения наночастиц оксида цинка в водной среде методом лазерной абляции. Перспективные материалы, 2025, № 6, с. 68 – 78. DOI: 10.30791/1028-978X-2025-6-68-78
  1. Goswami S., Bishnoi A., Tank D., et al. Recent trends in the synthesis, characterization and commercial applications of zinc oxide nanoparticles ‒ a review. Inorganica Chim. Acta., 2024, v. 573. art. 122350.
  2. Moezzi A., McDonagh A.M., Cortie M.B. Zinc oxide particles: Synthesis, properties and applications. Chem. Eng. J., 2012, v. 185 – 186, pp. 1 – 22.
  3. Aaga G.F. Zinc oxide and its engineered derivative nanomaterials: Insight into energy, environmental, medical, agricultural, and food applications. Mater. Today: Sustainability, 2024, v. 28, no 4, art. 101051.
  4. Gulab H., Fatima N., Tariq U., et al. Advancements in zinc oxide nanomaterials: Synthesis, properties, and diverse applications. Nano-Structures & Nano-Objects, 2024, v. 39, no. 1, art. 101271.
  5. Qin L., Shing C., Sawyer S., et al. Enhanced ultraviolet sensitivity of zinc oxide nanoparticle photoconductors by surface passivation. Optical Materials, 2011, v. 33, no. 3, pp. 359 – 362.
  6. Lee K.M., Lai C.W., Ngai K.S., et al. Recent developments of zinc oxide based photocatalyst in water treatment technology: A review. Water Res., 2016, v. 88, pp. 428 – 448.
  7. Zhang X., Zhang S., Mathivanan K., et al. Research progress and prospects in antifouling performance of photocatalytic sterilization: A review. JMST, 2025, v. 208, pp. 189 – 201.
  8. Read S.A., Obeid S., Ahlenstiel C., et al. The role of zinc in antiviral immunity. Adv Nutr., 2019, v. 10, no. 4, pp. 696 – 710.
  9. Al Jabri H., Saleem M.H., Rizwan M., et al. Zinc oxide nanoparticles and their biosynthesis: Overview. Life., 2022, v. 12, no. 4. art. 594.
  10. Kołodziejczak-Radzimska A., Jesionowski T. Zinc oxide — from synthesis to application: A review. Materials, 2014, v. 7, pp. 2833 – 2881.
  11. Król A., Pomastowski P., Rafińska K., et al. Zinc oxide nanoparticles: Synthesis, antiseptic activity and toxicity mechanism. Adv. Colloid Interface Sci., 2017, v. 249, pp. 37 – 52.
  12. Zeng H., Du X.‐W., Singh S.C., et al. Nanomaterials via laser ablation/irradiation in liquid: A review. Adv. Funct. Materials., 2012, v. 22, no. 7, pp. 1333 – 1353.
  13. Dorranian D., Solati E., Dejam L. Photoluminescence of ZnO nanoparticles generated by laser ablation in deionized water. Appl. Phys. A., 2012, v. 109, pp. 307 – 314.
  14. Honda M., Goto T., Owashi T., et al. ZnO nanorods prepared via ablation of Zn with millisecond laser in liquid media. Phys Chem Chem Phys, 2016, v. 18, no. 34, pp. 23628 – 23637.
  15. Yan Z., Chrisey D.B. Pulsed laser ablation in liquid for micro-/nanostructure generation. Journal of Photochemistry and Photobiology C: Photochemistry Reviews, 2012, v. 13, no. 3, pp. 204 – 223.
  16. Lin B.C., Shen P., Chen S.Y. ZnO and ε-Zn(OH)2 composite nanoparticles by pulsed laser ablation on Zn in water. J. Phys. Chem. C., 2011, v. 115, no. 12, pp. 5003 – 5010.
  17. Reich S., Göttlicher J., Ziefuss A., et al. In situ speciation and spatial mapping of Zn products during pulsed laser ablation in liquids (PLAL) by combined synchrotron methods. Nanoscale, 2020, v. 12, no. 26, pp. 14011 – 14020.
  18. Zhihong Y. Changsheng X. Zn2+ release from zinc and zinc oxide particles in simulated uterine solution. Colloids Surf. B., 2006, v. 47, pp. 140 – 145.
  19. Assafa F.H., Abd El-Rehiemb S.S., Zaky A.M. Pitting corrosion of zinc in neutral halide solutions. Mater. Chem. Phys., 1999, v. 58, pp. 58 – 63.
  20. Norberg N.S., Gamelin D.R. Influence of surface modification on the luminescence of colloidal ZnO nanocrystals. J. Phys. Chem. B., 2005, v. 109, no. 44, pp. 20810 – 20816.
  21. Lee W., Yeop J., Heo J., et al. High colloidal stability ZnO nanoparticles independent on solvent polarity and their application in polymer solar cells. Sci. Rep., 2020, v. 10, no. 1, art. 18055.
  22. Vetter C. Electrochemical kinetics: Theoretical and experimental aspects. New York, Academic Press, 1967, 454 p.
  23. Дамаскин Б.Б., Петрий О.А. Введение в электрохимическую кинетику. Москва, Высшая школа, 1975, 416 с. / Damaskin B.B., Petrij O.A. Vvedenie v elektroximi­cheskuyu kinetiku [Introduction into electrochemical kinetics]. Moscow, Vysshaya shkola Publ., 1975, 416 р. (In Russ.).
  24. Gavrilenko E.A., Goncharova D.A., Lapin I.N., Nemoykina A.L., Svetlichnyi V.A., Aljulaih A.A., Mintcheva N., Kulinich S.A. Comparative study of physicochemical and antibacterial properties of ZnO nanoparticles prepared by laser ablation of Zn target in water and air. Materials, 2019, v. 12, no. 1(186), pp. 1 – 15.
  25. Antelman M. The encyclopedia of chemical electrode potentials. New York, Plenum Publ., 1982, 288 p.
Made on
Tilda