Tilda Publishing
ЖУРНАЛ
ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
ISSN 1028-978X (print)
ISSN 3033-733X (online)
ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Tilda Publishing
ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
2024, № 7, аннотации статей
ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Огнезащита стальных конструкций

Ю. М. Евтушенко, С. Х. Тоиров, Н. Н. Шевченко

В обзоре приведены данные о современном состоянии огнезащиты стальных конструкций, включающие разработку огнезащитных покрытий, их состав, механизм действия, методы испытаний. Определены наиболее важные направления дальнейших исследований: поиск наиболее эффективных компонентов огнезащиты, повышение стойкости к атмосферным воздействиям, разработка и совершенствование существующих методов испытаний огнезащитных покрытий.

Ключевые слова: сталь, огнезащита, антипирены, интумесценция, пенококс, полифосфат аммония, пентаэритрит, меламин.

DOI: 10.30791/1028-978X-2024-7-5-17
Бвтушенко Юрий Михайлович — Институт синтетических полимерных материалов им. Н.С. Ениколопова (117393, Москва, Профсоюзная, 70), доктор химических наук, старший научный сотрудник, специалист в области огнезащиты и композиционных трудногорючих материалов. E-mail: evt-yuri@mail.ru.
Тоиров Сиёвуш Хисравович — Институт синтетических полимерных материалов им. Н.С. Ениколопова (117393, Москва, Профсоюзная, 70), аспирант, специализация в области огнезащиты и композиционных трудногорючих материалов. E-mail: chakadocael@gmail.com.
Шевченко Николай Николаевич — ООО “Ресмет-2” (111141, Москва, 1-я Владимирская улица, 30/13), заместитель генерального директора. E-mail: resmet2n@mail.ru.
Ссылка на статью:
Евтушенко Ю.М., Тоиров С.Х., Шевченко Н.Н. Огнезащита стальных конструкций. Перспективные материалы, 2024, № 7, c. 5 – 17. DOI: 10.30791/1028-978X-2024-7-5-17
Литература содержит 35ссылок.

См. подробнее о статье на сайте e-library
Литература/References
к статье Евтушенко Ю.М., Тоиров С.Х., Шевченко Н.Н. Огнезащита стальных конструкций. Перспективные материалы, 2024, № 7, c. 5 – 17. DOI: 10.30791/1028-978X-2024-7-5-17
1. Wang Z., Rong X., Zhao L., et al. Effects of substrate surface characteristics on the adhesion properties of geopolymer coatings. ACS Omega, 2022, v. 7, no. 14, pp. 11988 – 11994. https://doi.org/10.1021/acsomega.2c00170.
2. Puri Ravindra G., Khanna A.S. Intumescent coatings: A review on recent progress. J. of Coat. Techn. Res., 2017, v. 14, no. 1, pp. 1 – 20. doi:10.1007/s11998-016-9815-3.
3. Yasir M., Ahmad F., Yusoff P.S.M.M., et al. Latest trends for structural steel protection by using intumescent fire protective coatings: a review. Surf. Eng., 2020, v. 36, no. 4, pp. 1 – 30. https://doi.org/10.1080/02670844.2019.1636536.
4. Lucherini A., Maluk C. Intumescent coatings used for the fire-safe design of steel structures: A review. Journal of Constructional Steel Research, 2019, v. 162, art. 105712. https://doi.org/10.1016/j.jcsr.2019.105712.
5. Li F-F. Comprehensive review of recent research advances on flame-retardant coatings for building materials: Chemical ingredients, micromorphology, and processing techniques. Molecules, 2023, v. 28, art. 1842. https://doi.org/10.3390/molecules28041842.
6. de Silva D., Nuzzo I., Nigro E., Occhiuzzi A. Intumescent coatings for fire resistance of steel structures: Current approaches for qualification and design coatings. Coatings, 2022, v. 12, art. 696. https://doi.org/ 10.3390/coatings12050696.
7. Anees S.M., Dasari A. A review on the environmental durability of intumescent coatings for steels. J. Mater. Sci., 2018, v. 53, no. 3, pp. 124 – 145. DOI 10.1007/s10853-017-1500-0.
8. Sabee M.M.S.M., Itam Z., Beddu S., et al. Flame retardant coatings: Additives, binders, and fillers. Polymers, 2022, v. 14, no. 14, art. 2911. https://doi.org/10.3390/polym14142911.
9. Schartel B., Wilkie C.A., Camino G. Recommendations on the scientific approach to polymer flame retardancy: Part 1. Scientific terms and methods. J. Fire Sci., 2016, v. 34, no. 6, pp. 447 – 467. doi:10.1177/ 0734904116675881.
10. Schartel B., Wilkie C.A., Camino G. Recommendations on the scientific approach to polymer flame retardancy: Part 2. Concepts. J. Fire Sci., 2016, v. 35, no. 1, pp. 3 – 20. doi:10.1177/0734904116675370.
11. Собурь С.В. Огнезащита материалов и конструкций. Учебно-справочное пособие. Москва, ПожКнига, 2019, 208 с. / Sobur’ S.V. Ognezashita materialov i constructsyi [Fire protection of materials and constructions]. Moscow, PojKniga Publ., 2019, 208 p. (In Russ).
12. Павлович А.В., Дринберг А.С. Состав и свойства огнезащитных вспучивающихся лакокрасочных покрытий. Москва, ООО “Издательство “ЛКМ-ПРЕСС”, 2020, 400 с. / Pavlovich D.A., Drinberg A.S. Sostav i svoistva ognezashitnyh vspuchivaushyh lakokrasochnyh pokrytyi [Composition and properties of flame-retardant swelling paint coatings]. Moscow, OOO “Izdatelstvo “LKM-PRESS”, 2020, 400 p. (In Russ).
13. Корольченко Д.А., Еремина Т.Ю., Пузач С.В. Портнов Ф.А. Моделирование номограмм про­грева стальных конструкций с огнезащитными покры­тиями различной толщины (на воде). Пожаровзрывобезопасность, 2022, т. 31, № 6, с. 30 – 46. https://doi.org/10.22227/0869-7493.2022.31.06.30-46. / Korolchenko D.A, Eryomina T.U., Puzach C.D., Portnov F.A. Modelirovanie nomogramm progreva stalnyh constructsyi s ognezashytnymi pokrytiyamy razlichnoi tolshyni (na vode) [Modeling of nomograms of heating of steel structures with fire-resistant coatings of various thicknesses (on water)]. Pojarovzrivobezopasnost’ [Fire and Explosion Safety]. 2022, v. 31, no. 6, pp. 30 – 46. https://doi.org/10.22227/0869-7493.2022.31.06.30-46. (In Russ).
14. Архангельский И.В., Годунов И.А., Яшин Н.В., Нагановский Ю.К., Шорникова О.Н. Кинетика вспенивания терморасширяющихся огнезащитных составов. Пожаровзрывобезопасность, 2020, т. 29, № 5, с. 71 – 81. DOI: 10.22227/PVB.2020.29.05.71-81 / Arhangelskyi I.V., Godunov I.A., Yashin N.V., et al. Kinetika vspenivaniya termorasshiriaushihsya ognezashytnyh sostavov [Kinetics of foaming of thermally expanding flame retardants]. Pojarovzrivobezopasnost’ [Fire and Explosion Safety], 2020, v. 29, no. 5, pp. 71 – 81. DOI: 10.22227/PVB.2020.29.05.71-81. (In Russ).
15. Умрихина М.Ю., Шорохова Т.О., Пьянкова Л.А., Кудрявцев А.А., Уткин С.В. Исследование старения огнезащитных вспучивающихся покрытий методами СЭМ, XRD и ИК-спектроскопии. Пожаровзрывобезопасность, 2020, т. 29, № 5, с. 60 – 70. DOI: 10.22227/PVB.2020.29.05.60-70. / Umrihina M.U., Shorohova T.O., Piankova L.A. et al. Issledovanie starenia ognezashytnih vspuchivaushihsya pokrytyi metodami SEM, XRD i IK-spectroskopii [Investigation of aging of flame retardant bulging coatings by SEM, XRD and IR spectroscopy methods] Pojarovzrivobezopasnost’ [Fire and Explosion Safety], 2020, v. 29, no. 5, pp. 60 – 70. (In Russ).
16. Мельдер Е.В., Сивенков А.Б. Эффективность комбинации интумесцентных покрытий для огне­защиты стальных конструкций. Технологии техно­сферной безопасности, 2022, вып. 1 (95), с. 49 – 65. https://doi.org/10.25257/TTS.2022.1.95.49-65. / Melder E.V., Sivenkov A.B. Effektivnost’ kombinatsii intumescentnyh pokrytyi dlia ognezashiti stalnyh konstructsyi [Effectiveness of the combination of intumescent coatings for fire protection of steel structures]. Tehnologia tehnosfernoy bezopasnosty [Technosphere Safety Technologies], 2022, v. 1 (95), pp. 49 – 65. (In Russ).
17. Кривцов Ю.В., Ладыгина И.Р. Материалы для конструктивной огнезащиты стальных строи­тельных конструкций. Вестник НИЦ “Строительство”, 2019, т. 21, № 2, с. 74 – 79. / Krivtsov U. B., Ladigina I.R. Materiali dlia kostruktivnoq ognezashyti stalnyh stroitelnyh konstructsyi [Materials for structural fire protection of steel building structures]. Vestnik NITS “Stroitelstvo” [Bulletin of the Scientific Research Center “Construction”], 2019, v. 21, no. 2, pp. 74 – 79. (In Russ).
18. Evtushenko Yu.M., Grigoriev Yu.A., Rudakova T.A., Ozerin A.N. Effect of aluminum hydroxide on the fireproofing properties of ammonium polyphosphate-petaerythritol-based intumescent coating. J. Coat. Techn. Res., 2019, v. 16, no. 5, pp. 1389 – 1398.
19. Shree R., Naik R.B., Gunasekaran G. Development of elastomeric intumescent fire-retardant coating for protection of structures at sub-zero temperature condition. Mater. Chem. Phys., 2023, v. 296, art. 127229. https://doi.org/10.1016/j.matchemphys.2022.127229.
20. Maznah Kabeb S., Hassan A., Mohamad Z., Sharer Z., Mokhtar M., Ahmad F. Sustainable flame retardant coating based graphene oxide and montmorillonite. Mater. Today, 2022, v. 51, pp. 1327 – 1331. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2021.11.140.
21. Wang C., Huo S., Ye G., Shi Q., Fang Z., Wang H., Liu Z. Phenylboronic acid-decorated ZrP nanosheets for enhancing fire resistance, smoke suppression, and water/acid/alkali tolerance of intumescent coatings. Colloids Surf. A Physicochem. Eng. Asp., 2022, v. 655, art. 130292. https://doi.org/10.1016/j.colsurfa.2022.130292.
22. Beh J.H., Yew M.C., Yew K.Y., Saw L.H. Fire protection performance and thermal behavior of thin film intumescent coating. Coatings. 2019, v. 9, art. 483. doi:10.3390/coatings9080483.
23. Dhumal P.S., Lokhande K.D., Bondarde M.P., Bhakare M.A., Some S. Heat resistive, binder-free 3d-dough composite as a highly potent flame retardant. J. Appl. Polym. Sci., 2022, v. 139, no. 20, art. 52146.https://doi.org/10.1002/app.52146.
24. Ma D.X., Yang Y., Yin G.Z.,Vazquez-Lopez A., Jiang Y., Wang N., Wang D.Y. ZIF-67 In situ grown on attapulgite: A flame retardant synergist for ethylene vinyl acetate/magnesium hydroxide composites. Polymers, 2022, v. 14, no. 20, art. 4408. https://doi.org/10.3390/polym14204408.
25. Beh J.H., Yew M.C., Saw L.H., Yew M.K. Fire resistance and mechanical properties of intumescent coating using novel bioash for steel. Coatings, 2020, v. 10, no. 11, art. 1117. https://doi.org/10.3390/coatings10111117.
26. Ahmad F., Ullah S., Merican H., Onate E., Al-Sehemi A.G., Yeoh G.H. An investigation of thermal performance of wollasnonite and bentonite reinforced intumescent fire-retardant coating for steel structures. Constr. Build. Mater., 2019, v. 228, art. 116734. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2019.116734.
27. Shree R., Naik R.B., Naik R., Gunasekaran G., NimjeR., Ratna D. Dual curing agents for optimized flame-retardancy and physic-mechanical properties of cycloalphatic epoxy coating. Mater. Chem. Phys., 2023, v. 295, art. 127136. https://doi.org/10.1016/j.matchemphys.2022.127136.
28. De Silva D., Bilotta A., Nigro E. Experimental investigation on steel elements protected with intumescent coating. Constr. Build. Mater., 2019, v. 205, art. 232244. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat. 2019.01.223.
29. Piperopoulos E., Grifo G., Scionti G., Atria M., Calabrese L., Consolo G., Proverbio E. Study of intumescent coatings growth for fire retardant systems in naval applications: experimental test and mathematical model. Coatings, 2022, v. 12, no. 8, art. 1180. https://doi.org/10.3390/coatings12081180.
30. Yazici C., Ozkal F.M., Orhan S.N., Cirpici B.K. Reformative effects of intumescent coating on the structural characteristics of cold-formed steel. ACS Omega, 2022, v. 7, no. 46, pp. 42560 – 42569. https://doi.org/10.1021/acsomega.2c06017.
31. Ustinov A., Babikova A., Zybina O., Lobov D., Printseva M., Klaptyuk I., Shkironov M. Improvement of methodology for assessing fire-protective efficiency of intumescent coatings applied on metal constructions. E3S Web of conferences, 2021, v. 320, art. 02009. httpes://doi.org/10.151/e3sconf/202132002009.
32. Anees S.M., Dasari A. Acrylic-based fire-retardant coatings for steel protection: employing the concept of in situ ceramization. J. Appl. Polym. Sci., 2020, v. 138, no. 17, art. 50299. https://doi.org/10.1002/app.50299.
33. Lu Y., Feng J., Yi D. et al. Strong synergistic effects between P/N-containing supramolecular microplates and aluminum diethylphosphinate for fire-retardant PA6. Composites Part A: Applied Science and Manufacturing, 2024, v. 176, art. 107834. https://doi.org/10.1016/j.compositesa.2023.107834.
34. Wang S., Jiang Y., Meng Y., Li Y., Han Z., Liu X., Li H., Sun J., Fei B., Gu X., Zhang S. The encapsulation of intumescent flame retardants by poly-siloxane for thermoplastic polyolefin: Fire safety of and water resistance. Polym. Degr. Stabyl., 2021, v. 188, art. 109651. https://doi.org/10.1016/j.polymdegradstab.2021.109561.
35. Liu Z., Dai M., Hu Q., Liu S., Gao X., Ren F., Zhang Q. Effect of microcapsulated ammonium polyphosphate on the durability and fire resistance of waterborne intumescent fire-retardant coatings. J. Coat. Technol. Res., 2019, v. 16, pp. 135 – 145. https://doi.org/10.1007/s11998-018-0108-x
ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Легирование термоэлектрического наноструктурированного твердого раствора Si1–xGex (x ~ 0,3) донорными и акцепторной примесями в процессе синтеза методом электроимпульсного плазменного спекания

Ю. М. Кузнецов, И. В. Ерофеева, М. В. Дорохин, М. С. Болдин, А. В. Здоровейщев,
П. Б. Демина, А. В. Боряков, В. Н. Трушин, А. А. Воронин, А. Ю. Завражнов,
И. Н. Некрылов, Д. А. Здоровейщев

Исследовано легирование твёрдого раствора Si1 – хGeх, донорными (Sb, P) и акцепторной (B) примесями в процессе синтеза методом электроимпульсного плазменного спекания из порошков с субмикронным размером частиц. Содержание примеси варьировали в пределах от 0,5 до 2,0 ат. %. Методами рентгеновской дифракции, сканирующей электронной микроскопии и рентгеновского микроанализа показано, что введение примеси в твёрдый раствор подчиняется закономерностям равновесной растворимости, в частности, при превышении предела растворимости в матрице материала формируются преципитаты примесного материала. Исследования термоэлектрических свойств показывают, что подбор условий легирования позволяет сформировать материалы, для которых, несмотря на наличие включений примесной фазы, могут быть получены высокие значения коэффициента термоэлектрической добротности, сопоставимые с мировым уровнем результатов.

Ключевые слова: твёрдый раствор, термоэлектрическая эффективность, термоэлектрики, легирование, кремний-германий, электроимпульсное плазменное спекание.

DOI: 10.30791/1028-978X-2024-7-18-33
Кузнецов Юрий Михайлович — Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского (603022, Нижний Новгород, пр. Гагарина, 23, корп. 3), кандидат физико-математических наук, ассистент, специалист в области исследования термоэлектрических свойств материалов. E-mail: y.m.kuznetsov@unn.ru.
Ерофеева Ирина Викторовна — Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского (603022, Нижний Новгород, пр. Гагарина, 23, корп. 3), кандидат физико-математических наук, научный сотрудник, специалист в области синтеза полупроводниковых термоэлектриков. E-mail: irfeya@mail.ru.
Дорохин Михаил Владимирович — Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского (603022, Нижний Новгород, пр. Гагарина, 23, корп. 3), доктор физико-математических наук, доцент, ведущий научный сотрудник, специалист в области разработки новых функциональных полупроводниковых материалов. E-mail: dorokhin@nifti.unn.ru.
Болдин Максим Сергеевич — Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского (603022, Нижний Новгород, пр. Гагарина, 23, корп. 3), кандидат физико-математических наук, зав. лабораторией, специалист в области спекания. E-mail: boldin@nifti.unn.ru.
Здоровейщев Антон Владимирович — Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского (603022, Нижний Новгород, пр. Гагарина, 23, корп. 3), кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник, специалист в области вакуумного электронно-лучевого испарения. E-mail: zdorovei@nifti.unn.ru.
Демина Полина Борисовна — Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского (603022, Нижний Новгород, пр. Гагарина, 23, корп. 3), младший научный сотрудник, специалист в области полупроводниковой спектроскопии. E-mail: demina@phys.unn.ru.
Боряков Алексей Владимирович — НОЦ Физика твердотельных наноструктур Нижегородского государственного университета им. Н.И. Лобачевского (603022, Нижний Новгород, пр. Гагарина, 23, корп. 3), кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник, специалист в области растровой электронной спектроскопии. E-mail: boryakov@phys.unn.ru.
Трушин Владимир Николаевич — Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского (603022, Нижний Новгород, пр. Гагарина, 23, корп. 3), доктор физико-математических наук, ведущий научный сотрудник, специалист в области рентгеновской спектроскопии. E-mail: trushin@phys.unn.ru.
Воронин Алексей Валерьевич — Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского (603022, Нижний Новгород, пр. Гагарина, 23, корп. 3), инженер, специалист в области плазменного спекания. E-mail: voronin@nifti.unn.ru.
Завражнов Александр Юрьевич — Воронежский государственный университет (394018, Воронеж, Университетская площадь, 1), доктор химических наук, доцент, профессор каф. неорганической химии ВГУ, специалист в области химии твердого тела и неорганической химии. E-mail: alzavr08@rambler.ru
Некрылов Иван Николаевич — Воронежский государственный университет (394018, Воронеж, Университетская площадь, 1), ассистент кафедры, специалист в области химии твердого тела и неорганической химии. Е-mail: nekrylovchem@yandex.ru.
Здоровейщев Даниил Антонович — Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского (603022, Нижний Новгород, пр. Гагарина, 23, корп. 3), студент, специализируется в области исследования электрофизических свойств материалов. E-mail: daniel.zdorov@gmail.com.
Ссылка на статью:
Кузнецов Ю.М., Ерофеева И.В., Дорохин М.В., Болдин М.С., Здоровейщев А.В., Демина П.Б., Боряков А.В., Трушин В.Н., Воронин А.А., Завражнов А.Ю., Некрылов И.Н., Здоровейщев Д.А. Легирование термоэлектрического наноструктурированного твердого раствора Si1–xGex(x ~ 0,3) донорными и акцепторной примесями в процессе
синтеза методом электроимпульсного плазменного спекания. Перспективные материалы, 2024, № 7, c. 18 – 33. DOI: 10.30791/1028-978X-2024-7-18-33
Литература содержит 21 ссылку.

См. подробнее о статье на сайте e-library
Литература/References
к статье Кузнецов Ю.М., Ерофеева И.В., Дорохин М.В., Болдин М.С., Здоровейщев А.В., Демина П.Б., Боряков А.В., Трушин В.Н., Воронин А.А., Завражнов А.Ю., Некрылов И.Н., Здоровейщев Д.А. Легирование термоэлектрического наноструктурированного твердого раствора Si1–xGex(x ~ 0,3) донорными и акцепторной примесями в процессе
синтеза методом электроимпульсного плазменного спекания. Перспективные материалы, 2024, № 7, c. 18 – 33. DOI: 10.30791/1028-978X-2024-7-18-33
1. Yu B., Zebarjadi M., Wang H., Lukas K., Wang H., Wang D., Opeil C., Dresselhaus M., Chen G., Ren Z. Enhancement of thermoelectric properties by modulation-doping in silicon germanium alloy nanocomposites. Nano Letters, 2012, v. 12, art. 2077.
2. Usenko A.A., Moskovskikh D.O., Gorshenkov M.V., Korotitskiy A.V., Kaloshkin S.D., Voronina A.I., Khovaylo V.V. Optimization of ball-milling process for preparation of Si-Ge nanostructured thermoelectric materials with a high figure of merit. Scripta Materialia, 2015, v. 96, pp. 9  12.
3. Murugasami R., Vivekanandhan P., Kumaran S., Kumar S. Synergetic enhancement of thermoelectric and mechanical properties of n-type SiGe-P alloy through solid state synthesis and spark plasma sintering. Materials Research Bulletin, 2019, v. 118, art. 110483.
4. Romanjek K., Vesin S., Aixala L., Baffie T., Bernard-Granger G., Dufourcq J. High-performance silicon–germanium-based thermoelectric modules for gas exhaust energy scavenging. Journal of Electronic Materials, 2015, v. 44, no. 6, pp. 2192  2202.
5. Ерофеева И.В., Дорохин М.В., Здоровейщев А.В., Кузнецов Ю.М., Попов А.А., Ланцев Е.А., Боряков А.В., Котомина В.Е. Получение электроимпульсным плазменным спеканием термо­электрических материалов на основе Si и Ge. Физика и техника полупроводников, 2018, т. 52, № 12, с. 1455 – 1459. / Erofeeva I.V., Dorokhin M.V., Zdoroveyshchev А.V., Kuznetsov Yu.M., Popov A.A., Lantsev E.A., Boryakov A.V. Production of Si- and Ge-based thermoelectric materials by spark plasma sintering. Semiconductors, 2018, v. 52, no. 12, pp. 1559  1563.
6. Дорохин М.В., Дёмина П.Б., Ерофеева И.В., Здоровейщев А.В., Кузнецов Ю.М., Болдин М.С., Попов А.А., Ланцев Е.А., Боряков А.В. Легирование термоэлектрических материалов на основе твёрдых растворов SiGe в процессе их синтеза методом электроимпульсного плазменного спекания. Физика и техника полупроводников, 2019, т. 53, № 9, с. 1182 – 1188. / Dorokhin M.V., Demina P.B., Erofeeva I.V., Zdoroveishchev А.V., Kuznetsov Yu.M., Boldin M.S., Popov A.A., Lantsev E.A., Boryakov A.V. In-situ doping of thermoelectric materials based on SiGe solid solutions during their synthesis by the spark plasma sintering technique. Semiconductors, 2019, v. 53, no. 9, pp. 1158  1163.
7. Дорохин М.В., Болдин М.С., Ускова Е.А., Боряков А.В., Демина П.Б., Ерофеева И.В., Здоровейщев А.В., Котомина В.Е., Кузнецов Ю.М., Ланцев Е.А., Попов А.А., Трушин В.Н. Форми­рование мелкодисперсного термоэлектрика Si1-xGex при электроимпульсном плазменном спекании. Журнал технической физики, 2021, т. 91, № 12, с. 1975 – 1983. / Dorokhin M.V., Boldin M.S., Uskova E.A., Boryakov A.V., Demina P.B., Erofeeva I.V., Zdoroveyshchev A.V., Kotomina V.E., Kuznetsov Yu.M., Lantsev E.A., Popov A.A., Trushin V.N. Formation of a fine-grained Si1−xGex thermoelectric by spark plasma sintering. Technical Physics, 2022, v. 67, no. 15, pp. 2402  2409.
8. Pearsall T.P. Silicon-germanium alloys and heterostructures: optical and electronic properties. Critical Reviews in Solid State and Materials Sciences, 2006, v. 15, no. 6, art. 1989.
9. Dorokhin M.V., Kuznetsov Yu.M., Demina P.B., Erofeeva I.V., Zavrazhnov A.Yu., Boldin M.S., Lantsev E.A., Popov A.A., Boryakov A.V., Zdoroveyshchev A.V., Ved M.V., Zdoroveyshchev D.A. High-efficiency spark plasma sintered Ge0.3Si0.7:P thermoelectric energy converters with silicone phosphide as a source of phosphorus doping. Nanoscale and microscale thermophysical engineering, 2023, v. 27, no. 2, pp. 125  134.
10. Каледов Л.А. Технология и конструкции микросхем, микропроцессоров и микросборок. Москва, Радио и связь, 1989, 400 с. / Kaledov L.A. Tekhnologiya i konstrukcii mikroskhem, mikroprocessorov i mikrosborok [Technology and designs of microcircuits, microprocessors and microassemblies]. Moscow, Radio and communications Publ., 1989, 400 p. (In Russ.).
11. Heller M.W., Nasby R.D., Johnson R.T. Electrical transpoet properties of SiGe thermoelectric alloys doped with As, P, and As+P. Journal of Applied Physics, 1976, v. 47, pp. 4113  4121.
12. Wong Y., Grovenor C.R.M., Batson P.E., Smith D.A. Effect of arsenic segregation on the electrical properties of grain boundaries in polycrystalline silicon. Journal of Applied Physics, 1985, v. 57, pp. 438  442.
13. Franz M., Pressel K., Gaworzewski P. Alloy effects in boron doped Si-rich SiGe bulk crystals. Journal of Applied Physics, 1998, v. 84, pp. 709  712.
14. Александров О.В. Моделирование концентрационной зависимости диффузии бора в кремнии. Физика и техника полупроводников, 2004, т. 38, № 3, с. 270 – 273. / Alexandrov O.V. Simulation of the concentration dependence of boron diffusion in silicon. Semiconductors, 2004, v. 38, no. 3, pp. 258  261.
15. Delugas P., Fiorentini V. Energetics of transient enhanced diffusion of boron in Ge and SiGe. Physical Review B, 2004, v. 69, art. 085203.
16. Amith A. Seebeck coefficient in n-type germanium-silicon alloys: “Competition” region. Physical Review Journals, 1965, v. 139, art. A1624.
17. Mingo N., Hauser D., Kobayashi N.P., Plissonnier M., Shakouri A. Nanoparticle-in-alloy approach to efficient thermoelectrics: silicides in SiGe. Nano Letters, 2009, v. 9, no. 2, art. 711.
18. Lee Y., Pak A.J., Hwang G.S. What is the thermal conductivity limit of silicon germanium alloys? Physical Chemistry Chemical Physics, 2016, v. 18, no. 29, art. 19544.
19. Zhang J., Yan Y., Xie H., Zhu T., Zhang C. Novel Ge-Sb-Te thermoelectric materials: A demonstration for an efficient diffusion couple technique in expediently exploiting new thermoelectric materials. Ceramics International, 2019, v. 45, no. 13, pp. 16039  16045.
20. Магомедов Я.Б., Билалов А.Р. Теплопроводность и соотношение Видемана-Франца в расплавах антимонидов индия и галлия. Физика и техника полупроводников, 2001, т. 35, № 5, с. 521 – 523. / Magomedov Ya.B., Bilalov A.R. Thermal conductivity and the Wiedemann-Franz relation in melts of indium and gallium antimonides. Semiconductors, 2001, v. 35, no. 5, pp. 521  523.
21. Wang X.W., Lee H., Lan Y.C., Zhu G.H., Joshi G., Wang D.Z., Yang J., Muto A.J., Tang M.Y., Klatsky J., Song S., Dresselhaus M.S., Chen G., Ren Z.F. Enhanced thermoelectric figure of merit in nanostructured n-type silicon germanium bulk alloy. Applied Physics Letters, 2008, v. 93, no. 19, art. 193121.
ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Поглотители электромагнитного излучения СВЧ-диапазона на основе
никельсодержащего порошкообразного активированного древесного угля

О. В. Бойправ, В. А. Богуш, В. С. Мокеров, Е. С. Белоусова

Представлены и обоснованы закономерности изменения характеристик поглощения электромагнитного излучения в диапазоне частот 2,0 – 17,0 ГГц материалов на основе никельсодержащего порошкообразного активированного древесного угля в зависимости от технологии его получения. Материалы изготовлены путем заполнения частицами угля емкостей, сформированных из полимерной самоклеящейся пленки. Толщина материалов составляла 0,3 см, значения коэффициента поглощения электромагнитного излучения в диапазоне частот 2,0 – 17,0 ГГц достигают величины 0,9. Ширина эффективной полосы поглощения электромагнитного излучения материалов на основе никельсодержащего порошкообразного активированного древесного угля, полученного в процессе осаждения наночастиц в течение 5,0 мин, равна 10,0 ГГц, а при длительности осаждения 10,0 мин и 15,0 мин, — 10,6 ГГц и 10,8 ГГц соответственно. При этом среднее значение коэффициента поглощения электромагнитного излучения в эффективной полосе поглощения полученных материалов составило 0,75, 0,77 и 0,82 отн. ед. соответственно. Ширина эффективной полосы поглощения электромагнитного излучения материалов равна 6,7 ГГц, а их среднее значение коэффициента поглощения электромагнитного излучения в указанной полосе — 0,74 отн. ед. Полученные материалы могут быть использованы для обеспечения электромагнитной совместимости приборов электронной техники и СВЧ-устройств.

Ключевые слова: коэффициент поглощения, порошкообразный активированный древесный уголь, химическое осаждение наночастиц никеля, электромагнитное излучение.

DOI: 10.30791/1028-978X-2024-7-34-41
Бойправ Ольга Владимировна — Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники (220013, Республика Беларусь, Минск, ул. П. Бровки, 6), кандидат технических наук, доцент, старший научный сотрудник научно-исследовательской части, специалист в области разработки радиопоглощающих материалов. E-mail: smu@bsuir.by.
Богуш Вадим Анатольевич — Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники (220013, Республика Беларусь, Минск, ул. П. Бровки, 6), доктор физико-математических наук, профессор, главный научный сотрудник, специалист в области разработки радиопоглощающих материалов. E-mail: bogush@bsuir.by.
Мокеров Вячеслав Сергеевич — Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники (220013, Республика Беларусь, Минск, ул. П. Бровки, 6), студент. E-mail: vyacheslav.mokerov@mail.ru.
Белоусова Елена Сергеевна — Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники (220013, Республика Беларусь, Минск, ул. П. Бровки, 6), кандидат технических наук, доцент, старший научный сотрудник, специалист в области разработки радиопоглощающих материалов. E-mail: belousova@bsuir.by.
Ссылка на статью:
Бойправ О.В., Богуш В.А., Мокеров В.С., Белоусова Е.С. Поглотители электромагнитного излучения СВЧ-диапазона на основе никельсодержащего порошкообразного активированного древесного угля. Перспективные материалы, 2024, № 7, c. 34 – 41. DOI: 10.30791/1028-978X-2024-7-34-41
Литература содержит 29 ссылок.

См. подробнее о статье на сайте e-library
Литература/References
к статье Бойправ О.В., Богуш В.А., Мокеров В.С., Белоусова Е.С. Поглотители электромагнитного излучения СВЧ-диапазона на основе никельсодержащего порошкообразного активированного древесного угля. Перспективные материалы, 2024, № 7, c. 34 – 41. DOI: 10.30791/1028-978X-2024-7-34-41
1. Qiu X., Wang L., Zhu H., Guana Y., Zhang Q. Lightweight and efficient microwave absorbing materials based on walnut shell-derived nano-porous carbon. Nanoscale, 2017, v. 9, no. 22, pp. 7408 – 7418.
2. Ansari A., Akhtar M.J. High porous carbon black based flexible nanocomposite as efficient absorber for X-band applications. Materials Research Express, 2018, v. 5, no. 10, art. 105017.
3. Zhang Z., Zhao H., Gu W., Yang L, Zhang B. A Biomass derived porous carbon for broadband and lightweight microwave absorption. Scientific Reports, 2019, v. 9, art. 18617.
4. Zhao H., Cheng Y., Liu W., Yang L., Zhang B., Wang L.P., Ji G., Xu Z.J. Biomass-derived porous carbon-based nanostructures for microwave absorption. Nano-Micro Letters, 2019, v. 11, no. 1, art. 24.
5. Cheng J.B., Shi H.-G., Cao M., Wang T., Zhao H.-B., Wang Y.-Z. Porous carbon materials for microwave absorption. Materials Advances, 2020, no. 8, pp. 2631 – 2645.
6. Guan H., Wang Q., Wu X., Pang J., Jiang Z., Chen G., Dong C., Wang L., Gong C. Biomass derived porous carbon (BPC) and their composites as lightweight and efficient microwave absorption materials. Composites Part B: Engineering, 2021, v. 207, art. 108562.
7. Zhang R., Qiao J., Zhang X., Yang Y., Zheng S., Li B., Liu W., Liu J., Zeng Z. Biomass-derived porous carbon for microwave absorption. Materials Chemistry and Physics, 2022, v. 289, art. 126437.
8. Chitraningrum N., Marlina R., Arundina R.Y., Togatorop E.R.S., Sulistyaningsih, Arisesa H., Budiman I., Daud P., Hamzah M. Microwave absorption properties of porous activated carbon-based palm oil empty fruit bunch. AIP Advances, 2022, v. 12, no. 11, art. 115024.
9. Aiqiong W., Li J., Chen M., Zhao X. A review of graphene-based broad bandwidth microwave absorbing textile-based composites in the low-frequency range. Journal of Industrial Textiles, 2022, v. 52, no. 2, pp. 1 – 21. https://doi.org/10.1177/15280837221133113.
10. Medeiros L.I., Medeiros N.C.F.L., Lima R.G.A., Amaral-Labat G., Baldan M.R., Lenz e Silva G.F.B., Boss A.F.N. Improved microwave absorption performance with sustainable porous carbon/carbon nanotube composites. Materials Research, 2022, v. 25 (suppl. 2), art. e20220169. https://doi.org/10.1590/1980-5373-MR-2022-0169.
11. Zhou P., Zhang J., Zhu H., Wang L., Wang X., Song Z., Zhang Q., Yu M., Liu Z., Xu T., Feng W., Feng X. Silica-modified ordered mesoporous carbon for optimized impedance-matching characteristic enabling lightweight and effective microwave absorbers. ACS Applied Materilals Interfaces, 2020, v. 12, no. 20, pp. 23252 – 23260.
12. Song Y., Yin F., Zhang C., Guo W., Han L., Yuan Y. Threedimensional ordered mesoporous carbon spheres modified with ultrafne zinc oxide nanoparticles for enhanced microwave absorption properties. Nano-Microletters, 2021, v. 13, no. 1, art. 76.
13. Wang J., Chen Y., WeiY., Li Y., Li F., Li B., Wu Q., Zhao J. Enhancement of microwave absorption performance of porous carbon induced by Ce(CO3)OH. Frontiers in Chemistry, 2022, v. 10, art.1100111. https://doi.org/10.3389/fchem.2022.1100111.
14. Shen Z., Zu Y., Chen Y., Gong J., Sun C. Microwave absorption performance of porous carbon particles modified by nickel with different morphologies. Journal of Materials Science & Technology, 2023, v. 137,
pp. 79 – 90.
15. Zeng S., Han S., Sun X., Wang L., Gao Y., Chen Z., Feng H. Co3O4 Nanoparticle-modified porous carbons with high microwave absorption performances. Nanomaterials, 2023, v. 13, no. 6, art. 1073.
16. Wu L., Wang G., Shi S., Liu X., Liu J., Zhao J., Wang G. Ni-Carbon microtube/polytetrafluoroethylene as flexible electrothermal microwave absorbers. Advanced Science, 2023, v. 10, no. 31, art. 2304218. https://doi.org/10.1002/advs.202304218.
17. Ayad H., Boiprav O., Lynkou L. Electromagnetic shields based on powdered coal-containing materials. Minsk, Bestprint, 2020, 122 p.
18. Бойправ О.В., Богуш В.А. Перспективные слоистые гибкие радиопоглощающие материалы на основе порошкообразного угля. Перспективные материалы. 2023, № 8, с. 15 – 26 / Boiprav O.V., Bogush V.A. Perspektivnye sloistye gibkie radiopogloshhajushhie materialy na osnove poroshkoobraznogo uglja [Advanced layered flexible radio-absorbing materials based on powdered charcoal]. Perspektivnye Materialy [Advanced Materials], 2023, no. 8, pp. 15 – 26. (In Russ.).
19. Boiprav O., Ayad H., Lynkou L. Radioshielding properties of nickel-containing activated carbon. Technical Physics Letters, 2019, v. 45, pp. 635 – 637.
20. Yapei Z., Zhangtao S., Gongjun C.Y., Chao S. Preparation method of porous carbon particle microwave absorbent with nano nickel deposited on surface. Patent CN114256630A. Published 29.03.2022.
21. Sunny V., Kumar D.S., Mohanan P., Anantharaman M.R. Nickel / carbon hybrid nanostructures as microwave absorbers. Materials Letters, 2010, v. 64, no. 10, pp. 1130 – 1132.
22. Xie P., Li H., He B., Dang F., Lin J., Fan R., Hou C., Liu H., Zhang J., Ma Y., Guo Z. Bio-gel derived nickel /carbon nanocomposites with enhanced microwave absorption. Journal of Materials Chemistry C, 2018, no. 6, pp. 8812 – 8822.
23. Chen W., Peng K., Wang J., He X., Su Y., Zhang B., Su X. Enhanced Microwave absorption properties of nickel-coated carbon fiber / glass fiber hybrid epoxy composites – towards an industrial reality. Materials Research Express, 2019, v. 6, no. 12, art. 126324.
24. Liu H., Wang P., Sun Z., Yan Z., Li A., Guo Z., Qian L. Ni/C-Carbon nanotube multidimensional heterospheres for highly efficient microwave absorbers. ACS Applied Nano Materials, 2022, v. 5, no. 11, pp. 17335 – 17346.
25. Wang Q., Wu X., Huang J., Chen S., Zhang Y., Dong C., Chen G., Wang L., Guan H. Enhanced microwave absorption of biomass carbon / nickel / polypyrrole (C/Ni/PPy) ternary composites through the synergistic effects. Journal of Alloys and Compounds, 2022, v. 890, art. 161887.
26. Химическое осаждение металлов из водных растворов. Под ред. В. В. Свиридова. Минск, Университетское, 1987, 270 с. / Himicheskoe osazhdenie metallov iz vodnyh rastvorov [Chemical Deposition of Metals from Aqueous Solutions]. Ed. by V. V. Sviridov. Minsk, Universitetskoe Publ., 1987, 270 p. (In Russ.).
27. Boiprav O., Ayad H., Abdaljlil S.A., Lynkou L., Abdulmawlay M. Charcoal- and foil-containing materials for radio electronic control systems protection from electromagnetic interferences. 2022 IEEE 21st International Conference on Sciences and Techniques of Automatic Control and Computer Engineering (STA), (Tunisia, 19–21 December 2021), pp. 299 – 304.
28. Hwang U., Kim J., Seol M., Lee B., Park I.-K., Suhr J., Nam J.-D. Quantitative interpretation of electromagnetic interference shielding efficiency: Is it really a wave absorber or a reflector? ACS Omega, 2022, v. 7, no. 5, pp. 4135 – 4139.
29. Shukla V. Review of electromagnetic interference shielding materials fabricated by iron ingredients. Nanoscale Advances, 2019, no. 1, pp. 1640 – 1671.
ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Полимерный композиционный материал для радиационной защиты линейных
ускорителей электронов

В. И. Павленко, Г. Г. Бондаренко, В. В. Кашибадзе, С. Н. Домарев

Синтезирован полимерный композиционный материал на основе фторопластового пресс-порошка наполненного оксидом вольфрама (VI). Представлены данные по модифицированию оксида вольфрама (VI) кремнийорганической смолой К-9. Установлено, что создание кремниевой оболочки на поверхности частиц оксида приводит к изменению гидрофильного характера поверхности на гидрофобный, оцениваемые по изменению краевого угла смачивания. Смешение порошков фторопласта и модифицированного WO3осуществляли с использование криогенного помола. Помол проводили в течение 30 мин с выдержкой температуры ниже –60 °C. Далее гомогенизированную смесь порошков загружали в пресс-форму, нагревали до температуры 280 °С, выдерживали в течение 1 ч и затем прессовали при удельном давлении 80 МПа. Прочность при изгибе при наполнении 30 масс. % составляет 21,17 МПа, а при наполнении 60 масс. % — 18,86 МПа. Проведено компьютерное моделирование прохождения электронного излучения с энергией от 1 до 10 МэВ через предлагаемые составы композитов с использованием программы CASINO V2. Графически построены траектории движения электронов, а также вычислен эффективный пробег электронов в заданном композитном материале.

Ключевые слова: фторопласт, радиационная защита, линейный ускоритель электронов, композит, эффективный пробег эл ектронов.

DOI: 10.30791/1028-978X-2024-7-42-50
Павленко Вячеслав Иванович — Белгородский государственный технологический университет
им. В.Г. Шухова (308012, Белгород, ул. Костюкова, 46), доктор технических наук, заведующий кафедрой теоретической и прикладной химии, специалист в области физики конденсированных сред, радиационного материаловедения, физической и коллоидной химии. E-mail: belpavlenko@mail.ru.
Бондаренко Геннадий Германович — Национальный исследовательский университет “Высшая школа экономики” Московский институт электроники и математики им. А.Н. Тихонова (123458, Москва, ул. Таллинская, 34), доктор физико-математических наук, профессор, специалист в области физики конденсированных сред, радиационного материаловедения, физико-химических свойств веществ. E-mail: bondarenko_gg@rambler.ru.
Кашибадзе Виталий Валерьевич — Белгородский государственный технологический университет
им. В.Г. Шухова (308012, Белгород, ул. Костюкова, 46), аспирант, специалист в области радиационного материаловедения. E-mail: vitaliy.kashibadze@mail.ru.
Домарев Семен Николаевич — Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова (308012, Белгород, ул. Костюкова, 46), магистрант, специалист в области радиационного материаловедения.
E-mail: domarev.sn@bstu.ru.
Ссылка на статью:
Павленко В.И., Бондаренко Г.Г., Кашибадзе В.В., Домарев С.Н. Полимерный композиционный материал для радиационной защиты линейных ускорителей электронов. Перспективные материалы, 2024, № 7, c. 42 – 50.
DOI: 10.30791/1028-978X-2024-7-42-50
Литература содержит 18 ссылок.

См. подробнее о статье на сайте e-library
Литература/References
к статье Павленко В.И., Бондаренко Г.Г., Кашибадзе В.В., Домарев С.Н. Полимерный композиционный материал для радиационной защиты линейных ускорителей электронов. Перспективные материалы, 2024, № 7, c. 42 – 50.
DOI: 10.30791/1028-978X-2024-7-42-50
1. Юров Д.С., Шведунов В.И., Алимов А.С. Линейные ускорители электронов непрерывного действия для научных и прикладных целей. Вестник Московского университета. Серия 3. Физика. Астрономия, 2023, т. 78, № 1, art. ID 2310501. / Yurov D.S., Shvedunov V.I., Alimov A.S. Continuous wave linear electron accelerators for science and applications. Moscow University Physics Bulletin, 2023, v. 78, no. 1, pp. 85 – 90.
2. Jia C., Wang Q., Yao X., Yang J. The role of DNA damage induced by low/high dose ionizing radiation in cell carcinogenesis. Exploratory Research and Hypothesis in Medicine, 2021, v. 6, no. 4, pp. 177 – 184.
3. Тхорик О.В., Харламов В.А., Полякова И.В. и др. Мировой опыт применения облучения низкоэнергетическими электронами в сельском хозяйстве. Вестник Российского университета дружбы народов. Серия: Агрономия и животноводство, 2023, т. 18, № 4, с. 541 – 553. / Tkhorik O.V., Kharlamov V.A., Polyakova I.V. et al. Mirovoj opyt primeneniya oblucheniya nizkoenergeticheskimi elektronami v sel’skom hozyajstve [World experience in the application of low-energy electron irradiation in agriculture]. Vestnik Rossijskogo universiteta druzhby narodov. Seriya: Agronomiya i zhivotnovodstvo [RUDN Journal of Agronomy and Animal Industries], 2023, v. 18, no. 4, pp. 541 – 553. (In Russ.).
4. Gómez B., Munekata P.E.S., Gavahian M. et al. Application of pulsed electric fields in meat and fish processing industries: An overview. Food Research International, 2019, v. 123, pp. 95 – 105.
5. Рогов И.А., Чоманов У.Ч., Данильчук Т.Н. Эффек­тивность метода обработки быстрыми электронами для снижения порчи растительного сырья при хранении и транспортировке. Health, Food & Biotechnology, 2020, № 2(1), с. 84 – 97. / Rogov I.A., Chomanov U.Ch., Danilchuk T.N. Effektivnost’ metoda obrabotki bystrymi elektronami dlya snizheniya porchi rastitel’nogo syr’ya pri hranenii i transportirovke [The effectiveness of the fast electron treatment method to reduce the spoilage of plant materials during storage and transportation]. Health, Food & Biotechnology, 2020, no. 2(1), pp. 84 – 97. (In Russ.).
6. Ястребинский Р.Н., Бондаренко Г.Г., Карнаухов А.А. и др. Многогрупповое моделирование защиты от нейтронного и гамма-излучения материалами на основе гидрида титана. Перспективные материалы, 2022, № 6, с. 25 – 36. / Yastrebinsky R.N., Bondarenko G.G., KarnauhovA.A. et al. Multigroup simulation of protection against neutron and gamma radiation by materials based on titanium hydride. Inorganic Materials: Applied Research, 2022, v. 13, no. 5, pp. 1261 – 1269.
7. Ястребинский Р.Н., Бондаренко Г.Г., Карнаухов А.А. Ослабление нейтронного и гамма-излучения радио­изотопных источников материалом на ос­нове модифицированного гидрида титана. Перспективные материалы, 2021, № 9, с. 24 – 33. / Yastrebinsky R.N., Bondarenko G.G., Karnauhov A.A. Attenuation of neutron and gamma radiation from radioisotope sources by material based on modified titanium hydride. Inorganic Materials: Applied Research, 2022, v. 13, no. 2, pp. 357 – 364.
8. Pomaro B. A Review on radiation damage in concrete for nuclear facilities: from experiments to modeling. Modelling and Simulation in Engineering, 2016, no. 8, art. 4165746.
9. Sutjipto A.G.E., Asmara Y.P., Jusoh M.A. Behavior of MgO based ceramics under electron irradiation. Procedia Engineering, 2017, v. 170, pp. 88 – 92.
10. Kinsho M., Saito Y., Nishizawa D. et al. 2.5 MeV electron irradiation effect of alumina ceramics. Journal of Nuclear Materials, 2003, v. 318, pp. 307 – 312.
11. Матюхин П.В., Павленко В.И., Ястребинский Р.Н. и др. Перспективы создания современных высоко­конструкционных радиационно-защитных металлокомпозитов. Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова, 2011, № 2, с. 27 – 29. / Matyukhin P.V., Pavlenko V.I., Yastrebinsky R.N., et al. Perspektivy sozdaniya sovremennyh vysoko­kon­strukcionnyh radiacionno-zashchitnyh metallo­kompozitov [Prospects for the creation of modern highly structural radiation-protective metal composites]. Vestnik Belgorodskogo gosudarstvennogo tekhnologicheskogo universiteta im. V.G. Shuhova [Bulletin of Belgorod State Technological University named after V.G. Shukhov], 2011, no. 2, pp. 27 – 29. (In Russ.).
12. Безродных И.П., Морозова Е.И., Петрукович А.А. Тормозное излучение электронов в веществе космического аппарата. Методика расчёта. Вопросы электромеханики. Труды ВНИИЭМ, 2011, т. 120, № 1, с. 37 – 44. / Bezrodnykh I.P., Morozova E.I., Petrukovich A.A. Tormoznoe izluchenie elektronov v veshchestve kosmicheskogo apparata. Metodika raschyota. [Bremsstrahlung of electrons in the matter of a spacecraft. Calculation method]. Voprosy elektromekhaniki. Trudy VNIIEM [Questions of electromechanics. Proceedings of VNIIEM], 2011, v. 120, no. 1, pp. 37 – 44. (In Russ.).
13. Павленко В.И., Бондаренко Г.Г., Черкашина Н.И. Физико-механические характеристики композита на основе полиимидной матрицы, наполненной оксидом вольфрама. Перспективные материалы, 2019, № 7, с. 15 – 25. / Pavlenko V.I., Bondarenko G.G., Cherkashina N.I. Fiziko-mekhanicheskie harakteristiki kompozita na osnove poliimidnoj matricy, napolnennoj oksidom vol’frama [Physico-mechanical characteristics of a composite based on a polyimide matrix filled with tungsten oxide]. Perspektivnye materialy [Perspective materials], 2019, no. 7, pp. 15 – 25. (In Russ.).
14. More C.V., Alsayed Z., Badawi M.S. et al. Polymeric composite materials for radiation shielding: a review. Environmental Chemistry Letters, 2021, v. 19, pp. 2057 – 2090.
15. Zeng C., Kang Q., Duan Z. et al. Development of polymer composites in radiation shielding applications: A review. Journal of Inorganic and Organometallic Polymers and Materials, 2023, v. 33, pp. 2191 – 2239.
16. Cherkashina N.I., Pavlenko V.I., Shkaplerov A.N. et al. Neutron attenuation in some polymer composite material. Advances in Space Research, 2024, v. 73, pp. 2638 – 2651.
17. Drouin D., Couture A.R., Joly D. et al. CASINO V2.42—A fast and easy-to-use modeling tool for scanning electron microscopy and microanalysis users. Scanning, 2007, v. 29, pp. 92 – 101.
18. Hovington P., Drouin D., Gauvin R. CASINO: A new Monte Carlo code in C language for electron beam interaction — part I: Description of the program. Scanning, 2006, v. 19, no. 1, pp. 1 – 14.
ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Разработка и исследование гидрогелевых материалов на основе гидроксиапатита
и альгината натрия

Е. А. Зеличенко, Я. Б. Чубенко, В. В. Гузеев, Т. И. Гузеева, О. А. Гурова

Проведены исследования гидрогелевых материалов, содержащих альгинат натрия и гидроксиапатит, полученный методом деминерализации костей крупного рогатого скота. В результате исследования вязкости раствора установлено оптимальное содержание альгината натрия в растворе. Определено время набухания альгината натрия используемой марки и производителя. Проведенные исследования гидрогелевого материала методом оптической микроскопии показали, что микрочастицы гидроксиапатита обладают преимущественно сферообразной формой и равномерно распределены в изучаемых образцах. В результате проверки токсичности определено, что гидрогелевые материалы соответствуют требованиям безопасного применения по санитарно-химическим и токсиколого-гигиеническим показателям, что указывает на целесообразность дальнейшего изучения данных материалов. Возможность их применения для направленной доставки биологически активных веществ внутри организма должна быть подтверждена после проведения полного комплекса необходимых проверок на соответствие требуемым стандартам.

Ключевые слова: гидрогелевый материал, гидроксиапатит, альгинат натрия, глицерин, суспензия.

DOI: 10.30791/1028-978X-2024-7-51-59
Зеличенко Елена Алексеевна — Северский технологический институт — филиал Национального исследовательского ядерного университета “МИФИ” (636036, Томская область, Северск, пр. Коммунистический, 65), кандидат технических наук, доцент, специалист в области исследования процессов формирования и анализа свойств керамических и полимерных композиционных материалов.E-mail: zelichenko65@mail.ru.
Чубенко Яна Борисовна — Северский технологический институт — филиал Национального исследовательского ядерного университета “МИФИ” (636036, Томская область, Северск, пр. Коммунистический, 65), младший научный сотрудник, специалист в области материалов современной энергетики. E-mail: yana-sti@bk.ru.
Гузеев Виталий Васильевич — Северский технологический институт — филиал Национального исследовательского ядерного университета “МИФИ” (636036, Томская область, Северск, пр. Коммунистический, 65), доктор технических наук, профессор, специалист в области химии и технологии материалов современной энергетики, а также керамических и композиционных материалов. E-mail: guzeev@mail.tomsknet.ru.
Гузеева Татьяна Ивановна — Северский технологический институт — филиал Национального исследовательского ядерного университета “МИФИ” (636036, Томская область, Северск, пр. Коммунистический, 65), доктор технических наук, профессор, специалист в области химии и технологии материалов современной энергетики, а также органической химии, керамических и композиционных материалов. E-mail: TIGuzeeva@mephi.ru.
Гурова Оксана Александровна — Северский технологический институт — филиал Национального исследовательского ядерного университета “МИФИ” (636036, Томская область, Северск, пр. Коммунистический, 65), младший научный сотрудник, специалист в области материалов современной энергетики. E-mail: oksana87@sibmail.com.
Ссылка на статью:
Зеличенко Е.А., Чубенко Я.Б., Гузеев В.В., Гузеева Т.И., Гурова О.А. Разработка и исследование гидрогелевых материалов на основе гидроксиапатита и альгината натрия. Перспективные материалы, 2024, № 7, c. 51 – 59.
DOI: 10.30791/1028-978X-2024-7-51-59
Литература содержит 16 ссылок.

См. подробнее о статье на сайте e-library
Литература/References
к статье Зеличенко Е.А., Чубенко Я.Б., Гузеев В.В., Гузеева Т.И., Гурова О.А. Разработка и исследование гидрогелевых материалов на основе гидроксиапатита и альгината натрия. Перспективные материалы, 2024, № 7, c. 51 – 59.
DOI: 10.30791/1028-978X-2024-7-51-59
1. Тимченко Т.В., Блинов А.В., Серов А.В. и др. Влияние скорости, времени гомогенизации, вида поверхностно-активного вещества на размер и форму наночастиц пентоксифиллина на основе поли-dl-лактид-ко-гликолида. Фармация и фармакология, 2017, № 2, с. 177  194. / Timchenko T.V., Blinov A.V., Serov A.V. et al. Vliyanie skorosti, vremeni gomogenizatsii, vida poverkhnostno-aktivnogo veshchestva na razmer i formu nanochastits pentoksifillina na osnove poli-dl-laktid-ko-glikolida [The effect of the rate, time of homogenization, and type of surfactant on the size and shape of pentoxifylline nanoparticles based on poly-dl-lactide-co-glycolide]. Farmatsiya i farmakologiya [Pharmacy and Pharmacology], 2017, no. 2, pp. 177 − 194. (In Russ.).
2. Чазов Е.И., Смирнов В.Н., Торчилин В.П. Направленный транспорт лекарств: проблемы и перспективы. Российский химический журнал, 1987, т. XXXII, № 5, с. 485  487. / Chazov E.I., Smirnov V.N., Torchilin V.P. Napravlennyi transport lekarstv: problemy i perspektivy [Directed drug transport: problems and prospects]. Rossiiskii khimicheskii zhurnal [Russian Chemical Journal], 1987, v. XXXII, no. 5, pp. 485 − 487. (In Russ.).
3. Ивонин А.Г., Пименов Е.В., Оборин В.А. и др. Направленный транспорт лекарственных пре­па­ратов: современное состояние вопроса и перспективы. Известия Коми научного центра УрО РАН, Сыктывкар, 2012, вып. 1 (9), c. 46  55. / Ivonin A.G., Pimenov E.V., Oborin V.A. et al. Napravlennyi transport lekarstvennykh preparatov: sovremennoe sostoyanie voprosa i perspektivy [Directed transport of medicines: the current state of the issue and prospects]. Izvestiya Komi nauchnogo tsentra UrO RAN, Syktyvkar [News of the Komi Scientific Center of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences, Syktyvkar], 2012, no. 1 (9), pp. 46  55. (In Russ.).
4. Максименко А.В. Приближение исследований фармакологических ферментов нового поколения к клинической практике. Кардиологический вестник, 2018, № 4, c. 41  49. / Maksimenko A.V. Priblizhenie issledovanii farma­kologicheskikh fermentov novogo pokoleniya k klini­cheskoi praktike [Bringing the research of pharmacological enzymes of a new generation closer to clinical practice]. Kardiologicheskii vestnik [Cardiological bulletin], 2018, no. 4, pp. 41  49. (In Russ.).
5. Кулакова И.И., Лисичкин Г.В., Яковлев Р.Ю., Селезенев Н.Г. Направленный транспорт лекарственных средств: от идеи до внедрения: учебно-методическое пособие. Рязань, ФГБОУ ВО РязГМУ Минздрава России, 2018, 104 с. / Kulakova I.I., Lisichkin G.V., Yakovlev R.Yu., Selezenev N.G. Napravlennyi transport lekarstvennykh sredstv: ot idei do vnedreniya: uchebno-metodicheskoe posobie [Directional transport of medicines: from idea to implementation: an educational and methodological guide]. Ryazan’, FGBOU VO RyazGMU Minzdrava Rossii Publ., 2018, 104 p. (In Russ.).
6. Криштанова Н.А., Сафонова М.Ю., Болотова В.Ц., Павлова Е.Д., Саканян Е.И. Перспективы исполь­зование полисахаридов в качестве лечебных и лечебно-профилактических средств. Вестник ВГУ. Серия: Химия. Биология. Фармация, 2005, № 1,
c. 212  221. / Krishtanova N.A., Safonova M.Yu., Bolotova V.Ts., Pavlova E.D., Sakanyan E.I. Perspektivy ispol’zovanie polisakharidov v kachestve lechebnykh i lechebno-profilakticheskikh sredstv [Prospects for the use of polysaccharides as therapeutic and prophylactic agents]. Vestnik Voronezhskogo gosudarstvennogo universiteta. Seriya: Khimiya. Biologiya. Farmatsiya [Bulletin of Voronezh State University. Series: Chemistry. Biology. Pharmacy], 2005, no. 1, pp. 212  221. (In Russ.).
7. Сливкин А.И. Полиурониды. Структура, свойства, применение (обзор). Вестник ВГУ. Серия: Химия. Биология. Фармация, 2000, № 2, c. 30  46. / Slivkin A.I. Poliuronidy. Struktura, svoistva, primenenie (obzor) [Polyuronides. Structure, properties, application (overview)]. Vestnik Voronezhskogo gosudarstvennogo universiteta. Seriya: Khimiya. Biologiya. Farmatsiya [Bulletin of Voronezh State University. Series: Chemistry. Biology. Pharmacy], 2000, no. 2, pp. 30  46. (In Russ.).
8. Хотимченко Ю.С., Ковалев В., Савченко О., Зиганшина О. Физико-химические свойства, физиологическая активность и применение альгинатов полисахаридов бурых водорослей. Биология моря, 2001, т. 27, № 3, с. 151  162. / Khotimchenko Yu. S., Kovalev V., Savchenko O., Ziganshina O. Fiziko-khimicheskie svoistva, fiziolo­gicheskaya aktivnost’ i primenenie al’ginatov polisakharidov burykh vodoroslei [Physico-chemical properties, physiological activity and application of alginates of brown algae polysaccharides]. Biologiya morya [Marine Biology], 2001, v. 27, no. 3, pp. 151  162. (In Russ.).
9. Гросберг А.Ю., Хохлов А.Р. Физика в мире полимеров. М.: Наука, 1989, 208 с. / Grosberg A.Yu., Khokhlov A.R. Fizika v mire polimerov [Physics in the polymer world]. M.: Nauka Publ., 1989, 208 p. (In Russ.).
10. Кедик С.А., Жаворонок Е.С., Седишев И.П., Панов А.В., Суслов В.В., Петрова Е.А., Сапельников М.Д., Шаталов Д.О., Еремин Д.В. Полимеры для системной доставки лекарственных веществ пролонгированного действия (Обзор). Перспективные синтетические и природные полимеры. Разработка и регистрация лекарственных средств, 2013, № 3, c. 22  35. / Kedik S.A., Zhavoronok E.S., Sedishev I.P., Panov A.V., Suslov V.V., Petrova E.A., Sapel’nikov M.D., Shatalov D.O., Eremin D.V. Polimery dlya sistemnoi dostavki lekarstvennykh veshchestv prolongirovannogo deistviya (Obzor). Perspektivnye sinteticheskie i prirodnye polimery [Polymers for systemic delivery of long-acting drugs (Review). Promising synthetic and natural polymers]. Razrabotka i registratsiya lekarstvennykh sredstv [Development and registration of medicines], 2013, no. 3, pp. 22  35. (In Russ.).
11. Гажва Ю.В., Бонарцев А.П., Мухаметшин Р.Ф. и др. Разработка и исследование in vivo и in vitro костно-пластического материала на основе композиции гидроксиапатита, поли-3-оксибутирата и альгината натрия. Современные технологии в медицине, 2014, № 1, c. 6  13. / Gazhva Yu.V., Bonartsev A.P., Mukhametshin R.F. et al. Razrabotka i issledovanie in vivo i in vitro kostno-plasticheskogo materiala na osnove kompozitsii gidroksiapatita, poli-3-oksibutirata i al’ginata natriya [Development and research in vivo and in vitro of a bone-plastic material based on a composition of hydroxyapatite, poly-3-hydroxybutyrate and sodium alginate]. Sovremennye tekhnologii v meditsine [Modern Medical Technologies], 2014, no. 1, pp. 6  13. (In Russ.).
12. Мелешко А.А., Толстой В.П., Афиногенов Г.Е. и др. Перспективы применения наноматериалов на основе гидроксиапатита, созданных в условиях послойной химической сборки, в травматологии и ортопедии детского возраста. Ортопедия, травматология и восстановительная хирургия детского возраста, 2020, т. 8, № 2, c. 103  116. / Meleshko A.A., Tolstoi V.P., Afinogenov G.E. et al. Perspektivy primeneniya nanomaterialov na osnove gidroksiapatita, sozhdannykh v usloviyakh posloinoi khimicheskoi sborki, v travmatologii i ortopedii detskogo vozrasta [Prospects for the use of hydroxyapatite-based nanomaterials created under conditions of layered chemical assembly in traumatology and orthopedics of childhood]. Ortopediya, travmatologiya i vosstanovitel’naya khirurgiya detskogo vozrasta [Orthopedics, traumatology and reconstructive surgery for children], 2020, v. 8, no. 2, pp. 103  116. (In Russ.).
13. ГОСТ ISO 11137-2-2011. Стерилизация медицинской продукции. Радиационная стерилизация. Часть 2. Установление стерилизующей дозы. Введ. 2013.01.01. М.: Стандартинформ, 2013, 50 с. / GOST ISO 11137-2-2011. Sterilizatsiya meditsinskoi produktsii. Radiatsionnaya sterilizatsiya. Chast’ 2. Ustanovlenie sterilizuyushchei dozy [Sterilization of medical products. Radiation sterilization. Part 2. Setting the sterilizing dose]. It is valid from 2013.01.01. M.: Standartinform Publ., 2013, 50 p. (In Russ.).
14. https://pcgroup.ru/blog/poleznye-svojstva-glitserina. “Магазин реактивов и оборудования”: информационный портал. Полезные свойства глицерина (дата обращения: 10.02.2021 г)/ https://pcgroup.ru/blog/poleznye-svojstva-glitserina. “Magazin reaktivov i oborudovaniya” [“Reagents and Equipment store”]: inf. portal [website]. Poleznye svoistva glitserina [Useful properties of glycerin] (date of application: 10.02.2021). (In Russ.).
15. Зеличенко Е.А., Гузеев В.В., Ковальская Я.Б., Гурова О.А., Гузеева Т.И. Сравнительный анализ свойств порошков гидроксиапатита, полученных различными методами. Перспективные материалы, 2018, № 5, с. 41  49. DOI: 10.30791/1028-978X-2018-5-41-49. / Zelichenko E.A., Guzeev V.V., Koval’skaya Ya.B., Gurova O.A., Guzeeva T.I. Comparative analysis of the properties of hydroxyapatite powders prepared by different techniques. Inorganic Materials: Applied Research, 2018, v. 9, no. 5, pp. 884 – 889. DOI: 10.1134/S2075113318050337.
16. Зуев В.В., Успенская М.В., Олехнович А.О. Физика и химия полимеров: учебное пособие. СПб: СПбГУ ИТМО, 2010, c. 379 – 420. / Zuev V.V., Uspenskaya M.V., Olekhnovich A.O. Fizika i khimiya polimerov: uchebnoe posobie [Physics and chemistry of polymers: a textbook]. St. Petersburg, SPbGU ITMO Publ., 2010, pp. 379 – 420. (In Russ.).
ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Получение композиций “природный графит – фенолформальдегидная смола”
с высокой тепло- и электропроводностью

А. А. Хачатурян, Е. А. Данилов, А. Б. Шахназарова, В. М. Самойлов

Исследованы высоконаполненные композиционные материалы на основе системы “природный графит – фенолформальдегидная смола” с содержанием наполнителя 75 – 95 масс.%. Исследовано влияние вида распределения частиц наполнителя по размерам на функциональные характеристики материалов. Показано, что теплопроводность и удельная электропроводность материалов экспоненциально снижается с увеличением времени измельчения наполнителя. Установлено, что выбранная технология позволяет получать материалы с преимущественной ориентацией базальных плоскостей частиц наполнителя перпендикулярно оси прессования, что приводит к выраженной анизотропии тепло- и электропроводности (около 10). Установлено, что наилучшие свойства достигаются при содержании наполнителя 90 масс. %: средняя электропроводность — 401,4 См/см; теплопроводность — 142,3 Вт/(м∙К); теплоемкость — 0,83 Дж/(г∙К); предел прочности и модуль упругости при изгибе — 41,9 МПа и 24,4 ГПа соответственно. Полученные композиции с высокими значениями тепло- и электропроводности показали перспективность их применения в качестве материалов для изготовления теплообменных электропроводящих поверхностей, включая биполярные пластины топливных элементов.

Ключевые слова: природный графит, фенолформальдегидная смола, композиционные материалы, электроды, биполярные пластины, топливные элементы, теплопроводность, электропроводность.

DOI: 10.30791/1028-978X-2024-7-60-71
Хачатурян Артем Арменович — Российский Химико-Технологический Университет им. Д.И. Менделеева (125047, Москва, Миусская пл., 9), аспирант 1-года обучения; АО “Научно-исследовательский институт конструкционных материалов на основе графита “НИИграфит” (111524, Москва, ул. Электродная, 2), инженер 2-й категории, специалист в области химической технологии углеродных материалов и материалов на основе углерода. E-mail: dogrann@inbox.ru.
Данилов Егор Андреевич — АО “Научно-исследовательский институт конструкционных материалов на основе графита “НИИграфит” (111524, Москва, ул. Электродная, 2); Российский Химико-Технологический Университет им. Д.И. Менделеева (125047, Москва, Миусская пл., 9), кандидат химических наук, начальник лаборатории, специалист в области физикохимии и технологий получения материалов на основе углерода и наноматериалов. E-mail: danilovegor1@gmail.com.
Шахназарова Александра Борисовна — АО “Научно-исследовательский институт конструкционных материалов на основе графита “НИИграфит” (111524, Москва, ул. Электродная, 2), научный сотрудник, специалист в области методов исследования углеродных материалов. E-mail: alexsandrash@mail.ru.
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:
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. DOI: 10.30791/1028-978X-2024-7-60-71
Литература содержит 44 сылки.

См. подробнее о статье на сайте e-library
Литература/References
к статье 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. DOI: 10.30791/1028-978X-2024-7-60-71
1. Cevallos J.G., Bergles A.E., Bar-Cohen A., Rodgers P., Gupta S. Polymer heat exchangers — history, opportunities, and challenges. Heat Transfer Engineering, 2012, v. 33, no. 13, pp. 1075 –1093.
2. Vadivelu M.A., Kumar C.R., Joshi G.M. Polymer composites for thermal management: a review. Composite Interfaces, 2016, v. 23, no. 9, pp. 847 – 872.
3. Porstmann S., Wannemacher T., Drossel W.G. A comprehensive comparison of state-of-the-art manufacturing methods for fuel cell bipolar plates including anticipated future industry trends. Journal of Manufacturing Processes, 2020, v. 60, pp. 366 – 383.
4. Li X., Sabir I. Review of bipolar plates in PEM fuel cells: Flow-field designs. International Journal of Hydrogen Energy, 2005, v. 30, no. 4, pp. 359 – 371.
5. Zhang X., Shen L., Xia X., Wang H., Du Q. Study on the interface of phenolic resin/expanded graphite composites prepared via in situ polymerization. Materials Chemistry and Physics, 2008, v. 111, no. 2 – 3, pp. 368 – 374.
6. Yin Q., Li A.J., Wang W.Q., Xia L.G., Wang Y.M. Study on the electrical and mechanical properties of phenol formaldehyde resin/graphite composite for bipolar plate. Journal of Power Sources, 2007, v. 165, no. 2, pp. 717 – 721.
7. Hui C., Liu H.B., Li J.X., Li Y., He Y.D. Characteristics and preparation of polymer/graphite composite bipolar plate for PEM fuel cells. Journal of Composite Materials, 2009, v. 43, no. 7, pp. 755 – 767.
8. Dhakate S.R., Sharma S., Borah M., Mathur R.B., Dhami T.L. Expanded graphite-based electrically conductive composites as bipolar plate for PEM fuel cell. International Journal of Hydrogen Energy, 2008, v. 33, no. 23, pp. 7146 – 7152.
9. Roncaglia F., Romagnoli M., Incudini S. et al. Graphite-epoxy composites for fuel-cell bipolar plates: Wet vs dry mixing and role of the design of experiment in the optimization of molding parameters. International Journal of Hydrogen Energy, 2021, v. 46, no. 5, pp. 4407 – 4416.
10. Kakati B.K., Sathiyamoorthy D., Verma A. Electro­chemical and mechanical behavior of carbon composite bipolar plate for fuel cell. International Journal of Hydrogen Energy, 2010, v. 35, no. 9, pp. 4185 – 4194.
11. Naji A., Krause B., Pötschke P., Ameli A. Hybrid conductive filler/polycarbonate composites with enhanced electrical and thermal conductivities for bipolar plate applications. Polymer Composites, 2019, v. 40, no. 8, pp. 3189 – 3198.
12. Lee J.H., Jang Y.K., Hong C.E. et al. Effect of carbon fillers on properties of polymer composite bipolar plates of fuel cells. Journal of Power Sources, 2009, v. 193, no. 2, pp. 523 – 529.
13. Нефедкин С.И., Иваненко А.В., Павлов В.И. и др. Разработка водород-воздушных топливных элементов с открытым катодом для энергосистемы с высокими удельными характеристиками. Электрохимия, 2022, т. 58, № 3, с. 103 – 115. / Nefedkin S.I., Ivanenko A.V., Pavlov V.I. et al. Razrabotka vodorod-vozdushnykh toplivnykh ele­mentov s otkrytym katodom dlya energosistemy s vysokimi udelnymi kharakteristikami [Development of hydrogen-air fuel cells with an open cathode for power systems with constant specific work]. Elektrokhimiya [Electrochemistry], 2002, v. 58, no. 3, pp. 103 – 115. (In Russ.).
14. 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.
15. Antunes R.A., De Oliveira M.C.L., Ett G. et al. Investigation on the corrosion resistance of carbon black–graphite-poly (vinylidene fluoride) composite bipolar plates for polymer electrolyte membrane fuel cells. International Journal of Hydrogen Energy, 2011, v. 36, no. 19, pp. 12474 – 12485.
16. Shojaeenezhad S.S., Farbod M., Kazeminezhad I. Effects of initial graphite particle size and shape on oxidation time in graphene oxide prepared by Hummers’ method. Journal of Science: Advanced Materials and Devices, 2017, v. 2, no. 4, pp. 470 – 475.
17. Ender M., Joos J., Weber A., Ivers-Tiffée E. Anode microstructures from high-energy and high-power lithium-ion cylindrical cells obtained by X-ray nano-tomography. Journal of Power Sources, 2014, v. 269, pp. 912 – 919.
18. Molina J.M., Narciso J., Weber L., Mortensen, A., Louis E. Thermal conductivity of Al–SiC composites with monomodal and bimodal particle size distribution. Materials Science and Engineering: A, 2008, v. 480, no. 1 – 2, pp. 483 – 488.
19. Aghajan M.H., Hosseini S.M., Razzaghi-Kashani M. Particle packing in bimodal size carbon black mixtures and its effect on the properties of styrene-butadiene rubber compounds. Polymer Testing, 2019, v. 78, art. 106002.
20. Mujtaba A., Keller M., Ilisch S. et al. Mechanical properties and cross-link density of styrene–butadiene model composites containing fillers with bimodal particle size distribution. Macromolecules, 2012, v. 45, no. 16, pp. 6504 – 6515.
21. Zheng J., Peng Y., Fan R. et al. Study on carbon matrix composite bipolar plates with balance of conductivity and flexural strength. Chinese Chemical Letters, 2023, v. 34, no. 5, art. 107616.
22. 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, с. 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.
23. Butland A.T.D., Maddison R.J. The specific heat of graphite: An evaluation of measurements. Journal of Nuclear Materials, 1973, v. 49, no. 1, pp. 45 – 56.
24. Erä V.A., Mattila A., Lindberg J.J. Determination of specific heat of phenol formaldehyde resol resins by differential scanning calorimetry. Die Angewandte Makromolekulare Chemie: Applied Macromolecular Chemistry and Physics, 1977, v. 64, no. 1, pp. 235 – 238.
25. Henderson J.B., Emmerich W.D., Wassmer E. Measurement of the specific heat and heat of decomposition of a polymer composite to high temperatures. Journal of Thermal Analysis, 1988, v. 33, pp. 1067 – 1077.
26. Albarbar A., Alrweq M., Albarbar A., Alrweq M. Proton exchange membrane fuel cells. Proton Exchange Membrane Fuel Cells: Design, Modelling and Performance Assessment Techniques, 2018, pp. 9 – 29.
27. Agari Y., Uno T. Estimation on thermal conductivities of filled polymers. Journal of Applied Polymer Science, 1986, v. 32, no. 7, pp. 5705 – 5712.
28. Du L. Highly conductive epoxy/graphite polymer composite bipolar plates in proton exchange membrane (PEM) fuel cells: дис., University of Akron, 2008.
29. Hu B., Chen L., Guo C. et al. Constructing three-dimensional conductive network in composite bipolar plates by sacrificial materials for improvement of proton exchange membrane fuel cell performance. Journal of Power Sources, 2022, v. 552, art. 232261.
30. Witpathomwong S., Okhawilai M., Jubsilp C., Karagiannidis P., Rimdusit S. Highly filled graphite/graphene/carbon nanotube in polybenzoxazine composites for bipolar plate in PEMFC. International Journal of Hydrogen Energy, 2020, v. 45, no. 55, pp. 30898 – 30910.
31. Magampa P.P., Manyala N., Focke W.W. Properties of graphite composites based on natural and synthetic graphite powders and a phenolic novolac binder. Journal of Nuclear Materials, 2013, v. 436, no. 1-3, pp. 76 – 83.
32. Mokhena T.C., Mochane M.J., Sefadi J.S., Motloung S.V., Andala D.M. Thermal conductivity of graphite-based polymer composites. In Book: Impact of Thermal Conductivity on Energy Technologies, 2018, pp. 181 – 197.
33. Kakati B.K., Yamsani V.K., Dhathathreyan K.S., Sathiyamoorthy D., Verma A. The electrical conductivity of a composite bipolar plate for fuel cell applications. Carbon, 2009, v. 47, no. 10, pp. 2413 – 2418.
34. Bhlapibul S., Pruksathorn K. Preparation of graphite composite bipolar plate for PEMFC. Korean Journal of Chemical Engineering, 2008, v. 25, pp. 1226 – 1231.
35. Ramachandran A.A., Mathew L.P., Thomas S. Effect of MA-g-PP compatibilizer on morphology and electrical properties of MWCNT based blend nanocomposites: New strategy to enhance the dispersion of MWCNTs in immiscible poly (trimethylene terephthalate)/polypropylene blends. European Polymer Journal, 2019, v. 118, pp. 595 – 605.
36. Zhao X., Wang H., Fu Z. Enhanced interfacial adhesion by reactive carbon nanotubes: new route to high-performance immiscible polymer blend nanocomposites with simultaneously enhanced toughness, tensile strength, and electrical conductivity. ACS Applied Materials & Interfaces, 2018, v. 10, no. 10, pp. 8411 – 8416.
37. Moghri M., Garmabi H., Zanjanijam A.R. Prediction of barrier properties of HDPE/PA-6/nanoclay composites by response surface approach: effects of compatibilizer type and the contents of nanoclay, PA-6 and compatibilizer. Polymer Bulletin, 2018, v. 75, pp. 2751 – 2767.
38. Li X., Huang K., Wang X. et al. Effect of montmorillonite on morphology, rheology, and properties of a poly [styrene–(ethylene-co-butylene)–styrene]/poly (ɛ-caprolactone) nanocomposite. Journal of Materials Science, 2018, v. 53, pp. 1191 – 1203.
39. Matsubara H., Yamaguchi Y., Shioya J., Murakami S. Preparation and properties of graphite grown in vapor phase. Synthetic Metals, 1987, v. 18, no. 1 – 3, pp. 503 – 507.
40. Alazemi M., Dutta I., Wang F., Blunk R.H., Angelopoulos A.P. Electrically conductive thin films prepared from layer‐by‐layer assembly of graphite platelets. Advanced Functional Materials, 2009, v. 19, no. 7, pp. 1118 – 1129.
41. Katoh Y., Kondo S., Snead L.L. DC electrical conductivity of silicon carbide ceramics and composites for flow channel insert applications. Journal of Nuclear Materials, 2009, v. 386, pp. 639 – 642.
42. Miller E. L. Papageorgopoulos D., Stetson N. et al. US Department of energy hydrogen and fuel cells program: progress, challenges and future directions. MRS Advances, 2016, v. 1, no. 42, pp. 2839 – 2855.
43. Sheikh-Ahmad J. Y. Machining of polymer composites. New York : Springer, 2009, 316 p.
44. Ma H., Wei G., Liu Y. et al. Effect of elastomeric nanoparticles on properties of phenolic resin. Polymer, 2005, v. 46, no. 23, pp. 10568 – 10573.
ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Износостойкость карбидосодержащих наплавленных слоев для замков бурильных труб

О. Ю. Елагина, А. Г. Буклаков, С. И. Думанский, А. Н. Галанский

Рассмотрены перспективы применения наплавки защитных износостойких поясков различного химического состава на муфту замкового соединения (хардбендинга) бурильных труб. Проведены исследования образцов бурильных труб с наплавленными слоями (хардбендингом): определена твердость по Виккерсу (ГОСТ Р ИСО 6507.1-2007) в поперечном сечении наплавленного слоя при нагрузке 98,07 Н (10 кгс), проведен анализ микроструктуры на шлифах, вырезанных в поперечном сечении наплавленного слоя, реализованы испытания на износостойкость по методике ASTM G65. Рассчитан состав карбидных фаз таких карбидообразующих элементов, как Cr, Nb, Тi, V. Показано, что изменение состава и количества карбидной фазы в наплавленных слоях ожидаемо способствовало формированию разной твердости, которая менялась в диапазоне от 692 HV до 774 HV. Сопоставление полученных значений твердости и суммарного весового количества карбидной фазы показало отсутствие прямой взаимосвязи между влиянием состава и количества карбидной фазы на уровень твердости. Большой вклад в значения твердости наплавленного металла вносит структура матрицы сплава. Сделан вывод о том, что для обеспечения максимальной износостойкости наплавленных слоев, работающих в условиях абразивного изнашивания, необходимо отдавать предпочтение составам, формирующим максимальное количество карбидных фаз, на основе хрома.

Ключевые слова: бурильные трубы, хардбендинг, присадочные материалы, износостойкость, твердость, микроструктура.

DOI: 10.30791/1028-978X-2024-7-72-80
лагина Оксана Юрьевна — Российский государственный университет нефти и газа (национальный исследовательский университет) имени И.М. Губкина (119991, Москва, Ленинский проспект, 65, к. 1), доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой, специалист в области машиностроения, процессов и оборудования создания защитных покрытий, сварочных технологий, материаловедения. E-mail: elaguina.o@gubkin.ru.
Буклаков Андрей Геннадьевич — Российский государственный университет нефти и газа (национальный исследовательский университет) имени
И.М. Губкина (119991, Москва, Ленинский проспект, 65, к. 1), кандидат технических наук, доцент, директор Межкафедрального центра исследования новых материалов ТЭК, специалист в области машиностроения, процессов и оборудования создания защитных покрытий, сварочных технологий, материаловедения. E-mail: dron32@mail.ru.
Думанский Сергей Игоревич — Российский государственный университет нефти и газа (национальный исследовательский университет) имени
И.М. Губкина (119991, Москва, Ленинский проспект, 65, к. 1), кандидат технических наук, доцент кафедры трибологии и технологий ремонта нефтегазового оборудования, специалист в области машиностроения, процессов термической обработки, сварочных технологий, материаловедения. E-mail:
sergdoom@mail.ru.
Галанский Алексей Николаевич — Российский государственный университет нефти и газа (национальный исследовательский университет) имени
И.М. Губкина (119991 Москва, Ленинский проспект, 65, к. 1), инженер кафедры трибологии и технологий ремонта нефтегазового оборудования, специалист в области машиностроения, сварочных технологий, материаловедения. E-mail: agalanskij@mail.ru.
Ссылка на статью:
Елагина О.Ю., Буклаков А.Г., Думанский С.И., Галанский А.Н. Износостойкость карбидосодержащих наплавленных слоев для замков бурильных труб. Перспективные материалы, 2024, № 7, c. 72 – 80. DOI: 10.30791/1028-978X-2024-7-72-80
Литература содержит 7 ссылок.

См. подробнее о статье на сайте e-library
Литература/References
к статье Елагина О.Ю., Буклаков А.Г., Думанский С.И., Галанский А.Н. Износостойкость карбидосодержащих наплавленных слоев для замков бурильных труб. Перспективные материалы, 2024, № 7, c. 72 – 80. DOI: 10.30791/1028-978X-2024-7-72-80
1. Литвинов А.А. Современные материалы для упрочнения бурового инструмента: наплавка замков бурильных труб. Территория Нефтегаз, 2013, № 3, с. 16  17. / Litvinov A.A. Sovremennyye materialy dlya uprochneniya burovogo instrumenta: naplavka zamkov buril’nykh trub [Modern materials for strengthening drilling tools: surfacing of drill pipe joints]. Territoriya Neftegaz [Neftegaz Territory], 2013, no. 3, pp. 16  17. (In Russ.).
2. Пугачёва Т.М., Михеев Д.А. Материаловедческое исследование замковых соединений бурильных труб после наплавки с использованием различных флюсов. Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова, 2018, № 6, c. 97  102. / Pugacheva T.M., Mikheev D.A. Materialovedcheskoye issledovaniye zamkovykh soyedineniy buril’nykh trub posle naplavki s ispol’zovaniyem razlichnykh flyusov [Materials science study of tool joints of drill pipes after surfacing using various fluxes]. Vestnik Belgorodskogo gosudarstvennogo tekhnologicheskogo universiteta im. V.G. Shukhova. [Bulletin of the Belgorod State Technological University named after. V.G. Shukhov], 2018, no. 6, pp. 97  102). (In Russ.).
3. Садовников А.В., Федоров С.К., Федорова Л.В., Ломпас А.М., Фомин О.И. Хардбендинг как эффек-тивный метод увеличения ресурса бурильных труб и защиты обсадной колонны. Результаты трибо-логических испытаний износостойких наплавок для бурильных замков. Бурение и нефть, 2017, № 6, c. 30  35. / Sadovnikov A.V., Fedorov S.K., Fedorova L.V., Lompas A.M., Fomin O.I. Khardbending kak effektivnyy metod uvelicheniya resursa buril’nykh trub i zashchity obsadnoy kolonny. Rezul’taty tribologicheskikh ispytaniy iznosostoykikh naplavok dlya buril’nykh zamkov [Hardbanding as an effective method of increasing the life of drill pipes and protecting the casing. Results of tribological tests of wear-resistant surfacing for drill joints]. Bureniye i neft’ [Drilling and oil], 2017, no. 6, pp. 30  35. (In Russ.).
4. Белинин Д.С., Казанцев А.В., Морев И.М., Овчинников И.П., Хомутинин И.С. Повышение эксплуатационных характеристик замков бурильных труб. Master’s Journal, 2019, № 2, c. 7  11. / Belinin D.S., Kazantsev A.V., Morev I.M., Ovchinnikov I.P., Khomutinin I.S. Povysheniye ekspluatatsionnykh kharakteristik zamkov buril’nykh trub [Improving the operational characteristics of drill pipe joints]. Master’s Journal, 2019, № 2, pp. 7  11 (In Russ.).
5. Ефименко Л.А., Прыгаев А.К., Елагина О.Ю. Металловедение и термическая обработка сварных соединений. М.: Университетская книга, 2006, 461 с. / Yefimenko L.A, Prygayev A.K., Yelagina O.Yu. Metallovedeniye i termicheskaya obrabotka svarnykh soyedineniy [Metallurgy and heat treatment of welded joints]. Moscow, Universitetskaya kniga Publ., 2006, 461 p. (In Russ.).
6. Бокштейн С.З. Строение и свойства металлических сплавов. М.: Металлургия, 1971, 495 с. / Bokshteyn S.Z. Stroyeniye i svoystva metallicheskikh splavov [Structure and properties of metal alloys]. Moscow, Metallurgiya Publ., 1971, 495 p. (In Russ.).
7. Елагина О.Ю. Особенности формирования карбидных фаз с позиций термодинамического подхода. Перспективные материалы, 2006, № 4, с. 17  22. / Yelagina O.Yu. Osobennosti formirovaniya karbidnykh faz s pozitsiy termodinamicheskogo podkhoda [Features of the formation of carbide phases from the standpoint of the thermodynamic approach]. Perspektivnye Materialy [Advanced Materials], 2006, no. 4, pp. 17  22. (In Russ).
Made on
Tilda