Tilda Publishing
ЖУРНАЛ
ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
ISSN 1028-978X (print)
ISSN 3033-733X (online)
ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Tilda Publishing
ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

2026, № 9, аннотации статей

ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Гидрогели в бетоне: эволюция от внутреннего отвердителя к интеллектуальным системам

В. А. Полуэктова, Н. А. Шаповалов

Представлен систематический анализ разных поколений гидрогелей, демонстрирующий эволюцию данной технологии в бетонном материаловедении. Рассмотрены механизмы влияния классических суперабсорбирующих полимеров (САП) на микроструктуру цементного камня и снижение аутогенной усадки. В обзоре обосновано, что потеря прочности цемента часто является следствием некорректного расчета эффективного водоцементного отношения, а не деструктивного воздействия самого полимера. Показано, что для фундаментального решения этой проблемы разработаны взаимопроникающие полимерные сетки (ВПС) и технологии наноармирования гидрогелей. Представлены преимущества “умных” систем второго поколения. В частности, использование термочувствительных полимеров (поли-N-изопропилакриламида, на английском Poly(N-isopropylacrylamide — PNIPAM) способствует улучшению реологии бетонной смеси, в то время как гидрофобные гидрогели снижают ионную проницаемость и обеспечивают защиту от коррозии. Применение гидрогелей на основе целлюлозы повышает морозостойкость композита, а внедрение ионочувствительных систем (CaAlg) открывает возможности для самовосстановления бетона. Проведен анализ использования искусственных нейронных сетей (Artificial Neural Network — ANN) как необходимого инструмента для моделирования нелинейных зависимостей и проектирования составов сложных многофакторных композитов. Результаты подтверждают, что интеграция гидрогелей позволяет трансформировать бетон в интеллектуальный материал с прогнозируемой долговечностью и эксплуатационными свойствами.

Ключевые слова: гидрогели в бетоне, внутреннее отверждение, суперабсорбирующие полимеры (САП), взаимопроникающие полимерные сетки (ВПС), термочувствительные полимеры, самовосстановление бетона, искусственные нейронные сети.

DOI: 10.30791/1028-978X-2026-9-5-24
Полуэктова Валентина Анатольевна — Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова (308012, Белгород, ул. Костюкова, 46), доктор технических наук, доцент, профессор, специалист в области химического модифицирования и применения искусственных нейронных сетей для моделирования свойств строительных композитов. E-mail: val.po@bk.ru.
Шаповалов Николай Афанасьевич — Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова (308012, Белгород, ул. Костюкова, 46), доктор технических наук, профессор, профессор, специалист в области химического модифицирования минеральных строительных композиций.
Ссылка на статью:
Полуэктова В.А., Шаповалов Н.А. Гидрогели в бетоне: эволюция от внутреннего отвердителя к интеллектуальным системам. Перспективные материалы, 2026, № 9, с. 5 – 24. DOI: 10.30791/1028-978X-2026-9-5-24
Литература содержит 44 ссылки.

См. подробнее о статье на сайте e-library
Перейти
Литература/References
к статье Полуэктова В.А., Шаповалов Н.А. Гидрогели в бетоне: эволюция от внутреннего отвердителя к интеллектуальным системам. Перспективные материалы, 2026, № 9, с. 5 – 24. DOI: 10.30791/1028-978X-2026-9-5-24
  1. Li J., Wu Z., Shi C., Yuan Q., Zhang Z. Durability of ultra-high performance concrete – A review. Construction and Building Materials, 2020, v. 255, art. 119296. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2020.119296.
  2. Wu L., Farzadnia N., Shi C., Zhang Z., Wang H. Autogenous shrinkage of high performance concrete: A review. Construction and Building Materials, 2017, v. 149, pp. 62 – 75. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2017.05.064.
  3. Craeye B., Geirnaert M., Schutter G. De. Super absorbing polymers as an internal curing agent for mitigation of early-age cracking of high-performance concrete bridge decks. Construction and Building Materials, 2011, v. 25, no. 1, pp. 1 – 13. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2010.06.063.
  4. Aday A.N., Matar M.G., Osio-Norgaard J., Srubar W.V. Thermo-responsive poly(N-isopropylacrylamide) (PNIPAM) hydrogel particles improve workability loss and autogenous shrinkage in cement paste. CEMENT, 2022, v. 10, art. 100049. https://doi.org/10.1016/j.cement.2022.100049.
  5. Hasholt M.T., Jensen O.M., Kovler K., Zhutovsky S. Can superabsorent polymers mitigate autogenous shrinkage of internally cured concrete without compromising the strength? Construction and Building Materials, 2012, v. 31, pp. 226 – 230. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2011.12.062.
  6. Ahmad S., Ahmad M., Manzoor K., Purwar R., Ikram S. A review on latest innovations in natural gums based hydrogels: Preparations & applications. International Journal of Biological Macromolecules, 2019, v. 136, pp. 870 – 890. https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2019.06.113.
  7. He Z., Shen A., Guo Y., Lyu Z., Li D., Qin X., Zhao M., Wang Z. Cement-based materials modified with superabsorbent polymers: A review. Construction and Building Materials, 2019, v. 225, pp. 569 – 590. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2019.07.139.
  8. Wang Z., Wu J., Zhao P., Dai N., Zhai Z., Ai T. Improving cracking resistance of cement mortar by thermo-sensitive poly N-isopropyl acrylamide (PNIPAM) gels. Journal of Cleaner Production, 2018, v. 176, pp. 1292 – 1303. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2017.11.242.
  9. Guo H., Chen J., Wang Z., Guo H.L., Hong W., Wang X. Dynamic swelling performance of hydrophobic hydrogels. Chinese Chemical Letters, 2022, v. 33, no. 4, pp. 2178 – 2182. https://doi.org/10.1016/j.cclet.2021.09.015.
  10. Cui H., Chen F., Liao Y., Liang Z., Luo L., Wang X., Guo H., Zhao J., Meng G., Ouyang G., Ke W., Guo H. Hydrophobic hydrogels as internal curing agent for concrete: The double benefit of super high water content and excellent anti-ion permeability. Composites Communications, 2022, v. 33, art. 101236. https://doi.org/10.1016/j.coco.2022.101236.
  11. Krafcik M., Macke N., Erk K. Improved concrete materials with hydrogel-based internal curing agents. Gels, 2017, v. 3, no. 4, art. 46. https://doi.org/10.3390/gels3040046.
  12. Schröfl C., Erk K.A., Siriwatwechakul W., Wyrzykowski  M., Snoeck D. Recent progress in superabsorbent polymers for concrete. Cement and Concrete Research, 2022, v. 151, art. 106648. https://doi.org/10.1016/j.cemconres.2021.106648.
  13. Dang J., Zhao J., Du Z. Effect of superabsorbent polymer on the properties of concrete. Polymers, 2017, v. 9, no. 12, art. 672. https://doi.org/10.3390/polym9120672.
  14. Schröfl C., Snoeck D., Mechtcherine V. A review of characterisation methods for superabsorbent polymer (SAP) samples to be used in cement-based construction materials: report of the RILEM TC 260-RSC. Materials and Structures, 2017, v. 50, no. 4, art. 197. https://doi.org/10.1617/s11527-017-1060-4.
  15. Yang J., Wang F. Influence of assumed absorption capacity of superabsorbent polymers on the microstructure and performance of cement mortars. Construction and Building Materials, 2019, v. 204, pp. 468 – 478. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2019.01.225.
  16. Jensen O.M., Hansen P.F. Water-entrained cement-based materials. Cement and Concrete Research, 2001, v. 31, no. 4, pp. 647 – 654. https://doi.org/10.1016/S0008-8846(01)00463-X.
  17. Wang F., Yang J., Cheng H., Wu J., Liang X. Study on mechanism of desorption behavior of saturated superabsorbent polymers in concrete. ACI Materials Journal, 2015, v. 112, no. 3, pp. 463 – 469. https://doi.org/10.14359/51686996.
  18. Zhong P., Wyrzykowski M., Toropovs N., Li L., Liu J., Lura P. Internal curing with superabsorbent polymers of different chemical structures. Cement and Concrete Research, 2019, v. 123, art. 105789. https://doi.org/10.1016/j.cemconres.2019.105789.
  19. Kua H.W., Gupta S., Aday A.N., Srubar W. V. Biochar-immobilized bacteria and superabsorbent polymers enable self-healing of fiber-reinforced concrete after multiple damage cycles. Cement and Concrete Composites, 2019, v. 100, pp. 35 – 52. https://doi.org/10.1016/j.cemconcomp.2019.03.017.
  20. Liu J., Farzadnia N., Khayat K.H., Shi C. Effects of SAP characteristics on internal curing of UHPC matrix. Construction and Building Materials, 2021, v. 280, art. 122530. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2021.122530.
  21. Beushausen H., Gillmer M., Alexander M. The influence of superabsorbent polymers on strength and durability properties of blended cement mortars. Cement and Concrete Composites, 2014, v. 52, pp. 73 – 80. https://doi.org/10.1016/j.cemconcomp.2014.03.008.
  22. Klemm A.J., Sikora K.S. The effect of superabsorbent polymers (SAP) on microstructure and mechanical properties of fly ash cementitious mortars. Construction and Building Materials, 2013, v. 49, pp. 134 – 143. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2013.07.039.
  23. Pourjavadi A., Fakoorpoor S.M., Hosseini P., Khaloo  A. Interactions between superabsorbent polymers and cement-based composites incorporating colloidal silica nanoparticles. Cement and Concrete Composites, 2013, v. 37, no. 1, pp. 196 – 204. https://doi.org/10.1016/j.cemconcomp.2012.10.005.
  24. Zhao B., Ma W., Zhang P., Zhang Q., Zhong J., Matsuyama H. Permeation and diffusion of nutrient ions in poly (vinyl alcohol) hydrogel membrane. Chemical Papers, 2020, v. 74, no. 11, pp. 3913 – 3923. https://doi.org/10.1007/s11696-020-01210-5.
  25. Jin Z., Chang H., Du F., Zhao T., Jiang Y., Chen Y. Influence of SAP on the chloride penetration and corrosion behavior of steel bar in concrete. Corrosion Science, 2020, v. 171, art. 108714. https://doi.org/10.1016/j.corsci.2020.108714.
  26. Guo H., Sanson N., Hourdet D., Marcellan A. Thermoresponsive toughening with crack bifurcation in phase‐separated hydrogels under isochoric conditions. Advanced Materials, 2016, v. 28, no. 28, pp. 5857 – 5864. https://doi.org/10.1002/adma.201600514.
  27. Li Z., Xu W., Wang X., Jiang W., Ma X., Wang F., Zhang  C., Ren C. Fabrication of PVA/PAAm IPN hydrogel with high adhesion and enhanced mechanical properties for body sensors and antibacterial activity. European Polymer Journal, 2021, v. 146, art. 110253. https://doi.org/10.1016/j.eurpolymj.2020.110253.
  28. Anseth K.S., Bowman C.N., Brannon-Peppas  L. Mecha­nical properties of hydrogels and their experimental determination. Biomaterials, 1996, v. 17, no. 17, pp. 1647 – 1657. https://doi.org/10.1016/0142-9612(96)87644-7.
  29. Shi Y., Li J., Xiong D., Li L., Liu Q. Mechanical and tribological behaviors of PVA / PAAm double network hydrogels under varied strains as cartilage replacement. Journal of Applied Polymer Science, 2021, v. 138, no. 16, art. e50226. https://doi.org/10.1002/app.50226.
  30. Paquin F., Rivnay J., Salleo A., Stingelin N., Silva C. Multi-phase semicrystalline microstructures drive exciton dissociation in neat plastic semiconductors. Journal of Materials Chemistry. C, 2015, v. 3, no. 41, pp.  10715 – 10722. https://doi.org/10.1039/C5TC02043C.
  31. Wang L.-Y., Wang M.-J. Removal of heavy metal ions by poly(vinyl alcohol) and carboxymethyl cellulose composite hydrogels prepared by a freeze–thaw method. ACS Sustainable Chemistry & Engineering, 2016, v. 4, no. 5, pp. 2830 – 2837. https://doi.org/10.1021/acssuschemeng.6b00336.
  32. Chen Y., Jiao C., Peng X., Liu T., Shi Y., Liang M., Wang H. Biomimetic anisotropic poly(vinyl alcohol) hydrogels with significantly enhanced mechanical properties by freezing–thawing under drawing. Journal of Materials Chemistry B, 2019, v. 7, no. 20, pp. 3243 – 3249. https://doi.org/10.1039/C9TB00372J.
  33. Zhang Y., Song M., Diao Y., Li B., Shi L., Ran R. Preparation and properties of polyacrylamide/polyvinyl alcohol physical double network hydrogel. RSC Advances, 2016, v. 6, no. 113, pp. 112468 – 112476. https://doi.org/10.1039/C6RA24006B.
  34. Myung D., Waters D., Wiseman M., Duhamel P., Noolandi J., Ta C.N., Frank C.W. Progress in the development of interpenetrating polymer network hydrogels. Polymers for Advanced Technologies, 2008, v. 19, no. 6, pp. 647 – 657. https://doi.org/10.1002/pat.1134.
  35. Naficy S., Kawakami S., Sadegholvaad S., Wakisaka M., Spinks G.M. Mechanical properties of interpenetrating polymer network hydrogels based on hybrid ionically and covalently crosslinked networks. Journal of Applied Polymer Science, 2013, v. 130, no. 4, pp. 2504 – 2513. https://doi.org/10.1002/app.39417.
  36. Yan X., Chen Q., Zhu L., Chen H., Wei D., Chen F., Tang Z., Yang J., Zheng J. High strength and self-healable gelatin/polyacrylamide double network hydrogels. Journal of Materials Chemistry B, 2017, v. 5, no. 37, pp. 7683 – 7691. https://doi.org/10.1039/c7tb01780d.
  37. Wang H., Lu Z., Wang F., Li Y., Ou Z., Jiang J. A novel strategy to reinforce double network hydrogels with enhanced mechanical strength and swelling ratio by nano cement hydrates. Polymer, 2023, v. 269, art. 125725. https://doi.org/10.1016/j.polymer.2023.125725.
  38. Wu K., Han H., Xu L., Gao Y., Yang Z., Jiang Z., De  Schutter G. The improvement of freezing–thawing resistance of concrete by cellulose/polyvinyl alcohol hydrogel. Construction and Building Materials, 2021, v. 291, art. 123274. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2021.123274.
  39. Chang C., Lue A., Zhang L. Effects of crosslinking methods on structure and properties of cellulose/PVA hydrogels. Macromolecular Chemistry and Physics, 2008, v. 209, no. 12, pp. 1266 – 1273. https://doi.org/10.1002/macp.200800161.
  40. Gupta S., Sinha S., Sinha A. Composition dependent mechanical response of transparent poly(vinyl alcohol) hydrogels. Colloids and Surfaces B: Biointerfaces, 2010, v. 78, no. 1, pp. 115 – 119. https://doi.org/10.1016/j.colsurfb.2010.02.021.
  41. Hu M., Guo J., Du J., Liu Z., Li P., Ren X., Feng Y. Development of Ca2+-based, ion-responsive super­absorbent hydrogel for cement applications: Self-healing and compressive strength. Journal of Colloid and Interface Science, 2019, v. 538, pp. 397 – 403. https://doi.org/10.1016/j.jcis.2018.12.004.
  42. Sun G., Li Z., Liang R., Weng L.-T., Zhang L. Super stretchable hydrogel achieved by non-aggregated spherulites with diameters <5 nm. Nature Communications, 2016, v. 7, no. 1, art. 12095. https://doi.org/10.1038/ncomms12095.
  43. Mostavi E., Asadi S., Hassan M.M., Alansari M. Evaluation of self-healing mechanisms in concrete with double-walled sodium silicate microcapsules. Journal of Materials in Civil Engineering, 2015, v. 27, no. 12, art. 04015035. https://doi.org/10.1061/(ASCE)MT.1943-5533.0001314.
  44. Полуэктова В.А., Полуэктов М.А. Искусственный интеллект в материаловедении и современных тех­нологиях бетонных материалов: анализ возможностей и перспектив. Перспективные материалы, 2024, № 1, c. 5 – 19. https://doi.org/10.30791/1028-978X-2024-1-5-19 / Poluektova V.A., Poluektov M.A. Artificial intelligence in materials science and modern concrete technologies: Analysis of possibilities and prospects. Inorganic Materials: Applied Research, 2024, v. 15, no. 5, pp. 1187 – 1198. https://doi.org/10.1134/S207511332405026X.
ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Влияние механоактивации на синтез и электрохимические свойства фосфата лития-железа

М. А. Бешкарев, И. А. Пуцылов, С. Е. Смирнов

Разработан оригинальный метод синтеза фосфата лития-железа, включающий в себя следующие стадии: 1 cтадия — термообработка смеси оксида железа (Fe2O3) и аммоний дигидрофосфата при температуре 400 °С в течение 4 ч в вакуумной муфельной печи в аргоновой атмосфере, 2 стадия — механоактивация фосфата железа на планетарной мельнице, 3 стадия — термообработка прекурсора при температуре 820 °С в течение 2 ч в вакуумной муфельной печи в атмосфере аргона. Показано, что существуют оптимальные условия механоактивации, которые позволяют получить содержание фосфата лития-железа в конечном продукте около 99,5 % в высокодисперсном состоянии. Показано, что электроды на основе фосфата лития-железа могут обратимо циклироваться в диапазоне тока нагрузки 0,2 и 1,0 C: снижение удельной разрядной емкости электрода составило 0,03 и 0,08 мАч·г–1 за цикл соответственно. При разряде до потенциала 2,5 В (относительно литиевого электрода) удельная ёмкость электрода после 110 циклов заряда – разряда при токе составляет 0,2 C 163 мАч·г–1 и при токе 1.0 C — 136 мАч·г–1. Электроды на основе синтезированного фосфата лития-железа по удельной емкости и стабильности не уступают известным аналогам, и являются перспективными для использования в литиевых аккумуляторах.

Ключевые слова: синтез; механоактивация; фосфат лития-железа; электрод; планетарная мельница; фазовый анализ.

DOI: 10.30791/1028-978X-2026-9-25-30
Бешкарев Михаил Александрович — Национальный исследовательский университет “МЭИ” (111250, Москва, внутригородская территория города федерального значения муниципальный округ Лефортово, Красноказарменная ул., 14, стр. 1), аспирант, специалист в области химических источников тока. E-mail: pa1995@mail.ru
Пуцылов Иван Александрович — Национальный исследовательский университет “МЭИ” (111250, Москва, внутригородская территория города федерального значения муниципальный округ Лефортово, Красноказарменная ул., 14, стр. 1), кандидат технических наук, доцент, специалист в области электрохимии. E-mail: Putsylov@yandex.ru.
Смирнов Сергей Евгеньевич — Национальный исследовательский университет “МЭИ” (111250, Москва, внутригородская территория города федерального значения муниципальный округ Лефортово, Красноказарменная ул., 14, стр. 1), доктор технических наук, профессор, специалист в области электрохимии, химических источников тока. E-mail: sesmirnov53@mail.ru.
Ссылка на статью:
Бешкарев М.А., Пуцылов И.А., Смирнов С.Е. Влияние механоактивации на синтез и электрохимические свойства фосфата лития-железа. Перспективные материалы, 2026, № 9, с. 25 – 30. DOI: 10.30791/1028-978X-2026-9-25-30
Литература содержит 12 ссылок.

См. подробнее о статье на сайте e-library
Перейти
Литература/References
к статье Бешкарев М.А., Пуцылов И.А., Смирнов С.Е. Влияние механоактивации на синтез и электрохимические свойства фосфата лития-железа. Перспективные материалы, 2026, № 9, с. 25 – 30. DOI: 10.30791/1028-978X-2026-9-25-30
  1. Ярославцев А. Б., Кулова Т.Л., Скундин А.М. Электродные наноматериалы для литий-ионных аккумуляторов. Успехи химии, 2015, т. 84, № 8, с. 826 – 852. / Yaroslavtsev A.B., Kulova T.L., Skundin A.M. Electrode nanomaterials for lithium-ion batteries. Russian Chemical Reviews, 2015, v. 84, no. 8, pp. 826 – 852.
  2. Gong C., Xue Z., Wen S., Ye Y., Xie X. Advanced carbon materials/olivine LiFePO4 composites cathode for lithium ion batteries. J. Power Sources, 2016, v. 318, pp. 93 – 101.
  3. Eftekhari A. LiFePO4/C nanocomposites for lithium-ion batteries. J. Power Sources, 2017, v. 343, pp. 395 – 403.
  4. Satyavani T.V.S.L., Srinivas Kumar A., Subba Rao P.S.V. Methods of synthesis and performance improvement of lithium iron phosphate for high rate Li-ion batteries: A review. Engineering Science and Technology, 2016, v. 19, no. 1. pp. 178 – 187.
  5. Lazarević Z., Paunović N., Milutinović A., Romčević  N., Križan G., Križan J., Mitrić M. Synthesis and spectroscopic characterisation of LiFePO4 cathode materials. Optoelectronics and Advanced Materials, Rapid Communications, 2019, v. 13, no. 3-4, pp. 228 – 241.
  6. Guo Z., Chen Z. Pouch-typed cell from li-rich lifepo4 prepared by low-cost carbothermal reduction method. Russian Journal of Applied Chemistry, 2017, v. 90, no. 6. pp. 962 – 975.
  7. Yang W., Zhou G. Graphite and solvothermally synthesized lifepo4/graphene electrode for soft-packed cell. Russian Journal of Applied Chemistry, 2017, v. 90, no. 11, pp. 1851 – 1864.
  8. Смирнов К.С., Жорин В.А., Яштулов Н.А. Влияние механоактивации на характеристики электродов на основе литий-железо фосфата. Журнал прикладной химии, 2013, т. 86, № 4, с. 647 – 649. / Smirnov K.S., Zhorin V. A., Yashtulov N. A. Effect of mechanical activation on characteristics of electrodes based on lithium–iron phosphate. Russian Journal of Applied Chemistry, 2013, v. 86, no. 4, pp. 602 – 604.
  9. Косова Н.В., Девяткина Е.Т. Использование механической активации для синтеза новых наноструктурированных композиционных катодных материалов литий-ионных аккумуляторов. Доклады Академии наук, 2014, т. 458, № 6, с. 676 – 679. / Kosova N.V, Devyatkina E.T. Synthesis of novel nanostructured composite cathode materials for lithium-ion batteries using mechanical activation. Doklady Chemistry. 2014. v. 458. no. 2. pp. 194 – 197.
  10. Воробьев И.С., Жорин В.А., Смирнов К.С., Смирнов С.Е. Синтез и электрохимические свойства композиционных катодных материалов. Журнал прикладной химии, 2015, т. 88, № 3, с. 387 – 390. / Vorob’ev I.S., Zhorin V. A., Smirnov K.S., Smirnov S.E. Synthesis and electrochemical properties of composite cathode materials. Russ. J. Appl. Chem., 2015, v. 88, no. 3, pp. 394 – 397.
  11. Смирнов С.Е., Пуцылов И.А., Бешкарев М.А., Иванов П.Д. Способ изготовления активной массы катода литиевого источника тока. Патент РФ № 2827597. Заявл. 05.03.2024. Опубл. 30.09.2024. / Smirnov S.E., Putsylov I.A., Beshkarev M.A., Ivanov P.D. Sposob isgotovleniya aktivnoy massi katoda litievogo istotshnika toka [Method of manufacturing the active mass of the cathode of a lithium current source]. Patent RF no. 2827597. Declared. 05.03.2024. Publ. 30.09.2024. (In Russ.).
  12. Zlokazov V.B., Chernyshev V.V. MRIA – a program for a full profile analysis of powder multiphase neutron-diffraction time-of-flight (direct and Fourier) spectra. J. Appl. Cryst, 1992, v. 25. pp. 447 – 451.
ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Разработка постоянного магнита из магнитотвердого материала на основе сплава системы Fe – Cr – Co с повышенными магнитными свойствами, работающего при высоких механических нагрузках

К. Л. Сергеев, Д. А. Разин, С. С. Шумкин, А. С. Перминов, Д. М. Абашев

Проведены климатические и механические испытания постоянных магнитов из магнитотвердого материала на основе сплава системы Fe – Cr – Co (сплав марки 30Х23КА по ГОСТ 24897-81) для применения в высокоточных навигационных системах, работающих в условиях повышенных требований к внешним воздействующим факторам. Исследована устойчивость магнитных свойств при воздействии климатических и механических факторов. Постоянные магниты, представленные в статье, являются модификацией изделий, серийно выпускаемых по ТУ бЛО.777.177, и обладают более высоким магнитным потоком (240 мкВб против 210 мкВб в ТУ). В ходе испытаний показали стойкость магнитов к внешним факторам. Магнитные свойства измеряли на флюксметре серии PROGRESS-LZ-840 с подключенной измерительной катушкой, а климатические испытания проводили в камерах, механические — на ударных установках, вибростендах и стенде для испытания при вращении магнита. Результаты испытаний приведены в статье.

Ключевые слова: железо-хром-кобальт, сплав 30Х23КА, ГОСТ 24897, магнитный поток, вибропрочность, ударная прочность, механические испытания, термоциклирование, климатические испытания.

DOI: 10.30791/1028-978X-2026-9-31-36
Сергеев Константин Леонидович — АО “НПП “Исток” им. Шокина” (141190, Фрязино, ул. Вокзальная, 2а), кандидат технических наук, заместитель начальника НПК-10 по науке; РТУ МИРЭА (119454, Москва, пр-т Вернадского, 78), доцент, специалист в области постоянных магнитов и магнитных систем. E-mail: klsergeev@mail.ru.
Разин Денис Андреевич — АО “НПП “Исток” им. Шокина” (141190, Фрязино, ул. Вокзальная, 2а), инженер 2 категории НПК-10; РТУ МИРЭА (119454, Москва, пр-т Вернадского, 78), инженер НТЦ “Специальные материалы, покрытия и технологии”; ФГАОУ ВО “НИТУ “МИСИС” (119049, Москва, Ленинский пр., 4, стр. 1), аспирант, специалист в области материаловедения постоянных магнитов. E-mail: darazin@internet.ru.
Шумкин Сергей Сергеевич — АО “НПП “Исток” им. Шокина” (141190, Фрязино,
ул. Вокзальная, 2а), кандидат технических наук, начальник НПК-10; РТУ МИРЭА (119454, Москва, пр-т Вернадского, 78), доцент кафедры материаловедения, специалист в области материаловедения постоянных магнитов. E-mail: s.s.shoomkin@gmail.com.
Перминов Александр Сергеевич — ФГАОУ ВО “НИТУ “МИСИС” (119049, Москва, Ленинский пр., 4, стр. 1), кандидат физико-математических наук, доцент кафедры физического материаловедения ИНМ, специалист в области материаловедения постоянных магнитов. E-mail: perminas@mail.ru.
Абашев Денис Маратович — АО “НПП “Исток” им. Шокина” (141190, Фрязино, ул. Вокзальная, 2а), начальник участка НПК-10, специалист в области материаловедения постоянных магнитов. E-mail: d.abshv@gmail.com.
Ссылка на статью:
Сергеев К.Л., Разин Д.А., Шумкин С.С., Перминов А.С., Абашев Д.М. Разработка постоянного магнита из магнитотвердого материала на основе сплава системы Fe – Cr – Co с повышенными магнитными свойствами, работающего при высоких механических нагрузках. Перспективные материалы, 2026, № 9, с. 31 – 36. DOI: 10.30791/1028-978X-2026-9-31-36
Литература содержит 9 ссылок.

См. подробнее о статье на сайте e-library
Перейти
Литература/References
к статье Сергеев К.Л., Разин Д.А., Шумкин С.С., Перминов А.С., Абашев Д.М. Разработка постоянного магнита из магнитотвердого материала на основе сплава системы Fe – Cr – Co с повышенными магнитными свойствами, работающего при высоких механических нагрузках. Перспективные материалы, 2026, № 9, с. 31 – 36. DOI: 10.30791/1028-978X-2026-9-31-36
  1. Ahmad Z., Tao S., Husssain M. Tailoring magnetic properties in 60%Fe-27%Cr-10%Co-2%Mo-1%Ti magnetic alloy by Ni and Hf additive. Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 2021, v. 538, art. 168266. https://doi.org/10.1016/j.mmm.2021. 168266.
  2. Cui B. Z., Yu C.T., Han K. et al. Magnetization reversal and nanostructure refinement in magnetically annealed Nd2Fe14B ∕ α-Fe-type nanocomposites. Journal of Applied Physics, 2005, v. 97, no. 10, art. 10F308. https://doi.org/10.1063/1.1853693.
  3. Ma Y., Yin X., Shao B. et al. Microstructure and magnetic properties of SmCo7/Co nanocomposite powders prepared by mechanical alloying. Journal of Materials Science, 2019, v. 54, no. 3, pp. 2658 – 2667.
  4. Ahmad Z., Liu Z., Ul-Haq A. Synthesis, magnetic and microstructural properties of Alnico magnets with additives. Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 2017, v. 428, art. 125.
  5. Valenzuela R. Novel applications of ferrites. Physics Research International, 2012, v. 1, art. 591839.
  6. Garganeev A.G., Padalko D.A. Application of Fe-Cr-Co hard magnetic materials as the alternative to Sm-Co and Nd-Fe-B. 15th International Conference of Young Specialists on Micro/Nanotechnologies and Electron Devices (EDM) (30 June 2014 – 4 July 2014, Novosibirsk). IEEE Publ., 2014, pp. 392 – 394.
  7. Сергеев В.В., Булыгина Т.И. Магнитотвердые материалы. Москва, Энергия, 1980, 224 с. / Sergeev V.V., Bulygina T.I. Magnitotverdye materialy [Hard magnetic materials]. Moscow, Energiya Publ., 1980, 224 p. (In Russ).
  8. Nakazato H., Nakagawa T., Kubota M. Fe-Cr-Co magnet alloy. Japan, Patent no. 5582751. Declared 15.12.1978. Publ. 21.06.1980.
  9. Миляев И.М., Юсупов В.С., Лайшева Н.В. и др. Способ термической обработки деформируемых магнитотвердых сплавов на основе системы железо-хром-кобальт. Патент РФ № 2495140. Заявл. 30.07.2012. Опубл. 10.10.2013. / Milyaev I.M., Yusupov V.S., Laisheva N.V. et al. Sposob termicheskoj obrabotki deformiruemyh magnitotverdyh splavov na osnove sistemy zhelezo-hrom-kobal’t [A method of heat treatment of deformable magnetically hard alloys based on the iron-chromium-cobalt system]. Patent RF no. 2495140. Declared 30.07.2012. Publ. 10.10.2013.
ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Фрикционная обработка покрытия Ni – 20 % стали FeCrMnNiCSi
на цилиндрической стальной подложке

В. И. Калита, Д. И. Комлев, A. A. Радюк, К. Ю. Демин, А. Б. Михайлова

Разработан и исследован процесс фрикционной обработки (ФО) плазменных покрытий, напыленных из механической смеси порошков никеля и 20 масс. % стали Fe – 23,7 Cr – 11,9 Mn – 3,2 Ni – 0,57 C – 0,52 Si на цилиндрические стальные подложки. Обработку выполнили на авторской установке, сконструированной на базе токарного станка. Основные параметры ФО такие как давление инструментов на покрытие (15 – 60 МПа), линейная скорость покрытия при его вращении (0,85 – 2,83 м/с), определяют мощность процесса, а вместе со временем обработки определяют величину работы, выполненной на покрытии. Отношение этой работы к площади трека определяет максимальную температуру покрытия до 1149 °С и возможность пластической деформации покрытия, состоящего из напыленных дискообразных частиц и линзовидных пор между ними. При формировании деформационных полос разрушается исходная дефектная структура покрытия, она уплотняется, формируются металлические контакты между напыленными частицами. Структура с равноосными зернами после ФО определяется процессом динамической рекристаллизации. В результате пластической деформации и окисления на поверхности покрытия формируются оксиды, которые градиентно замешиваются в поверхностные слои материала покрытия.

Ключевые слова: плазменные покрытия, фрикционная обработка, мощность, цилиндрическая подложка, порошок, Ni – сталь FeCrMnNiCSi, микротвердость, микроструктура, деформационные полосы.

DOI: 10.30791/1028-978X-2026-9-37-49
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.
Демин Константин Юрьевич — Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН (119334, Москва, Ленинский проспект, 49), кандидат технических наук, научный сотрудник, специалист в области электронной микроскопии. E-mail: dkx@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:
Калита В.И., Комлев Д.И., Радюк A.A., Демин К.Ю., Михайлова А.Б. Фрикционная обработка покрытия Ni – 20 % стали FeCrMnNiCSi на цилиндрической стальной подложке. Перспективные материалы, 2026, № 9, с. 37 – 49. DOI: 10.30791/1028-978X-2026-9-37-49
Литература содержит 15 ссылок.

См. подробнее о статье на сайте e-library
Перейти
Литература/References
к статье Калита В.И., Комлев Д.И., Радюк A.A., Демин К.Ю., Михайлова А.Б. Фрикционная обработка покрытия Ni – 20 % стали FeCrMnNiCSi на цилиндрической стальной подложке. Перспективные материалы, 2026, № 9, с. 37 – 49. DOI: 10.30791/1028-978X-2026-9-37-49
  1. Багмутов В.П., Калита В.И., Захаров И.Н., Паршев С.Н. Структура и механические свойства плазменных покрытий после электромеханической обработки. Физика и xимия обработки материалов, 2007, № 3, с. 22 – 28. / Bagmutov V.P., Kalita  V.I., Zaharov I.N., Parshev S.N. Struktura i mehanicheskie svoi`stva plazmenny`kh pokry`tii` posle e`lektromehanicheskoi` obrabotki Fizika i ximiia obrabotki materialov [Structure and mechanical properties of plasma coatings after electromechanical processing]. Fizika i Khimiya Obrabotki Materialov [Physics and Chemistry of Materials Treatment], 2007, no. 3, pp. 22 – 28. (In Russ.).
  2. Morisada Y., Fujii H., Mizuno T., Abe G., Nagaoka  T., Fukusumi M. Modification of thermally sprayed cemented carbide layer by friction stir processing. Surface and Coatings Technology, 2010, v. 204, no. 15, pp. 2459 – 2464.
  3. Peat T., Galloway A., Toumpis A., McNutt P., Iqbal N. The erosion performance of cold spray deposited metal matrix composite coatings with subsequent friction stir processing. Applied Surface Science, 2017, no. 396, pp.  1635 – 1648.
  4. Huang C., Li W., Feng Y., Xie Y., Planche M. P., Liao H., Montavon G. Microstructural evolution and mechanical properties enhancement of a cold-sprayed CuZn alloy coating with friction stir processing. Materials Characterization, 2017, no. 125, pp. 76 – 82.
  5. Tanigawa H., Ozawa K., Morisada Y., Noh S., Fujii  H. Modification of vacuum plasma sprayed tungsten coating on reduced activation ferritic/martensitic steels by friction stir processing. Fusion Engineering and Design, 2015, no. 98, pp. 2080 – 2084.
  6. Guo D., Kwok C.T., Chan S. L.I. Fabrication of stainless steel 316L/TiB2 composite coating via friction surfacing. Surface and Coatings Technology, 2018, no.  350, pp. 936 – 948.
  7. Fitseva V., Hanke S., dos Santos J.F., Stemmer P., Gleising B. The role of process temperature and rotational speed in the microstructure evolution of Ti-6Al-4V friction surfacing coatings. Materials & Design, 2016, no. 110, pp. 112 – 123.
  8. Wenya Li, Dong Wu, Kaiwei Hu, Yaxin Xu, Xiawei Yang, Yong Zhang. A comparative study on the employment of heat treatment, electric pulse processing and friction stir processing to enhance mechanical properties of cold-spray-additive-manufactured copper.  Surface & Coatings Technology, 2021, no. 409, art.  126887.
  9. Gang Ji, Hong Liu, Guan-Jun Yang, Cheng-Xin Li, Xiao-Tao Luo, Guang-Yu He, Li Zhou. Effect of friction stir spot processing on microstructure and mechanical properties of cold-sprayed Al coating on Ti substrate. Surface & Coatings Technology, 2021, no. 421, art. 127352.
  10. Damodaram R., Pranav Rai, Cyril Joseph S. Daniel, Ranjit Bauri, Devinder Yadav. Friction surfacing: A tool for surface crack repair. Surface & Coatings Technology, 2021, no. 422, art. 127482.
  11. Peng Hana, Wen Wanga, Zhihao Liua, Ting Zhanga, Qiang Liua, Xiaohu Guana, Ke Qiaoa, Dongming Yea, Jun Caia, Yingchun Xieb, Kuaishe Wanga. Modification of cold-sprayed high-entropy alloy particles reinforced aluminum matrix composites via friction stir processing. J. of Alloys and Compounds, 2022, no. 90, art. 164426.
  12. Wen Wanga, Peng Hana, Yinghui Wanga, Ting Zhanga, Pai Penga, Ke Qiaoa, Zhi Wanga, Zhihao Liua, Kuaishe Wanga, High-performance bulk pure Al prepared through cold spray-friction stir processing composite additive manufacturing. J. Mater. Res. Technol., 2020, v. 9, no. 4, pp. 9073 – 9079.
  13. Калита В.И., Комлев Д.И. Плазменные покрытия с нанокристаллической и аморфной структурой. Москва, Издательский Дом Библиотека, 2008, 400 с. / Kalita V.I., Komlev D.I. Plazmenny`e pokry`tiia s nanokristallicheskoi` i amorfnoi` strukturoi` [Plasma coatings with nanocrystalline and amorphous structures]. Moscow, Library Publishing House “Biblioteka”, 2008, 400 p. (In Russ.).
  14. Mutter M., Mauer G., Mücke R., Guillon O., Vaßen R. Systematic investigation on the influence of spray parameters on the mechanical properties of atmospheric plasma-sprayed YSZ coatings. J. of Thermal Spray Technology, 2018, v. 27, no. 4, pp. 566 – 580.
  15. Margadant N., Siegmann S., Patscheider J., Keller T., Wagner W., Ilavsky J., Pisacka J., Barbezat G., Fiala  P.P. Microstructure — Property relationships and cross-property-correlations of thermal sprayed Ni-alloy coatings. In: Thermal Spray 2001—New Surfaces for a New Millenium. Ed. by Berndt C.C., Khor K.A. and Lugscheider E.F. ASM International, Materials Park, OH, 2001, pp. 643 – 652.
ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Исследование фазообразования в смеси Ni+Al в процессе горячей газовой экструзии
методом закалки продуктов реакции

Ф. Ф. Галиев, Н. С. Шибакова, А. Ю. Малахов

Изучено структуро- и фазообразование в реакционноспособной порошковой смеси Ni-Al в процессе горячей газовой экструзии внутри стальной оболочки. Исследование фазообразования проведено методом закалки продуктов реакции, который заключался в принудительной остановке экструзии при выдавливании образцов на длину 6, 14 и 60 мм. Закалка продуктов реакции была получена вследствие отвода тепла, выделяющегося в процессе реакции, в стальную оболочку. Установлено, что полнота синтеза в образце, экструдированном на длину 60 мм, выше, чем в образцах экструдированных на 6 и 14 мм, что связано с комплексным воздействием внешнего локального нагрева и внутреннего саморазогрева вследствие экзотермической реакции. Показано, что доминирующим механизмом реакции в порошковой смеси Ni – Al с образованием интерметаллидов, реализующимся в условиях горячей газовой экструзии, является растворение никеля в расплаве алюминия. Исходя из полученных результатов, для повышения полноты синтеза было предложено уменьшить размер частиц исходного никеля и/или использовать механическую активацию исходной порошковой смеси.

Ключевые слова: экструзия, горячая газовая экструзия, ГГЭ, интерметаллиды Ni-Al; фазообразование, СВС, закалка продуктов реакции.

DOI: 10.30791/1028-978X-2026-9-50-60
Галиев Фанис Фанилович — Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения Российской академии наук (142432, Черноголовка, ул. Академика Осипьяна, 8), кандидат технических наук, научный сотрудник, специалист в области пластической деформации реакционноспособных порошковых смесей в оболочке и синтеза композиционных материалов. E-mail: galiev@ism.ac.ru; fanis.galiev@mail.ru.
Шибакова Надежда Сергеевна — Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения Российской академии наук (142432, Черноголовка, ул. Академика Осипьяна, 8), младший научный сотрудник, специалист в области самораспространяющегося высокотемпературного синтеза в порошковых системах и анализу продуктов реакции. E-mail: nshibakova@ism.ac.ru.
Малахов Андрей Юрьевич — Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения Российской академии наук (142432, Черноголовка, ул. Академика Осипьяна, 8), кандидат технических наук, старший научный сотрудник, специалист в области ударно-волновых процессов и высокоэнергетической обработке материалов в том числе реакционноспособных. E-mail: malakhov@ism.ac.ru.
Ссылка на статью:
Галиев Ф.Ф., Шибакова Н.С., Малахов А.Ю. Исследование фазообразования в смеси Ni+Al в процессе горячей газовой экструзии методом закалки продуктов реакции. Перспективные материалы, 2026, № 9, с. 50 – 60. DOI: 10.30791/1028-978X-2026-9-50-60
Литература содержит 22 ссылки.

См. подробнее о статье на сайте e-library
Перейти
Литература/References
к статье Галиев Ф.Ф., Шибакова Н.С., Малахов А.Ю. Исследование фазообразования в смеси Ni+Al в процессе горячей газовой экструзии методом закалки продуктов реакции. Перспективные материалы, 2026, № 9, с. 50 – 60. DOI: 10.30791/1028-978X-2026-9-50-60
  1. Fujii H., Kitaguchi H. Superconducting properties of sintered ex situ MgB2 tapes through ball milling process as a function of crystallite size in the as-milled and sintered states. Physica C: Superconductivity and its Applications, 2021, v. 583, art. 1353838.
  2. Karaboğa F., Avcı D., Yetiş H., Akdoğan M., Gajda  D., Belenli İ. Improvement of in-situ Fe/MgB2 monofilamentary wires by internal Mg-coating process. Journal of Alloys and Compounds, 2017, v. 727, pp. 20 – 26.
  3. Park E.C., Shim J.H., S Hwang.M., Sung K.S. Fabrication of C doped MgB2 wire using mixture of in-situ and ex-situ powders. IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 2009, v. 19, no. 3, pp. 2702 – 2705.
  4. Bazhin P.M., Stolin A.M., Konstantinov A.S., Kostitsyna E.V., Ignatov A.S. Ceramic Ti–B composites synthesized by combustion followed by high-temperature deformation. Materials, 2016, v. 9, no. 12, pp. 1027 – 1034.
  5. Sheng L.Y., Zhang W., Guo J.T., Wang Z.S., Ovcharenko V.E., Zhou L.Z., Ye H.Q. Microstructure and mechanical properties of Ni3Al fabricated by thermal explosion and hot extrusion. Intermetallics, 2009, v. 17, no. 7, pp. 572 – 577.
  6. Shcherbakov V.A., Gryadunov A.N., Semenchuk I.E., Nigmatullina G.R., Sytschev A.E., Alymov M.I. The influence of mechanical activation on the structure and phase formation of an electro-thermal explosion in the Ti–Zr–C system. Ceramics International, 2023, v. 49, no. 12, pp. 20017 – 20023.
  7. Laszkiewicz-Łukasik J., Jaworska L., Putyra P., P Klimczyk., Garzeł G.. The influence of SPS heating rates on the synthesis reaction of tantalum diboride. Boletín de la Sociedad Española de Cerámica y Vidrio, 2016, v. 55, no. 4, pp. 159 – 168.
  8. Бербенцев В.Д. Высокотемпературная газовая экструзия с локальным нагревом: технологический процесс, разработка, создание, исследование. Москва, Наука, 2023, 123 с. / Berbentsev V.D. Vysokotemperaturnaya gazovaya ekstruziya s lokal’nym nagrevom: tekhnologicheskij process, razrabotka, sozdanie, issledovanie [High-temperature gas extrusion with local heating: technological process, development, creation, research]. Moscow, Nauka Publ., 2023, 123 p. (In Russ.).
  9. Бербенцев В.Д. Горячая газовая экструзия — новая технология обработки металлов давлением и ее возможности. Сталь, 2025, № 6, с. 46 – 52. / Berbentsev V.D. Goryachaya gazovaya ekstruziya —novaya tekhnologiya obrabotki metallov davleniem i ee vozmozhnosti [Hot gas extrusion - a new technology for metal pressure processing and its capabilities]. Stal’, 2025, pp. 46 – 52. (In Russ.).
  10. Galiev F.F., Saikov I.V., Alymov M.I., Konovalikhin S.V., Sachkova N.V., Berbentsev V.D. Composite rods by high-temperature gas extrusion of steel cartridges stuffed with reactive Ni–Al powder compacts: Influence of process parameters. Intermetallics, 2021, v. 138, art. 107317.
  11. Галиев Ф.Ф., Сайков И.В., Бербенцев В.Д., Сычёв А.Е., Нигматулина Г.Р., Алымов М.И. Меха­ни­ческие свойства композитных стержней, полученных горячей газовой экструзией смеси порошков никеля и алюминия в стальной оболочке. Физика и химия обработки материалов, 2023, № 4, с. 65 – 73. https://doi.org/10.30791/0015-3214-2023-4-65-73 / Galiev F.F., Saikov I.V., Berbentsev  V.D., Sytschev A.E., Nigmatullina G.R., Alymov M.I. Mechanical properties of composite rods produced by hot gas extrusion of the nickel and aluminum powder mixtures in a steel shell. Inorganic Materials: Applied Research, 2024, v. 15, no. 3, p. 772 – 778.
  12. Диаграммы состояния двойных металлических систем. Под общ. ред. Н.П. Лякишева. В 3-х томах. Москва, Машиностроение, 1996, т. 1, 992 с. / Diagrammy sostoyaniya dvojnyh metallicheskih sistem. Pod obshch. red. N.P. Lyakisheva. V 3-h tomah [Diagrams of the state of double metal systems. Edited by N.P. Lyakishev. In 3 volumes]. Moscow, Mashinostroenie Publ., 1996, v. 1, 992 p. (In Russ.).
  13. Li N., Wang M., Zheng G., Li P., Li Y., Chen G. Ni2Al3 intermetallic coating: microstructure and mechanical properties. Advances in Materials and Processing Technologies, 2017, v. 4, pp. 255 – 261.
  14. Rogachev A.S., Varma A., Merzhanov A.G., The mechanism of self-propagating high-temperature synthesis of nickel aluminides. Part I: Formation of the product microstructure in a combustion wave. International Journal of Self-Propagating High-Temperature Synthesis, 1993, v. 2, no. 1, pp. 25 – 38.
  15. Biswas A., Roy S.K., Comparison between the microstructural evolutions of two modes of SHS of NiAl: key to a common reaction mechanism. Acta Mater., 2004, v. 52, no. 2, pp. 257 – 270.
  16. Rogachev A.S., Khomenko I.O., Varma A., Merzhanov  A.G., Ponomarev V.I. Mechanism of self-propagating high-temperature synthesis of nickel aluminides (Part 2): Crystal structure formation in a combustion wave. International Journal of Self-Propagating High-Temperature Synthesis, 1994, v. 3, no. 3, pp. 239 – 252.
  17. Ponomarev V.I., Kovalev I.D., Kovalev D.Y., Konovalikhin S.V., Kochetov N.A. SHS in the Ni-Al system: A TRXRD study of product patterning. Inter­national Journal of Self-Propagating High-Temperature Synthesis, 2014, v. 23, no. 2, pp. 101 – 105.
  18. Sharafutdinov M.R., Korchagin M.A., Shkodich N.F., Tolochko B.P., Tsygankov P.A., Yagubova I.Yu. Phases transformations in the Ni–Al system investigation by synchrotron radiation diffraction. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research. Section A, 2007, v. 575, no. 1-2, pp. 149 – 151.
  19. Рогачев А.С., Мукасьян А.С. Горение для синтеза материалов. Москва, Физматлит, 2013, 400 с. / Rogachev A.S., Mukasyan A.S. Gorenie dlya sinteza materialov [Combustion for synthesis of materials]. Moscow, Fizmatlit Publ., 2013, 400 p. (In Russ.).
  20. Galiev F.F. Berbetcev V.D., Boyarchenko O.D., Saikov I.V., Sytschev A.E., Alymov M.I. Structure and phase formation in Ni + Al powder mixture enclosed in a steel cartridge during hot gas extrusion. International Journal of Self-Propagating High-Temperature Synthesis, 2023, v. 32, pp. 150 – 156.
  21. ГОСТ 9391-80. Сплавы твердые спеченные. Методы определения пористости и микроструктуры. Москва: Издательство стандартов, 1985. / GOST 9391-80. Splavy tverdye spechennye. Metody opredeleniya poristosti i mikrostruktury [State Standard 9391-80. Sintered solid alloys. Methods for determining porosity and microstructure]. Moscow, Pub. House of Standards, 1985. (In Russ.).
  22. Чуларис А.А., Чумаченко Г.В., Селезнев П.И. Кинетика растекания алюминия на никеле в условиях пайки. Вестник Донского государственного техни­че­ского университета, 2006, т. 6, № 2, с. 110 – 115. / Chularis A.A., Chumachenko G.V., Seleznev P.I. Kinetika rastekaniya alyuminiya na nikele v usloviyah pajki [Kinetics of aluminum spreading on nickel under soldering conditions]. Bulletin of the Don State Technical University, 2006, v. 6, no. 2, pp. 110 – 115.
ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Сравнительное исследование свойств ксерогелей, нанопорошков и керамических материалов в системе СeO2–Nd2O3–Sm2O3, полученных разными методами жидкофазного синтеза

М. В. Калинина, С. В. Мякин, Т. В. Хамова, И. А. Полякова, Н. В. Фарафонов, Н. Р. Локтюшкин

Двумя методами жидкофазного синтеза: методом совместного осаждения гидроксидов и методом совместной кристаллизации солей синтезированы высокодисперсные мезопористые порошки в многокомпонентных системах: (СеO2)0,90(Nd2O3)0,05(Sm2O3)0,05; (СеO2)0,85(Nd2O3)0,05(Sm2O3)0,10; (СеO2)0,80(Nd2O3)0,05(Sm2O3)0,15, обладающие удельным объемом пор 0,02 – 0,11 см3/г и удельной площадью поверхности 14 – 22 м2/г. На их основе получены керамические наноматериалы заданного состава, представляющие собой кубические твердые растворы типа флюорита с областью когерентного рассеяния (ОКР) ~ 48 – 83 нм, с открытой пористостью в интервале 2 – 19 %, высокими значениями кажущейся плотности 4,85 – 7,10 г/см3. Показано, что спекающая добавка ZnO для керамики, полученной двумя разными методами синтеза, влияет на открытую пористость и плотность по-разному: в случае использования метода совместной кристаллизации солей, открытая пористость уменьшилась в ~ 8 раз, плотность увеличилась незначительно. Однако, для образцов, синтезированных методом соосаждения гидроксидов, пористость снизилась в 1,5 раза, что доказывает избирательное влияние спекающих добавок. По своим физико-химическим свойствам (плотность, открытая пористость, ОКР) полученные керамические материалы перспективны в качестве твердооксидных электролитов среднетемпературных топливных элементов.

Ключевые слова: соосаждение гидроксидов, совместная кристаллизация солей, нанопорошки, пористость, плотность, электролитные материалы.

DOI: 10.30791/1028-978X-2026-9-61-70
Калинина Марина Владимировна — Филиал федерального государственного бюджетного учреждения “Петербургского института ядерной физики им. Б.П. Константинова Национального исследовательского центра “Курчатовский институт” — Институт химии силикатов им. И.В. Гребенщикова (199034, Санкт-Петербург, наб. Макарова, 2), кандидат химических наук, старший научный сотрудник, cпециалист в области химии твердого тела, синтеза и физико-химических свойств функциональных керамических наноматериалов. E-mail:
tikhonov_p-a@mail.ru.
Мякин Сергей Владимирович — Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технологический университет) (190013, Санкт-Петербург, Московский проспект, 24-26), кандидат химических наук, доцент кафедры теоретических основ материаловедения, cпециалист в области поверхности материалов, синтеза и исследования композиционных материалов. E-mail: sergey_mjakin@mail.ru.
Хамова Тамара Владимировна — Филиал федерального государственного бюджетного учреждения “Петербургского института ядерной физики им. Б.П. Константинова Национального исследовательского центра “Курчатовский институт” — Институт химии силикатов им. И.В. Гребенщикова (199034, Санкт-Петербург, наб. Макарова, 2), кандидат химических наук, ученый секретарь, cпециалист в области исследования дисперсности и текстурных свойств нанопорошков. E-mail: tamarakhamova@gmail.com.
Полякова Ирина Георгиевна — Филиал федерального государственного бюджетного учреждения “Петербургского института ядерной физики им. Б.П. Константинова Национального исследовательского центра “Курчатовский институт” — Институт химии силикатов им. И.В. Гребенщикова (199034, Санкт-Петербург, наб. Макарова, 2), старший научный сотрудник, специалист в области кристаллогафии и рентгенографических исследований керамики и стекла. E-mail: ira_pp@list.ru
Фарафонов Николай Владимирович — Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технологический университет) (190013, Санкт-Петербург, Московский проспект, 24–26), студент 2 курса магистратуры СПБГТИ(ТУ); Филиал федерального государственного бюджетного учреждения “Петербургского института ядерной физики им. Б.П. Константинова Национального исследовательского центра “Курчатовский институт” — Институт химии силикатов им. И.В. Гребенщикова (199034, Санкт-Петербург, наб. Макарова, 2), старший лаборант, специалист в области синтеза оксидных керамических материалов. E-mail: nikolayfarafonov23@gmail.com.
Локтюшкин Никита Романович — Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технологический университет) (190013, Санкт-Петербург, Московский проспект, 24–26), студент 2 курса магистратуры СПБГТИ(ТУ); Филиал федерального государственного бюджетного учреждения “Петербургского института ядерной физики им. Б.П. Константинова Национального исследовательского центра “Курчатовский институт” — Институт химии силикатов им. И.В. Гребенщикова (199034, Санкт-Петербург, наб. Макарова, 2), старший лаборант, специалист в области синтеза оксидных керамических материалов. E-mail: lokotihs58@mail.ru.
Ссылка на статью:
Калинина М.В., Мякин С.В., Хамова Т.В., Полякова И.А., Фарафонов Н.В., Локтюшкин Н.Р. Сравнительное исследование свойств ксерогелей, нанопорошков и керамических материалов в системе СeO2–Nd2O3–Sm2O3, полученных разными методами жидкофазного синтеза. Перспективные материалы, 2026, № 9, с. 61 – 70. DOI: 10.30791/1028-978X-2026-9-61-70
Литература содержит 21 ссылку.

См. подробнее о статье на сайте e-library
Перейти
Литература/References
к статье Калинина М.В., Мякин С.В., Хамова Т.В., Полякова И.А., Фарафонов Н.В., Локтюшкин Н.Р. Сравнительное исследование свойств ксерогелей, нанопорошков и керамических материалов в системе СeO2–Nd2O3–Sm2O3, полученных разными методами жидкофазного синтеза. Перспективные материалы, 2026, № 9, с. 61 – 70. DOI: 10.30791/1028-978X-2026-9-61-70
  1. Алхасов А.Б. Возобновляемая энергетика. Москва, ФИЗМАТЛИТ, 2012, 256 с. / Alhasov A.B. Vozobnovlyaemaya ehnergetika [Renewable energy]. Moscow, FIZMATLIT Publ., 2012, 256 p. (In Russ.).
  2. Dicks A., Rand D.A.J. Fuel cell systems explained. Chichester, Wiley, 2018, 462 p.
  3. Renewable energy sources: engineering, technology, innovation. Ed. by Mudryk K., Werle S. Cham: Springer International Publishing, 2018, 834 p.
  4. Eressa A.L., Rao P.V.B. Electrical properties of praseodymium and samarium co-doped ceria electrolyte for low-temperature solid oxide fuel cell application. Bulletin of Materials Science, 2021, v. 44, no. 4, art. 255. https://doi.org/10.1007/s12034-021-02544-w.
  5. Renewable hydrogen technologies: Production, purification, storage, applications and safety. Ed. by Gandia L.M., Arzamedi G. Amsterdam, Elsevier, 2013, 472 p.
  6. Kahlaoui M., Chefi S., Inoubli A. et al. Synthesis and electrical properties of co-doping with La3+, Nd3+, Y3+, and Eu3+ citric acid-nitrate prepared samarium-doped ceria ceramics. Ceramics International, 2013, v. 39, no. 4, pp. 3873 – 3879. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2012.10.241.
  7. Kalinina M.V., Dyuskina D.A., Polyakova I.G. et al. Effect of synthetic approaches and sintering additives upon physicochemical and electrophysical properties of solid solutions in the system (CeO2)1−x(Nd2O3)xfor fuel cell electrolytes. Ceramics, 2023, v. 6, no. 2, pp.  1100 – 1112. https://doi.org/10.3390/ceramics6020064.
  8. Kalinina M.V., Dyuskina D.A., Mjakin S.V. et al. Comparative study of physicochemical properties of finely dispersed powders and ceramics in the systems CeO2–Sm2O3 and CeO2–Nd2O3 as electrolyte materials for medium temperature fuel cells. Ceramics, 2023, v. 6, no. 2, pp. 1210 – 1226. https://doi.org/10.3390/ceramics6020071.
  9. Kalinina M.V., Polyakova I.G., Myakin S.V. et al. Synthesis and study of electrolyte and electrode materials in the CeO2-Nd2O3 and Gd2O3–La2O3–SrO–Ni(Co)2O3-δ systems for medium-temperature fuel cells. Glass Physics and Chemistry, 2024, v. 50, no. 1, pp. 69 – 87. https://doi.org/10.1134/S1087659623600791.
  10. Mogensen M. Physical, chemical and electrochemical properties of pure and doped ceria. Solid State Ionics, 2000, v. 129, no. 1–4, pp. 63 – 94. https://doi.org/10.1016/S0167-2738(99)00318-5.
  11. Renewable energy and wildlife conservation. Ed. by Moorman C.E., Grodsky S.M., Rupp S.P. Baltimore, Johns Hopkins University Press, 2019, 272 p.
  12. Momin N., Manjanna J., Aruna S.T. et al. Effect of 2 mol% gadolinium doping on oxide ion conductivity of ceria as electrolyte for intermediate temperature solid oxide fuel cells. Ceramics International, 2022, v. 48, no. 23, part B, pp. 35867 – 35873. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2022.09.022.
  13. Taimoor R., Jingjing Y., Ruoming W. et al. Recent advance in physical description and material development for single component SOFC: A mini-review. Chemical Engineering Journal, 2022, v. 444, no. 15. art. 136533. https://doi.org/10.1016/j.cej.2022.136533.
  14. Tiwari G.N., Mishra R.K. Advanced renewable energy sources. Cambridge, RSC Publishing, 2012, 592 p.
  15. Wang F., Lyu Y., Chu D. et al. The electrolyte materials for SOFCs of low-intermediate temperature: review. Materials Science and Technology, 2019, v. 35, no. 13, pp. 1551 – 1562. https://doi.org/10.1080/02670836.2019.1651597.
  16. Yan M., Mori T., Zou J., Drennan J. Effect of grain growth on densification and conductivity of Ca-doped CeO2 electrolyte. Journal of the American Ceramic Society, 2009, v. 92, no. 11, pp. 2745 – 2750. https://doi.org/10.1111/j.1551-2916.2009.03286.x.
  17. Хасанов О.Л., Двилис Э.С., Бикбаева З.Г. Методы компактирования и консолидации наноструктурных материалов и изделий. Томск, Издательство Томского политехнического университета, 2008, 210 с. / Hasanov O.L., Dvilis Eh.S., Bikbaeva Z.G. Metody kompaktirovaniya i konsolidacii nanostrukturnyh materialov i izdelij [Methods of compaction and consolidation of nanostructured materials and products]. Tomsk, Tomsk Polytechnic University Press, 2008, 210 p. (In Russ.).
  18. Ponomareva A., Babushok V., Simonenko E. et al. Influence of pH of solution on phase composition of samariumstrontium cobaltite powders synthesized by wet chemical technique. Journal of Sol-Gel Science and Technology, 2018, v. 87, no. 1, pp. 74 – 82. https://doi.org/10.1007/s10971-018-4704-1.
  19. Hussai S., Hussai S., Yangping L. Review of solid oxide fuel cell materials: cathode, anode, and electrolyte. Energy Transitions, 2020, no. 4, pp. 113–126. DOI: 10.1007/s41825-020-00029-8.
  20. Duran P., Villegas M., Capel F. et al.Low temperature sintering and microstructural development of nano scale Y-TZP ceramics. Journal of the European Ceramic Society, 1996, v. 16, no. 9, pp. 945 – 952. https://doi.org/10.1016/0955-2219(96)00015-5.
  21. ГОСТ 473.4–81. Изделия химически стойкие и термостойкие керамические. Метод определения кажущейся плотности и кажущейся пористости. Москва, Издательство стандартов, 1981, 5 с. / GOST 473.4–81. Izdeliya himicheski stojkie i termostojkie keramicheskie. Metod opredeleniya kazhushchejsya plotnosti i kazhushchejsya poristosti [State Standard 473.4–81. The products are chemically resistant and heat-resistant ceramic. A method for determining apparent density and apparent porosity]. Moscow, Publishing House of Standards, 1981, 5 p. (In Russ.).
ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Исследование структуры триоксида вольфрама, полученного методом сублимации

А. Б. Анкудинов, Е. В. Евстратов, А. Г. Гнедовец

Исследован процесс термического испарения (сублимации) – конденсации триоксида вольфрама в вакуумной кварцевой трубке с использованием в качестве исходного материала порошка WO3 в условиях повышенных температур сублимации при нагреве горизонтальной трубчатой печи до 1300 °C. Особенность такого режима — одновременное осаждение пленки и газофазный синтез порошкового триоксида вольфрама. Структуру и фазовый состав продуктов конденсации пара исследовали методами сканирующей электронной микроскопии (СЭМ) и рентгенофазового анализа (РФА). Морфология осажденной на никелевую подложку пленки включала три основных структурных элемента: объемные кристаллические частицы, одномерные наностержни и пучки плотно прилегающих друг к другу наностержней. Локальная структура пленки изменялась в зависимости от расстояния до зоны нагрева печи. Порошок конденсата состоял из ограненных микрочастиц. Установлено, что осажденная пленка и порошковый конденсат были представлены моноклинной фазой триоксида вольфрама γ-WO3. Проведен качественный анализ факторов, влияющих на морфологию осажденных структур.

Ключевые слова: триоксид вольфрама, термическое испарение, сублимация, осаждение пленок, порошок, структура.

DOI: 10.30791/1028-978X-2026-9-71-80
Анкудинов Алексей Борисович — Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН (119991, Москва, Ленинский пр. 49), старший научный сотрудник, специалист в области материаловедения и порошковой металлургии. E-mail: a-58@bk.ru.
Евстратов Евгений Викторович — Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН (119991, Москва, Ленинский пр. 49), кандидат технических наук, старший научный сотрудник, специалист в области материаловедения и порошковой металлургии. E-mail: evev@imet.ac.ru.
Гнедовец Алексей Григорьевич — Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН (119334, Москва, Ленинский пр. 49), кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник, специалист в области физикохимии и моделирования процессов осаждения покрытий, синтеза наночастиц и наноматериалов. E-mail: agg@imet.ac.ru.
Ссылка на статью:
Анкудинов А.Б., Евстратов Е.В., Гнедовец А.Г. Исследование структуры триоксида вольфрама, полученного методом сублимации. Перспективные материалы, 2026, № 9, с. 71 – 80. DOI: 10.30791/1028-978X-2026-9-71-80
Литература содержит 26 ссылок.

См. подробнее о статье на сайте e-library
Перейти
Литература/References
к статье Анкудинов А.Б., Евстратов Е.В., Гнедовец А.Г. Исследование структуры триоксида вольфрама, полученного методом сублимации. Перспективные материалы, 2026, № 9, с. 71 – 80. DOI: 10.30791/1028-978X-2026-9-71-80
  1. Шаповалов В.И., Лапшин А.Е., Гагарин А.Г., Ефименко Л.П. Химический состав и кристалли­ческая структура пленок оксида вольфрама (обзор). Физика и химия стекла, 2014, т. 40, № 5, с. 729 – 748. / Shapovalov V.I., Gagarin A.G., Lapshin  A.E., Efimenko L.P. Chemical composition and crystal structure of tungsten oxide films. Glass Physics and Chemistry, 2014, v. 40, no. 5, pp. 553 – 569. https://doi.org/10.1134/S1087659614050150.
  2. Shinde P.A., Jun S.C. Review on recent progress in the development of tungsten oxide based electrodes for electrochemical energy storage. ChemSusChem, 2020, v. 13, pp. 11 – 38. https://doi.org/10.1002/cssc.201902071.
  3. Dong C, Zhao R., Yao L., Ran Y., Zhang X., Wang Y. A review on WO3 based gas sensors: Morphology control and enhanced sensing properties. Journal of Alloys and Compounds, 2020, v. 820, art. 153194. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2019.153194.
  4. Fatty M.L., Almabadi B.A., Khan A., Sultan B., Drmosh Q.A. Tungsten oxide‐based thin films prepared by physical vapor deposition techniques for photoelectrochemical water splitting: A Review. Chemistry – An Asian Journal, 2025, v. 20, art. e70317. https://doi.org/10.1002/asia.70317.
  5. Kabengele C.N., Kasiama G.N., Inkoto C.L., Mpiana  P.T., Ngbolua J.P., Tshibangu D.S., Tshilanda D.D. WO3 nanoparticles: Synthesis and recent advances in their applications for radiotherapy and radioprotection. Next Nanotechnology, 2025, v. 8, art. 100262. https://doi.org/10.1016/j.nxnano.2025.100262.
  6. Baek Y., Yong K. Controlled growth and characterization of tungsten oxide nanowires using thermal evaporation of WO3 powder. The Journal of Physical Chemistry C, 2007, v. 111, pp. 1213 – 1218. https://doi.org/10.1021/jp0659857.
  7. Hong K., Xie M., Hu R., Wu H. Diameter control of tungsten oxide nanowires as grown by thermal evaporation. Nanotechnology, 2008, v. 19, art. 085604. https://doi.org/10.1088/0957-4484/19/8/085604.
  8. Kim H., Senthil K., Yong K. Photoelectrochemical and photocatalytic properties of tungsten oxide nanorods grown by thermal evaporation. Materials Chemistry and Physics, 2010, v. 120, pp. 452 – 455. https://doi.org/10.1016/j.matchemphys.2009.11.042.
  9. Zhang H., Xu T.T., Tang M., Her T.H., Li S.Y. Selective growth of tungsten oxide nanowires via a vapor-solid process. Journal of Vacuum Science & Technology B, 2010, v. 28, pp. 310 – 315. https://doi.org/10.1116/1.3327927.
  10. Park S., Kim H., Jin C., Lee C. Intense ultraviolet emission from needle-like WO3 nanostructures synthesized by noncatalytic thermal evaporation. Nanoscale Research Letters, 2011, v. 6, art. 451. https://doi.org/10.1186/1556-276X-6-451.
  11. Van Hieu N., Van Vuong H., Van Duy N., Hoa N.D. A morphological control of tungsten oxide nanowires by thermal evaporation method for sub-ppm NO2 gas sensor application. Sensors and Actuators B: Chemical, 2012, v. 171, pp. 760 – 768. https://doi.org/10.1016/j.snb.2012.05.069.
  12. Garcia I.T., Corrêa D.S., De Moura D.S., Pazinato J.C., Pereira M.B., da Costa N.B. Multifaceted tungsten oxide films grown by thermal evaporation. Surface and Coatings Technology, 2015, v. 283, pp. 177 – 183. https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2015.10.053.
  13. Hadia N.M.A., Alqahtani M.S., Mohamed S.H. WO3 nanowires for optoelectronic and gas sensing appli­ca­tions. Applied Physics A, 2015, v. 119, pp. 1261 – 1267.
  14. Senthilkumar R., Ravi G., Sekar C., Arivanandhan M., Navaneethan M., Hayakawa Y. Determination of gas sensing properties of thermally evaporated WO3 nanostructures. Journal of Materials Science: Materials in Electronics, 2015, v. 26, pp. 1389 – 1394. https://doi.org/10.1007/s10854-014-2552-4.
  15. Carpen L.G., Acsente T., Sătulu V., Matei E., Vizireanu  S., Biță B.I., Dinescu G. Hybrid nanostructures obtained by transport and condensation of tungsten oxide vapours onto CNW templates. Nanomaterials, 2021, v. 11, art. 835. https://doi.org/10.3390/nano11040835.
  16. Sung P.H., Yen H.K., Yang S.M., Lu K.C. Synthesis and physical characteristics of undoped and potassium-doped cubic tungsten trioxide nanowires through thermal evaporation. Nanomaterials, 2023, v. 13, art. 1197. https://doi.org/10.3390/nano13071197.
  17. Хомяков А.В., Можевитина Е.Н., Зыкова М.П., Юркин А.М., Аветисов И.Х. Высокочистый оксид вольфрама (VI) для получения перспективных лазерных материалов. Стекло и керамика. 2021, т.  94, № 1, с. 9-15. / Khomyakov A.V., Mozhevitina  E.N., Zykova M.P., Yurkin A.M., Avetisov I.K. High purity tungsten (VI) oxide for obtaining promising laser materials. Glass and Ceramics, 2021, v. 78, pp. 8 – 13. https://doi.org/10.1007/s10717-021-00339-3.
  18. Kunzmann A., Kharsah O., Kunzmann S., Vinayakumar V., Segets D., He J., Meier D., Grünebohm A., Schierning G., Böhmer A.E., Kostka M. Synthesis and characterization of WO3 single crystals by physical vapor transport method. Journal of Crystal Growth, 2026, v. 677, art. 128475. https://doi.org/10.1016/j.jcrysgro.2025.128475.
  19. Chakrapani V., Brier M., Puntambekar A., Di Giovanni  T. Modulation of stoichiometry, morphology and composition of transition metal oxide nanostructures through hot wire chemical vapor deposition. Journal of Materials Research, 2016, v. 31, pp. 17 – 27. https://doi.org/10.1557/jmr.2015.366.
  20. Xia Y., Yang P., Sun Y., Wu Y., Mayers B., Gates B., Yin Y., Kim F., Yan H. One‐dimensional nanostructures: synthesis, characterization, and applications. Advanced Materials, 2003, v. 15, pp. 353 – 389. https://doi.org/10.1002/adma.200390087.
  21. Comini E. Metal oxide nano-crystals for gas sensing. Analytica Chimica Acta, 2006, v. 568, pp. 28 – 40. https://doi.org/10.1016/j.aca.2005.10.069
  22. Blackburn P.E., Hoch M., Johnston H.L. The vaporization of molybdenum and tungsten oxides. The Journal of Physical Chemistry, 1958, v. 62, pp. 769 – 773. https://doi.org/10.1021/j150565a001.
  23. Ackermann R.J., Rauh E.G. A Thermodynamic study of the tungsten-oxygen system at high temperatures. The Journal of Physical Chemistry, 1963, v. 67, pp. 2596 – 2601. https://doi.org/10.1021/j100806a023.
  24. Marushkin K.N., Alikhanyan A.S., Greenberg J.H., Lazarev V.B., Malyusov V.A., Rozanova O.N., Melekh B.T., Gorgoraki V.I. Sublimation thermody­namics of tungsten trioxide. The Journal of Chemical Thermodynamics, 1985, v. 17, pp. 245 – 253. https://doi.org/10.1016/0021-9614(85)90018-7.
  25. Казенас Е.К., Цветков Ю.В., Астахова Г.К., Волченкова В.А., Андреева Н.А., Овчинникова О.А. Состав пара над карбидами, нитридами и оксидами химических элементов. Обзор. Физика и химия обработки материалов, 2018, № 3, с. 79 – 88. https://doi.org/10.30791/0015-3214-2018-3-5-79-88. / Kazenas E.K., Tsvetkov Yu.V., Astakhova G.K., Volchenkova V.A., Andreeva N.A., Ovchinnikova O.A. Vapor composition over carbides, nitrides and oxides of chemical elements. Review. Fizika i Khimiya Obrabotki Materialov [Physics and Chemistry of Materials Treatment], 2018, no. 3, pp. 79 – 88. (In Russ.).
  26. Smirnov A.S., Gribchenkova N.A., Smorchkov K.G., Alikhanyan A.S. Vaporization thermodynamics of the WO3-ZnO system. Journal of Phase Equilibria and Diffusion, 2023, v. 44, pp. 163 – 178. https://doi.org/10.1007/s11669-023-01030-6.
ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Изменение примесного состава моногермана в процессе его изотопного обогащения
методом ультрацентрифугирования

С. А. Адамчик, А. Ю. Созин, А. Д. Буланов, Д. Г. Арефьев,
С. М. Зырянов, А. А. Палиенко, В. П. Совач

Методом хроматомасс—спектрометрии (ХМС) исследован примесный состав моногерманов природного изотопного состава, а также изотопно обогащенных: 70GeH4, 72GeH4, 73GeH4, 74GeH4, 76GeH4 с обогащением 88,14 – 99,99 мол.%. Зарегистрировано различие содержания в них молекулярных примесей, достигающее нескольких порядков величины, связанное с их сепарацией в процессе ультрацентрифугирования. Установлено, что содержание примесей с молекулярной массой менее 80 а.е.м. наиболее велико в 70GeH4, а примесей с молекулярной массой более 80 а.е.м. — в 76GeH4.

Ключевые слова: примесный состав, изотопно обогащенные моногерманы, ультрацентрифугирование, сепарация.

DOI: 10.30791/1028-978X-2026-9-81-88
Адамчик Сергей Александрович — Институт химии высокочистых веществ им. Г.Г. Девятых РАН (ИХВВ РАН) (603951, Н.Новгород, БОКС-75, ул. Тропинина, 49), кандидат химических наук, заместитель директора, специалист в области химии и технологии высокочистых веществ. E-mail: asa0672@mail.ru.
Созин Андрей Юрьевич — Институт химии высокочистых веществ им. Г.Г. Девятых РАН (ИХВВ РАН) (603951, Н.Новгород, БОКС-75, ул. Тропинина, 49), доктор химических наук, заведующий лабораторией аналитической химии высокочистых веществ, специалист в области аналитической химии высокочистых веществ. E-mail: sozin@ihps-nnov.ru.
Буланов Андрей Дмитриевич — Институт химии высокочистых веществ им. Г.Г. Девятых РАН (ИХВВ РАН) (603951, Н.Новгород, БОКС-75, ул. Тропинина, 49), доктор химических наук, член-корреспондент РАН, директор, специалист в области химии и технологии высокочистых веществ и материалов. E-mail: bulanov@ihps-nnov.ru.
Арефьев Дмитрий Геннадьевич — АО “Производственное объединение Электрохимический завод” (АО “ПО ЭХЗ”) (663690, Красноярский край, г. Зеленогорск, ул. Первая Промышленная, 1), начальник Центральной заводской лаборатории, специалист в области технологии и аналитической химии изотопно-чистых химических веществ и материалов. E-mail: DGArefyev@rosatom.ru.
Зырянов Сергей Михайлович — АО “Производственное объединение Электрохимический завод” (АО “ПО ЭХЗ”) (663690, Красноярский край, г. Зеленогорск, ул. Первая Промышленная, 1), ведущий специалист по развитию бизнесов, специалист в области получения изотопно-чистых и высокочистых веществ и материалов. E-mail: smzyryanov@rosatom.ru.
Палиенко Александр Александрович — АО “Производственное объединение Электрохимический завод” (АО “ПО ЭХЗ”) (663690, Красноярский край, г. Зеленогорск, ул. Первая Промышленная, 1), начальник технологического участка - заместитель начальника цеха по производству изотопов, специалист в области технологии получения изотопно-чистых химических веществ и материалов. E-mail: aapalienko@rosatom.ru.
Совач Виктор Петрович — АО “Производственное объединение Электрохимический завод” (АО “ПО ЭХЗ”) (663690, Красноярский край, г. Зеленогорск, ул. Первая Промышленная, 1), ведущий инженер-технолог по изотопному направлению – эксперт группы производственно-технологической службы разделительного производства, специалист в области расчетов технологических параметров разделительных установок для получения изотопно-чистых веществ и материалов. E-mail: vpsovach@rosatom.ru.
Ссылка на статью:
Адамчик С.А., Созин А.Ю., Буланов А.Д., Арефьев Д.Г., Зырянов С.М., Палиенко А.А., Совач В.П. Изменение примесного состава моногермана в процессе его изотопного обогащения методом ультрацентрифугирования. Перспективные материалы, 2026, № 9, с. 81 – 88. DOI: 10.30791/1028-978X-2026-9-81-88
Литература содержит 42 ссылки.

См. подробнее о статье на сайте e-library
Перейти
Литература/References
к статье Адамчик С.А., Созин А.Ю., Буланов А.Д., Арефьев Д.Г., Зырянов С.М., Палиенко А.А., Совач В.П. Изменение примесного состава моногермана в процессе его изотопного обогащения методом ультрацентрифугирования. Перспективные материалы, 2026, № 9, с. 81 – 88. DOI: 10.30791/1028-978X-2026-9-81-88

  1. Gavva V.A., Bulanov A.D., Kut’in A.M., Plekhovich A.D. et al. Melting point of high-purity germanium stable isotopes. Physica B: Condensed Matter., 2018, v. 537, pp. 12 – 14. https://doi.org/10.1016/j.physb.2018.01.056.
  2. Asen-Palmer M., Bartkowski K., Gmelin E. et al. Thermal conductivity of germanium crystals with different isotopic compositions. Phys. Rev. B., 1997, v. 56, no. 15, рр. 9431 – 9447. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.56.9431.
  3. Schnelle W., Gmelin E. Heat capacity of germanium crystals with various isotopic compositions. J. Phys.: Condens. Matter., 2001, v. 13, no. 27. рр. 6087 – 6094. https://doi.org/ 10.1088/0953-8984/13/27/303.
  4. Itoh K., Hansen W.L., Haller E.E. et al. High purity isotopically enriched 70Ge and 74Ge single crystalls: Isotope separation, growth, and properties. J. Mater. Res., 1993, v. 8, no. 6, рр. 1341 – 1347. https://doi.org/10.1557/JMR.1993.1341.
  5. Sanati M., Estreicher S.K., Cardona M. Isotopic dependence of the heat capacity of C-C, Si and Ge: an abinintiocalculation. Solid State Commun., 2004, v. 131, рр. 229 – 233. https://doi.org/10.1016/j.ssc.2004. 04.043.
  6. Cardona M.W., Thewalt M.L. Isotope effects on the optical spectra of semiconductors. Rev. Mod. Phys., 2005, v. 77, no. 4, рр. 1173 – 1224. https://doi.org/10.1103/RevModPhys.77.1173.
  7. Гавва В.А., Котерева Т.В., Липский В.А., Нежданов А.В. Спектры ИК поглощения и комбина­ционного рассеяния монокристаллов стабильных изотопов германия. Оптика и спектроскопия, 2016, т. 120, № 2, с. 266 – 271. https://doi.org/10.7868/S0030403416020112 / Gavva V.A., Kotereva T.V., Lipskiy V.A., Nezhdanov A.V. IR absorption and Raman spectra of single crystals of stable germanium isotopes. Optics and Spectroscopy, 2016, v. 120, pp. 255 – 259.
  8. Гусев А.В., Гибин А.М., Андрющенко И.А. и др. Теплоемкость высокочистого изотопно-обогащен­ного германия-76 в интервале 2-15 K. Физика твердого тела, 2015, т. 57, № 9, с. 1868 – 1870. / Gusev  A.V., Gibin A.M., Andryushchenko I.A. et  al. Heat capacity of high-purity isotope-enriched germanium-76 in the temperature range of 2–15 K. Physics of the Solid State, 2015, v. 57, no. 9, рр. 1917 – 1919. https://doi.org/10.1134/S1063783415090097.
  9. Parks C., Ramdas A.K., Rodriguez S. et al. Electronic band structure of isotopically pure germanium: Modulated transmission and reflectivity study. Phys. Rev. B., 1994, v. 49, no. 20, pp. 14244 – 14250. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.49.14244.
  10. Fuchs H.D., Grein C.H., Bauer M. et al. Infrared absorption in 76Ge and natural Ge crystals: Effects of isotopic disorder on q≠0 phonons. Phys. Rev., 1992, v. 45, № 8, рр. 4065 – 4070. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.45.4065.
  11. Inyushkin A.V., Taldenkov A.N., Ozhogin V.I. et al. Isotope effect on the phonon-drag component of the thermoelectric power of germanium. Physical Review B., 2003, v. 68, no. 15, рр. 1532031 – 1532034. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.68.153203.
  12. Кулеев И.Г., Кулеев И.И., Талденков А.Н. и др. Нормальные процессы фонон-фононного рас­сеяния и термоэдс увлечения в кристаллах германия с изотопическим беспорядком. Журнал экспериментальной и теоретической физики, 2003, т. 123, № 6, с. 1227 – 1238. / Kuleev I.G., Kuleev I.I., Taldenkov A.N. et al. Normal processes of phonon-phonon scattering and the drag thermopower in germanium crystals with isotopic disorder. Journal of Experimental and Theoretical Physics, 2003, v. 96, no.  6, рр. 1078 – 1088. https://doi.org/10.1134/1.1591219.
  13. Высокочистые вещества. Под ред. Чурбанова М.Ф., Карпова Ю.А., Зломанова П.В., Федорова В.А. Москва, Научный мир, 2018, 996 с. / Vysokochistye veschestva [High-purity substances]. Ed. by Churbanova  M.F., Karpova Yu.A., Zlomanova P.V., Fedorova V.A. Moscow, Nauchnnyj mir Publ., 2018, 996 p. (In Russ.).
  14. Жернов А.П., Инюшкин А.В. Изотопические эффекты в твердых телах. Влияние композиции изотопов на фононные моды. Статические атомные смещения в кристаллах. Успехи физических наук, 2001, т. 171, № 8, с. 827 – 854 / Zhernov A.P., Inyushkin A.V. Effect of isotopic composition on phonon modes. Static atomic displacements in crystals. Physics-Uspechi, 2001, v. 44, no. 8, pp. 785 – 811. https://doi.org/10.3367/UFNr.0171.200108b.0827.
  15. Hu M.Y., Sinn H., Alatas A. et al. Effect of isotopic composition on the lattice parameter of germanium measured by x-ray backscattering. Phys Rev. B., 2003, v. 67, art. 113306. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.67.113306.
  16. Kane B. A silicon-based nuclear spin quantum computer. Nature, 1998, v. 393, pp. 133 – 137. https://doi.org/ 10.1038/30156.
  17. Vrijen R., Di Vincenzo D. Electron spin resonance transistor for quantum computation in silicon-ger­manium heterostructure. Phys. Rev. A., 2000, v. 62, art. 012306. https://doi.org/10.1103/PhysRevA.62. 012306.
  18. Itoh K.M., Haller E.E., Hansen W.L. et al. Neutron transmutation dopinc of isotopically engineered Ge. Appl. Phys. Lett., 1994, v. 64, no. 16, pp. 2121 – 2123. https://doi.org/10.1063/1.111703.
  19. Moutanabbir O., Assali S., Attiaoui A. et al. Nuclear spin-depleted, isotopically enriched 70Ge/28Si70Ge quantum wells. Advanced Materials, 2023, art. 2305703. https://doi.org/10.1002/adma.202305703.
  20. Schoenert S. The GERmanium detector array (Gerda) for the search of neutrinoless ββ decays of 76Ge at LNGS. Nuclear Physics B – Proceedings Supplements, 2005, v. 145, pp. 242 – 245. https://doi.org/10.1016/j.nuclphysbps.2005.04.014.
  21. Gunter M., Hellmig J., Heusser G. et al. Heidelberg-Moscow ββ experiment with 76Ge: Full setup with five detectors. Phys. Rev., 1997, v. 55, pp. 54 – 67. https://doi.org/10.1103/PhysRevD.55.54.
  22. Шубин А.Н., Гилев А.Н., Кононов Д.Б. и др. Новые требования к обогащенным изотопам для экспериментов по изучению безнейтринного двойного β-распада (эксперимент Герда). Атомная энергия, 2006, т. 101, № 2, с. 588–592. / Shubin A.N., Gilev A.N., Kononov D.B. et al. Novye trebovaniya k obogashchennym izotopam dlya ehksperimentov po izucheniyu beznejtrinnogo dvojnogo β-raspada (ehksperiment Gerda). [New requirements on enriched isotopes for experiments studying neutrinoless double β-decay (GERDA experiment)]. Atomic Energy, 2006, v. 101, no. 2, pp. 588 – 592. https://doi.org/10.1007/s10512-006-0135-z. (In Russ.).
  23. Avignone F.T., Brodzinski R.L., Klimenko A.A. Results of the pilot experiment to search for inelastic interactions of WIMPS with 73Ge. Physics of Atomic Nuclei, 2000, v. 63, no. 7, pp. 1264 – 1267. https://doi.org/10.1134/1.855780.
  24. Klimenko A.A., Osetrov S.B., Smolnikov A.A. et al. Experimental limit on the charge non-conserving β decay of Ge-73. Physics Letters B., 2002, v. 535, pp. 77 – 84. https://doi.org/10.1016/S0370-2693(02)01724-0.
  25. Aalseth C.Е., Anderson D., Arthur R. et al. The proposed Majorana Ge-76 double-beta decay experiment. Nucl. Phys. Proc. Suppl., 2005, v. 138, pp. 217 - 220. https://doi.org/10.48550/arXiv.hep-ex/0201021.
  26. Agostini M., Allardt M., Andreotti E. et al. Production, characterization and operation of 76Ge enriched BEGe detectors in GERDA. The European Physical Jornal C, 2015, v. 75, art. 39. https://doi.org/10.1140/epjc/s10052-014-3253-0
  27. Девятых Г.Г., Зорин А.Д. Летучие неорганические гидриды особой чистоты. Москва, Наука, 1974, 206 с. / Devyatykh G.G., Zorin A.D. Letuchiye neorganicheskiye gidridy osoboy chistoty [Volatile inorganic hydrides of special purity]. Moscow, Nauka Publ., 1974, 206 p. (In Russ.).
  28. Девятых Г.Г., Зорин А.Д., Фролов И.А. и др. Глубокая очистка неорганических гидридов методом ректификации. В кн.: Методы получения и анализа веществ особой чистоты. Под ред. Г.Г. Девятых, И.М. Коренман. Москва, Наука, 1970, с. 42 – 50. / Devyatykh G.G., Zorin A.D., Frolov I.A. et al. Glubokaya ochistka neorganicheskikh gidridov metodom rektifikatsii [Deep purification of inorganic hydrides by rectification]. V kn.: Metody polucheniya i analiza veshchestv osoboy chistoty [In: Methods of obtaining and analyzing substances of special purity]. Ed. by G.G. Devyatykh, I.M. Korenman. Moscow, Nauka Publ., 1970, pp. 42 – 50. (In Russ.).
  29. Девятых Г.Г. Гидридный метод получения элементов особой чистоты. В сб: Получение и анализ веществ особой чистоты (Под ред. Степина Б.Д.). Горький, ИХ АН СССР, 1974, с. 15 – 21. / Devyatykh G.G. Gidridnyy metod polucheniya elementov osoboy chistoty [Hydride method for obtaining high-purity elements]. In: Polucheniye i analiz veshchestv osoboy chistoty [Obtaining and analyzing high-purity substances]. Ed. by B.D. Stepin. Gorky, Institute of Chemical Sciences of the USSR Academy of Sciences Publ., 1974, pp. 15–21.] (In Russ.).
  30. Девятых Г.Г., Карпов Ю.А., Осипова Л.И. Выставка–коллекция веществ особой чистоты. Москва, Наука, 2003, 236 с. / Devyatykh G.G., Karpov Yu.A., Osipova  L.I. Vystavka–kollektsiya veshchestv osoboy chistoty [Exhibition-collection of substances of special purity]. Moscow, Nauka Publ., 2003, 236 p. Moscow, Nauka Publ., 2003, 236 p. (In Russ.).
  31. Изотопы: свойства, получение, применение. Под. ред. В.Ю. Баранова. Москва, ИздАТ, 2000, 704 с. / Izotopy: svoystva, polucheniye, primeneniye. [Isotopes: properties, production, application]. Ed. by V.Yu.  Baranov. Moscow, IzdAT Publ., 2000, 704. (In Russ.).
  32. Кузнецов В.И. Современные физико-химические методы разделения стабильных изотопов. Москва, Альфа-Лабл, 2001, 272 с. / Kuznetsov V.I. Sovremennye phiziko-chimicheskie metody razdeleniya stabil’nych izotopov [Modern physicochemical methods of separation of stable isotopes]. Moscow, Alfa-Labl Publ., 2001, 272 p. (In Russ.).
  33. Арефьев Д.Г., Васин С.А., Долгов С.В. и др. О применении моногермана для разделения изотопов германия на газовых центрифугах. Перспективные материалы, 2010, Специальный выпуск, № 8, c. 19 – 24. / Arefyev D.G., Vasin S.A., Dolgov S.V. et al. O primenenii monogermana dlya razdeleniya izotopov germaniya na gazovykh tsentrifugakh [On the use of monogermane for the separation of germanium isotopes in gas centrifuges]. Perspektivnye Materialy [Advanced Materials], 2010, Special Issue, no. 8, pp. 19 – 24. (In Russ.).
  34. Крылов В.А., Сенников П.Г., Чернова О.Ю. и др. Молекулярный анализ изотопно–обогащенного 28SiF4 и получаемого из него 28SiH4. Неорганические материалы, 2008, т. 44, № 7, c. 871 – 877. / Krylov V.A., Sozin A.Yu., Sennikov P.G. et al. Molecular analysis of isotopically enriched 28SiF4 and 28SiH4 prepared from it. Inorganic Materials, 2008, v. 44, no 7, pp. 766 – 772. https://.org/ 10.1134/S0020168508070169.
  35. Созин А.Ю., В.А. Крылов, Чернова О.Ю. и др. Примесный состав моноизотопного германа 73GeH4 высокой чистоты. Перспективные материалы, 2017, № 4, С. 65 – 77. / Sozin A. Yu., V. A. Krylov, Chernova O. Yu. et al. Primesnyy sostav monoizotopnogo germana 73GeH4 vysokoy chistoty [The impurity composition of the high-purity monoisotopic germane 73GEH4]. Perspektivnye materialy [Advanced Materials], 2017, no. 4, pp. 65 – 77. (In Russ.).
  36. Крылов В.А., Чернова О.Ю., Киреев С.М. и др. Хромато-масс-спектрометрическое определение при­месей в германе высокой чистоты. Перспективные материалы, 2008, Специальный выпуск, № 6, Часть 1, с. 227 – 229. / Krylov V.A., Chernova O.Yu., Kireyev S.M. et al. Khromato-mass-spektrometricheskoye opredeleniye primesey v germane vysokoy chistoty [Chromatographic mass spectrometric determination of impurities in high-purity germane]. Perspektivnye materialy [Advanced Materials], 2008, Special Issue, no. 6, part. 1, pp. 227 – 229. (In Russ.).
  37. Потапов А.М., Курганова А.Е., Буланов А.Д., Трошин О.Ю., Зырянов С.М. Изотопный анализ моногерманов 72GeH4, 73GeH4, 74GeH4 и 76GeH4, методом масс-спектрометрии высокого разрешения с индуктивно связанной плазмой (МС-ИСП). Журн. аналит. химии, 2016, т. 71, № 7, с. 698 – 706. https://doi.org/10.7868/S004445021605008X / Potapov  A.M., Kurganova A.E., Bulanov A.D., Troshin O.Y., Zyryanov S.M. Isotope analysis of 72GeH4, 73GeH4, 74GeH4 and 76GeH4 monogermanes by inductively-coupled plasma high-resolution mass spectrometry (ICP–MS). Journal of Analytical Chemistry, 2016, v. 71, no. 7, pp. 667 – 675. https://doi.org/ 10.7868/S004445021605008X.
  38. Адамчик С.А., Буланов А.Д., Сенников П.Г. и др. Глубокая очистка GeH4, обогащенного 76Ge, методом ректификации. Неорганические материалы, 2011, т. 47, № 7, c. 777 – 779. / Adamchik S.A., Bulanov A.D., Sennikov P.G. et al. Ultrapurification of 76Ge-enriched GeH4 by distillation. Inorganic Materials, 2011, v. 47, no. 7, pp. 694 – 696. https://doi.org/ 10.1134/S0020168511070016.
  39. Адамчик С.А., Буланов А.Д., Чурбанов М.Ф. и др. Моногерманы 74GeH4 и 73GeH4 с высокой изотопной и химической чистотой. Доклады академии наук, 2014, т. 458, № 6, c. 667 – 670. https://doi.org/ 10.7868/S0869565214300124 / Adamchik S.A., Bulanov A.D., Churbanov M.F. et al. Monogermanes 74GeH4 and 73GeH4 of high isotopic and chemical purity. Doklady Chemistry, 2014, v. 458, no. 2, pp. 185 – 188. https://doi.org/ 10.1134/S0012500814100036.
  40. Bulanov A.D., Churbanov M.F., Lashkov A.Yu. et al. Monogermane 72GeН4 with high chemical and isotopic purity. SMS Bulletin, 2015, v. 6, no. 1, pp. 62 – 65.
  41. Гавва В.А., Трошин О.Ю., Адамчик С.А. и др. Получение монокристаллического изотопно-обогащенного германия-70 гидридным методом. Неорганические материалы, 2022, т. 58, № 3, c. 258 – 263. https://doi.org/10.31857/S0002337X22030058 / Gavva V.A., Troshin O.Y., Adamchik S.A. et al. Preparation of single-crystal isotopically enriched 70Ge by a hydride method. Inorganic Materials, 2022, v. 58, no. 3, pp. 246 – 251. https://doi.org/ 10.1134/S0020168522030050.
  42. Никольский Б.П. Справочник химика в 6 томах. Под общ. ред. Б.П. Никольского. Москва, Госхимиздат, 1964, т. 2, 1168 с. / Nikolsky B.P. Spravochnik chimika v 6 tomah [Handbook of chemist in 6 volumes] / Ed. by B.P. Nikolsky. Moscow, Goskhimizdat Publ., 1964, v. 2. 1168 p. (In Russ.).
РУС
ENG
РУС ENG
Made on
Tilda