Пресс-релизы // » Добавить пресс-релиз

В ТГУ неожиданно получили стишовит

«Космический» сверхплотный минерал получился в обычных условиях окружающей среды. Аморфные наночастицы кремнезёма при плазменно-электролитическом оксидировании (ПЭО) кратно повысили свойства защитного слоя на алюминиевом сплаве и превратились в сверхплотные твёрдые частицы стишовита. Для объяснения и прогнозирования его образования учёными России и Израиля была разработана новая количественная теория ударного взаимодействия наночастиц c оксидным слоем.
Плазменно-электролитическое оксидирование (ПЭО) – современная технология электрохимической обработки сплавов на основе алюминия, магния и титана, позволяющая создавать на поверхности изделий защитный керамический оксидный слой. Такой слой нельзя назвать в полном смысле покрытием, поскольку в его формировании участвует как сам обрабатываемый материал, так и вещества из электролита. Такое «покрытие» может иметь многократно более высокие механические, теплозащитные и антикоррозионные свойства, чем основной сплав, и защищать его от повреждений при работе в экстремальных условиях. Технологию отличают высокая экологичность и простота организации процесса. Из-за сочетания хороших механических свойств и малой плотности алюминиевые и магниевые сплавы широко используют в машиностроении, в том числе авиа- и автомобилестроении, а также в судостроении. Однако их поверхность для многих задач оказывается недостаточно износо- и коррозионностойкой. ПЭО позволяет решить большой круг задач по обеспечению необходимых свойств поверхности лёгких сплавов, но часто требуются ещё более высокие свойства для работы изделий в агрессивных средах и в экстремальных условиях изнашивания. Также остаётся проблемой невысокая производительность ПЭО.
Международный коллектив учёных из Тольяттинского государственного университета (ТГУ) под руководством профессора, главного научного сотрудника, доктора физико-математических наук Михаила Криштала при участии ведущего научного сотрудника Израильского Политехнического Института (Технион) физика-теоретика Александра Кацмана модифицировал технологию ПЭО, введя в электролит аморфные наночастицы кремнезёма (диоксида кремния SiO2). Многочисленные эксперименты в обычных условиях окружающей среды показали, что частицы с размерами от 20 до 40 нм при ПЭО превращаются в сверхплотную (на 60% плотнее кварца) модификацию кремнезёма – стишовит – и фиксируются в оксидном слое. Стишовит был открыт в 1961 году академиком РАН Сергеем Михайловичем Стишовым, в честь которого и получил своё название. Уникальность стишовита состоит в том, что он формируется только в условиях сверхвысоких давлений (80–120 тыс. атмосфер) и температур, выше 500 ºС. Содержащие стишовит породы находятся на недоступных для человека глубинах Земли в несколько сотен километров и редко встречаются на её поверхности в метеоритных и вулканических кратерах. Высокая твёрдость минерала (до 9,5 единиц по минералогической шкале Мооса, что чуть ниже твёрдости алмаза – 10 по шкале Мооса) делает его перспективным для создания твёрдых материалов и покрытий.
– Известно, что многие керамические частицы, попадая в электролит, могут адсорбировать электроны на своей поверхности и, таким образом, заряжаются отрицательно. Эти заряженные частицы попадают в парогазовые пузырьки (ПГП), образование которых в микропоровых каналах предшествует зажиганию и горению микродуговых разрядов при ПЭО. Электрическое поле может разогнать заряженные частицы в таких пузырьках до очень больших скоростей, в несколько раз превышающих скорость звука (до 1000 м/с и более). Столкновение быстродвижущихся заряженных наночастиц с поверхностью более твёрдого оксидного слоя приводит к самым разным эффектам. При неупругом (или частично упругом) столкновении кинетическая энергия частиц преобразуется в энергию деформации сжатия, нагревания частицы и/или в кинетическую энергию отскочившей частицы, обеспечивая различные сценарии взаимодействия в зависимости от размера частицы, – поясняет ведущий научный сотрудник Техниона Александр Кацман.
Разработанная модель позволяет прогнозировать значительное увеличение эффективности процесса ПЭО в присутствии наночастиц в электролите, изменение структуры и состава керамического слоя, улучшение защитных и механических свойств «покрытий». При обработке алюминиево-кремниевого сплава добавка всего 3 грамм наночастиц на литр электролита повышает износостойкость образующегося керамического слоя в 1,5 раза, термическое сопротивление в 4 раза, толщину – более чем в 1,5 раза.
– Размер частиц данного типа имеет определяющее значение для сценария их взаимодействия с поверхностью оксидного слоя, – подчёркивает руководитель проекта главный научный сотрудник ТГУ Михаил Криштал. – Поскольку в электролит невозможно ввести частицы строго определённого размера, в действительности одновременно добавляются разные по величине частицы в определённом диапазоне размеров. Поэтому одновременно могут реализоваться сразу несколько сценариев их взаимодействия – от упругого отскока обратно в электролит до превращения в фазы высокого давления, такие как стишовит, или даже расплавления и химического взаимодействия с металлом основы. Все эти сценарии реализуются при размере наночастиц от 10 до 100 нм. Стоит отметить, что с частицами большего размера такие интересные эффекты недостижимы. Более того, микрочастицы внедряются в керамический слой при ПЭО совсем по другому механизму – просто осаждаясь на поверхность в результате электрофореза. Ударный сценарий появления наночастиц стишовита очень похож на сценарий космической катастрофы – к подобным эффектам приводит мощный удар метеорита о землю. Только вместо гравитации наночастицы разгоняются электрическим полем. Само по себе ПЭО с точки зрения физики представляет собой циклический процесс, при котором последовательно реализуются самые разные физические механизмы – от формирования парогазовой фазы до микродугового разряда и его гашения. Внедрение наночастиц превращает такой процесс в ещё более сложный, гибридный, добавляя новые механизмы и эффекты, позволяющие, в частности, контролировать длительность горения дуги и таким образом увеличивать производительность всего процесса ПЭО. Одновременно работает и физика плазмы, и физика высокого давления в наномасштабе, и электрохимия.
Впервые учёные из Тольяттинского государственного университета обнаружили стишовит в керамическом слое, формируемом на поверхности алюминиевого сплава при ПЭО с добавками аморфных наночастиц, ещё в 2014 году. Однако потребовалось почти 8 лет, чтобы устойчиво воспроизвести и экспериментально доказать этот результат, а также создать теорию, адекватно объясняющую его и предсказывающую другие эффекты взаимодействия наночастиц с оксидным слоем, формируемым при ПЭО.
– Результат был крайне неожиданным и даже несколько пугающим, так как до нас такие эффекты никто в литературе не описывал. Открыть новую фазу в материале или переход в неё известного вещества – большая удача. И хотя мы были относительными новичками в этой области, мой научный руководитель профессор Михаил Михайлович Криштал поверил в этот результат и ухватился за него, как никто другой понимая его важность, новизну и уникальность. Мы опубликовали работу в Докладах Академии наук. Этот результат также стал частью моей кандидатской диссертации, – рассказывает ведущий научный сотрудник ТГУ, кандидат технических наук Антон Полунин. – С тех пор мы работали как над повторением выявленного эффекта, изучением его границ, так и, главное, над разработкой теоретической базы, модели, которая объясняла бы выявленный феномен, позволяла прогнозировать его возникновение и управлять им. И наконец нам это удалось.
Разработанная теория показывает, что физические свойства частиц, так же, как и их размер, играют решающую роль в сценарии взаимодействия наночастиц с керамическим слоем. В предыдущей публикации международного коллектива учёных представлены результаты исследований эффектов, связанных с добавками в электролит наночастиц карбида титана. Они, в отличие от аморфных частиц кремнезёма, твёрже получаемого оксидного слоя. Поэтому при определённом размере для них характерно химически инертное взаимодействие со слоем, при котором они его просто пробивают, как наноснаряды, внедряясь в слой на глубину, соизмеримую с их размером. Этот эффект также объясняется в рамках разработанной теории.
Исследования выполнены при поддержке Российского научного фонда и Министерства науки и высшего образования РФ (госзадание на научные исследования) и будут опубликованы 15 июля 2022 года в журнале Surface and Coatings Technology. Журнал публикует всего 18 % поступающих в редакцию научных работ. Сам факт новой публикации указывает на то, что наука может и должна оставаться вне политики, а геополитическая ситуация далеко не всегда влияет на эффективность взаимодействия учёных в рамках фронтирных научных исследований и публикационную политику ведущих журналов.

Контактное лицо: Ольга Колпашникова
Компания: Тольяттинский государственный университет
Добавлен: 09:06, 09.06.2022 Количество просмотров: 272
Страна: Россия


Врио ректора АГАУ Владимир Плешаков принял участие в работе 9-ой международной выставки ЭКСПО «Китай- Евразия», ФГБОУ ВО "Алтайский государственный аграрный университет", 15:37, 03.07.2025, Россия118
С 25 по 29 июня в городе Урумчи Синьцзян-Уйгурского автономного района (СУАР КНР) врио ректора Алтайского государственного аграрного университета Владимир Плешаков в составе делегации Алтайского края принимал участие в работе 9-ой международной выставки ЭКСПО «Китай- Евразия».


Автопарк Алтайского ГАУ пополнился сразу новыми 2 автобусами, ФГБОУ ВО "Алтайский государственный аграрный университет", 15:05, 03.07.2025, Россия156
В Алтайский государственный аграрный университет прибыли 2 новых автобуса «Газель Next» A65R52, приобретенных вузом в рамках федеральной программы «Профессионалитет»


Алтайский ГАУ принял участие во Всероссийской ярмарке трудоустройства «Работа России. Время возможностей», Алтайский государственный аграрный университет, 10:44, 03.07.2025, Россия138
В Алтайском крае прошел федеральный этап Всероссийской ярмарки трудоустройства «Работа России. Время возможностей».


В ТГУ выводят на новый уровень создание «умных покрытий», ТГУ, 22:14, 30.06.2025, Россия177
Учёные Тольяттинского государственного университета совершенствуют технологию плазменно-электролитического оксидирования для получения принципиально новых многофункциональных smart-покрытий, применяемых в медицине и технике.


Алтайский ГАУ поднялся на 9 позиций в «Национальном рейтинге университетов» от «Интерфакс», ФГБОУ ВО "Алтайский государственный аграрный университет", 11:24, 26.06.2025, Россия150
Группа «Интерфакс» представила XVI ежегодный «Национальный рейтинг университетов» (НРУ) 2025 года, в котором Алтайский государственный аграрный университет продемонстрировал положительную динамику.


Самые актуальные вопросы развития молочной отрасли в Сибири обсудили в Алтайском ГАУ, ФГБОУ ВО "Алтайский государственный аграрный университет", 11:10, 26.06.2025, Россия128
25 июня на базе Алтайского государственного аграрного университета состоялось Межрегиональное совещание представителей молочной отрасли Сибирского федерального округа


Молодой ученый Алтайского ГАУ принимает участие в Международной летней школе по селекции в Москве, ФГБОУ ВО "Алтайский государственный аграрный университет", 10:39, 26.06.2025, Россия95
В Москве начала работу Международная летняя школа «Современные технологии селекции растений»


В Алтайском ГАУ стартовала приемная кампания-2025, ФГБОУ ВО "Алтайский государственный аграрный университет", 20:50, 22.06.2025, Россия234
В этом году абитуриентов Алтайского государственного аграрного университета ждут почти 2000 мест по всем формам обучения


Алтайский ГАУ вошел в топ-10 Индекса читательской активности вузов, ФГБОУ ВО "Алтайский государственный аграрный университет", 18:48, 22.06.2025, Россия108
Консорциум сетевых электронных библиотек (СЭБ) опубликовал первый Индекс читательской активности вузов за 2024-2025 учебный год, в котором приняли участие 417 вузов из различных регионов России.


В Алтайском ГАУ вспоминают труды и дни известного изобретателя Николая Капустина, ФГБОУ ВО "Алтайский государственный аграрный университет", 19:19, 18.06.2025, Россия125
10 июня 2025 года ушел из жизни доцент кафедры механизации производства и переработки сельскохозяйственной продукции Алтайского государственного аграрного университета, известный изобретатель Николай Игнатьевич Капустин


Ученый Алтайского ГАУ отмечена Благодарственным письмом Совета Федерации в рамках форума «Труженики села», ФГБОУ ВО "Алтайский государственный аграрный университет", 13:55, 10.06.2025, Россия124
В Москве состоялось награждение победителей «Национального органического конкурса 2025».


Директор Спб ФИЦ РАН Андрей Ронжин: «Роботизированные системы и технологии искусственного интеллекта скоро войдут во все сферы АПК!», ФГБОУ ВО "Алтайский государственный аграрный университет", 13:54, 10.06.2025, Россия201
Директор Санкт-Петербургского Федерального исследовательского центра Российской академии наук, д.т.н., профессор РАН Андрей Ронжин в интервью рассказал о том, какие решения для отечественного АПК предлагают участники V международной конференции «Цифровизация сельского хозяйства и органическое производство ADOP 2025». Мероприятие прошло 3-6 июня на базе Алтайского государственного аграрного университета.


Разработана инновационная микробиологическая платформа для консервирования кормов, АО «СОЮЗСНАБ», 13:44, 10.06.2025, Россия113
Завершена разработка нового микробиологического препарата — биоконсерванта «Имба», предназначенного для эффективного силосования и консервирования кормов.


Алтайский ГАУ посетила делегация Синьцзянской Академии сельскохозяйственных наук, ФГБОУ ВО "Алтайский государственный аграрный университет", 22:41, 05.06.2025, Россия330
Алтайский государственный аграрный университет с ознакомительным визитом посетила делегация Синцзянского исследовательского Института механизации сельского хозяйства Синцзянской Академии сельскохозяйственных наук (КНР)


ТГУ приступает к созданию «Питона», ТГУ, 21:55, 05.06.2025, Россия172
ТГУ займётся разработкой комплексного гидрологического зонда «Питон»


  © 2003-2025 inthepress.ru