Image

"Результат был крайне неожиданным и даже несколько пугающим" © В Тольяттинском государственном университете неожиданно получили стишовит - «космический» сверхплотный минерал.

«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. Это один из ведущих мировых журналов в области инженерии поверхности и технологий покрытий (входит в Web of Science Core Collection, импакт-фактор – 4,16). В электронном виде статья уже доступна.

Surf. Coat. Technol. 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.




#Тольятти #ТППТольятти #ТППТ #бизнес_вТольятти #членыТППТольятти #предпринимателиТольятти
Отдел по связям с общественностью ТПП г. Тольятти

Публикация подготовлена в системе Public.RBGmedia

Image

Программа наставничества стартует в Подмосковье

Запуск новой волны Программы наставничества состоится 8 сентября в Доме Правительства Московской области в 15.30. Мероприятие объединит начинающих предпринимателей и опытных наставников, готовых поделиться своим успешным опытом ведения...

Image

Юридическое сопровождение бизнеса: налоги, консалтинг, аутсорсинг

10 сентября 2025 года Russian Business Guide при поддержке Торгово-промышленной палаты Российской Федерации и Ассоциации «Российско-Турецкий диалог» проводит круглый стол на тему: «Юридическое сопровождение бизнеса:...

Image

В рамках областного фестиваля «100% креатив» наградили победителей Всероссийского Кубка креативных бизнес-проектов

15 августа подмосковный Орехово-Зуево стал центром притяжения предпринимателей, стартаперов, творцов и любителей местной культуры. Здесь прошел форум-фестиваль...

Image

Подписано Соглашение между Кузбасской ТПП и Кемеровским региональным отделением Союза машиностроителей России

26 августа состоялась рабочая встреча руководства Кузбасской ТПП с представителями региональной машиностроительной отрасли, в ходе которой было подписано Соглашение...

Image

В Кемерове состоялось вручение портфелей в рамках акции «Помоги собраться в школу»

26 августа в Кемерове, в городском Центре социальной помощи семье и детям «Семейный центр», в рамках акции «Помоги собраться в школу» состоялось вручение ранцев со школьными принадлежностями детям из...

Image

Вопросы регулирования ремесленной деятельности обсудили на заседании Комитета Кузбасской ТПП по развитию креативных индустрий

27 августа в Кузбасской ТПП состоялось очередное заседание недавно созданного Комитета по развитию креативных индустрий с темой: «Ремесленная...

Image

ЕВРАЗИЙСКАЯ ПРЕМИЯ «АСCАМБЛЕИ АВТОМОБИЛИСТОВ»

Главная автомобильная радиопередача страны «Ассамблея автомобилистов» (ВГТРК, радио «Маяк»), «Аргументы и факты Петербург» и агентство «Евразийский стратегический альянс» объявляют о проведении первой евразийской премии «Ассамблеи...

Image

III Международный форум особых экономических зон пройдет в Нижнем Новгороде

III Международный форум особых экономических зон («ОЭЗ-2025») пройдет 18 сентября в Нижнем Новгороде.

Image

БОЛЬШОЕ ЕВРАЗИЙСКОЕ ПАРТНЕРСТВО СТАНОВИТСЯ ПРОСТРАНСТВОМ РОСТА ДЛЯ РЕАЛЬНОГО СЕКТОРА ЭКОНОМИКИ СТРАН ЕВРАЗИИ И ГЛОБАЛЬНОГО ЮГА

В Москве завершил работу II Всемирный форум «Новая эпоха – новые пути». Главная тема – цивилизационная инициатива Владимира Путина – Большое...

Image

16 августа 2025 года в Пироговском лесопарке (г. Мытищи) состоялся благотворительный межрегиональный фестиваль творчества и спорта «Нежный ФЕСТ»

16 августа 2025 года в Пироговском лесопарке (г. Мытищи) состоялся благотворительный межрегиональный фестиваль творчества и...

Image

Шедевры из коллекции Государственного Русского музея впервые выставляются на ВДНХ

Это проект Государственного Русского музея, подготовленный ко дню рождения столицы в тесном сотрудничестве с Правительством Москвы, Департаментом культуры города Москвы и...

Image

В Кузбасской ТПП провели мастер-класс «Моя родословная»

21 августа в рамках деятельности Комитета Кузбасской ТПП по семейному предпринимательству состоялся мастер-класс «Моя Родословная», посвящённый созданию родословного древа и изучению истории...

Image

Сегодня свой 13-й день рожденья отмечает компания «Драфт»!

Издательско-коммуникационная группа «Бизнес-Диалог Медиа» искренне поздравляет своих коллег и партнеров – всю команду компании «Драфт» – с...

Image

Круглый стол «Развитие сотрудничества в сфере франчайзинга»

13 августа 2025 года Russian Business Guide при поддержке Торгово-промышленной палаты РФ и Ассоциации «Российско-Турецкий диалог» провёл круглый стол «Развитие сотрудничества в сфере франчайзинга. Как создать партнёрство?...

Image

«ОРИЕНТИРЫ ДЕТСТВА 5.0» объединил дошкольное детство

Всероссийский форум работников дошкольного образования «ОРИЕНТИРЫ ДЕТСТВА 5.0» состоялся!

Image

16 августа 2025 года в Мытищах пройдёт большой летний праздник — «Нежный ФЕСТ»

16 августа 2025 года в Мытищах пройдёт большой летний праздник — «Нежный ФЕСТ» — масштабное межрегиональное мероприятие, организованное Союзом «Содействие женскому предпринимательству» при поддержке...

Image

При содействии Кузбасской ТПП в регион доставлен многотонный груз с детским питанием от фонда имени Евгения Примакова

7 августа со склада-распределителя в Новосибирске для Кузбасса фондом было отгружено детское питание весом почти 40 тонн на сумму около 8 млн руб....

Image

Развитие сотрудничества в сфере франчайзинга

13 августа 2025 г. Russian Business Guide при поддержке Торгово-промышленной палаты РФ и Ассоциации «Российско-Турецкий диалог» проведет круглый стол «Развитие сотрудничества в сфере...

Актуальные комментарии
  • Image

    ESG: устойчивое развитие в ОЭЗ «Алга»

    В 2022 году Ассоциация кластеров, технопарков и особых экономических зон России включила Башкортостан в число пилотных регионов по формированию мастер-моделей инфраструктурных площадок, направленных на достижение целей устойчивого развития (ESG).

  • Image

    Реализация ESG-повестки в наукограде: ОЭЗ «Дубна» делится опытом

    Наукоград Дубна – процветающий деловой и научный центр на севере Подмосковья. Особая экономическая зона «Дубна» – инновационная площадка, где в 2024 году осуществляют деятельность более 160 высокотехнологичных компаний.

  • Image

    ОЭЗ «Технополис Москва» — лидер ESG-рейтинга и инициатор проектов корпоративной ответственности

    Особая экономическая зона «Технополис Москва» активно развивает повестку устойчивого развития через реализацию ряда значимых проектов. Эксперты отмечают высокие стандарты управления и приверженность ESG-принципам. В планах на 2025 год — дальнейшее укрепление позиций в области рационального использования ресурсов и повышения качества инфраструктуры.

  • Image

    Корпорация развития Нижегородской области придерживается ESG-принципов во всех направлениях своей деятельности.

    Так, при оборудовании офиса агентства развития было применено множество благоприятных для окружающей среды решений. В частности, ведется раздельный сбор мусора (пластик, бумага, стекло), сбор использованных батареек для передачи их на последующую утилизацию. На регулярной основе проводятся субботники и сдача бумаги в специализированные эко-пункты. Также все рабочие пространства оснащены энергосберегающим освещением, а навигация офиса сделана из переработанного пластика, собранного сотрудниками.

  • Image

    НОВАТЭК морозит водород

    Компания пересматривает планы развития СПГ-проектов в Мурманске и на Ямале

  • Image

    Минэк подготовил стандарт отчетности об устойчивом развитии для бизнеса

    Минэкономразвития подготовило проект постановления об утверждении стандарта отчетности об устойчивом развитии и требований к системе верификации соответствия деятельности организаций стандарту общественного капитала бизнеса. Документ опубликован на федеральном портале нормативных правовых актов.

  • Image

    У России есть все возможности для эффективного развития "зеленой" повестки

    Почему важно следить за экосистемами и повышать плату за вредное воздействие на окружающую среду? Для чего нужны карбоновые полигоны? Достаточно ли нормативных документов для реализации ESG-стратегий? Как российский бизнес участвует в экологических программах? Каких климатических изменений ждать? Ответы на эти и другие вопросы в эксклюзивном интервью "РГ" дал член-корреспондент РАН, научный руководитель Института водных проблем Российской академии наук Виктор Данилов-Данильян.

  • Image

    Малый бизнес сможет официально снижать свой углеродный след

    Правительство расширило доступ бизнесу к национальному рынку углеродных единиц, теперь иностранные и физлица могут получить зачета углеродных единиц для уменьшения углеродного следа. Об этом сообщает пресс-служба Минэкономразвития.