Проект реализуется в рамках программы "ПРИОРИТЕТ 2030".
Проект направлен на исследования структуры и физико-химических свойств композиционно сложных неорганических материалов: высокоэнтропийных сплавов NiZrCuTi и композитов TiO2/С. Предполагается проведения поисковых исследований в двух направлениях с целью улучшения сорбционной способности по отношению к полихлорированным бифенилам и шестивалентному хрому синтезированными композитами TiO2/С (раздел 1) и синтез новых высокоэнтропийных сплавов NiZrCuTi, способных образовывать объемноаморфные и композиционные образцы и/или твердые растворы (раздел 2).
1. Выброс токсичных тяжелых металлов в водную среду вызывает серьезные проблемы с ее загрязнением. Хром представляет большую экологическую опасность из-за его высокой токсичности, потенциальной канцерогенности и высокой подвижности в воде. Основными источниками загрязнения хромом являются электрохимическая, сталелитейная промышленность и кожевенное дубление. В водной среде хром существует в шестивалентной (Cr(VI)) и трехвалентной (Cr(III)) формах, из которых шестивалентная форма более токсична, чем трехвалентная, и известна как канцероген [Y. A. Shaban. World Journal of Nano Science and Engineering. 2013, 3, Article ID:40512 DOI: 10.4236/wjnse.2013.34018].
Одной из глобальных экологических проблем современного мира является загрязнение окружающей среды стойкими органическими загрязнителями (СОЗ). Полихлорированные бифенилы (ПХБ) являются самыми распространенными антропогенными загрязнителями, которые входят в число СОЗ. В настоящее время 115 стран, в том числе и Россия, подписали Заключительный акт Стокгольмской конвенции (2001 г.) о СОЗ. Согласно ей ПХБ подлежат полному уничтожению до 2025 г [Л.Н. Занавескин, В.А. Аверьянов. Успехи химии, 67, 788 (1998)].
2. В силу своих уникальных свойств (твердость, упругость, пластичность, коррозионная стойкость и др.) и хороших перспектив практического применения, высокоэнтропийные сплавы (ВЭС) – многокомпонентные системы с эквиатомным или близким к эквиатомному составом – являются наиболее популярными для изучения металлическими системами. Среди многообразия высокоэнтропийных сплавов система NiZrCuTi занимает особое место. Данная система является наиболее перспективным объектом исследований, поскольку обладает наибольшей аморфизующей способностью и демонстрирует эффект памяти формы за счет обратимого мартенситного превращения B2 (Ti,Zr)(Cu,Ni) фазы. Сочетание уникальной аморфизующей способности и эффекта памяти формы позволяет получать композитные материалы, представляющие собой аморфную матрицу с включениями B2 (Ti,Zr)(Cu,Ni) фазы и обладающие повышенной пластичностью. Незначительные добавки элементов Co, Ti, Ta и W также могут повлиять на термическую стабильность В2 B2 (Ti,Zr)(Cu,Ni) фазы, а также изменить ее форму и размеры при быстром затвердевании и последующем отжиге. В проекте предполагается изучить влияние Al на мартенситные превращения, структурное состояние и теплофизические свойства, а именно: теплопроводность, теплоемкость, температуропроводность, плотность сплавов NiZrCuTi.
Коллектив на протяжении многих лет занимается комплексными исследованиями металлических систем, в том числе и высокоэнтропийных сплавов и металлических стекол. Имеется опыт структурного анализа, а также экспериментального и теоретического изучения материалов в кристаллическом, аморфном и жидком состояниях. Проведены комплексные исследования сплавов систем Cu-Zr и Cu-Zr-Al в широком диапазоне температур, включая область жидкого состояния. Впервые был установлен ряд факторов, позволяющих выявить причины формирования объемно-аморфных образцов в определенном концентрационном интервале. Высказано предположении о наличии единственного т.н. пин-пойнта (области лучшей аморфизации) в бинарной системе Cu-Zr вместо ранее предполагаемых трех концентрационных интервалов. У коллектива также имеется опыт исследования высокоэнтропийных систем. В частности, мы изучаем ряд высокоэнтропийных сплавов на базе d-переходных элементов (грант РФФИ № 16-33-00619). Экспериментально изучены структура и комплекс свойств, а также установлены температуры и тип фазовых переходов для эквиатомных сплавов AlCoCrFeNi и AlCoCrMnFeNi, подвергнутых различной термо-временной обработке. Установлено, что способ синтеза критическим образом влияет на структуру и свойства данных материалов. Результаты опубликованы в работах [S. Uporov, V. Bykov, S. Pryanichnikov, A. Shubin, N. Uporova, Effect of synthesis route on structure and properties of AlCoCrFeNi high-entropy alloy, Intermetallics 83 (2017) 1–8. S.A. Uporov, R.E. Ryltsev, V.A. Bykov, S. Kh Estemirova, D.A. Zamyatin, Microstructure, phase formation and physical properties of AlCoCrFeNiMn high-entropy alloy, Journal of Alloys and Compounds 820 (2020) 153228].
Участниками коллектива в работе [Kozhina, G., Estemirova, S., Pechishcheva, N., Murzakaev, A., Vovkotrub, E., Skrylnik, M., Shunyaev, K. Advanced Powder Technology, 2017, 28(4), 1202–1212. doi: 10.1016/j.apt.2017.02.006] исследованы условия синтеза и свойства композитов, получаемых путем механоактивации графита с Fe2O3 и MnO2, показана возможность протекания механохимической реакции восстановления оксидов и изменения состояния углерода. Установлено улучшение сорбционных свойств TiO2 по отношению к шестивалентному хрому под действием механоактивации при освещении ультрафиолетом [N. Pechishcheva, A. Korobitsyna, E. Vinogradova, S. Estemirova, P. Zaitceva, K. Shunyaev. AIP Conference Proceedings 2020, 2313, 050024. doi: 10.1063/5.0032290]. В работе [Melchakova, O.V., Pechishcheva, N.V., Korobitsyna, A.D. Tsvetnye Metally. 2019, (1), 32–39. doi: 10.17580/tsm.2019.01.05] также показано улучшение сорбционных свойств TiO2 под действием механоактивации по отношению к галлию, в [Pechishcheva, N.; Belozerova, A.; Shunyaev, K. Proceedings of conference OPTIMIZATION OF THE COMPOSITION, STRUCTURE AND PROPERTIES OF METALS, OXIDES, COMPOSITES, NANO AND AMORPHOUS MATERIALS. Ein Bokek, Israel. 2019, 194-200] – по отношению к As(III) и As(V). Изучена сорбция хрома шестивалентного механоактивированными материалами - диоксидом титана и графитом – в работах [Д.П. Ординарцев, Н.В. Печищева, А.А. Валеева, П.В. Зайцева и др. Наноразмерный диоксид титана для удаления Cr(VI) и As(III) из водных растворов // Журнал физической химии, 2022 – в печати; N. Pechishcheva, S. Estemirova, A. Kim, P. Zaitceva et al. Adsorption of Heхavalent Chromium On Mechanically Activated Graphite // Diamond and related materials, 2022 – in press], показана её интенсификация при высокоэнергетическом размоле. В работе [Kulikova T., Maiorova A., Gorbunova Т., Gulyaeva R., Safronov A., Pervova M. Chemical functionalization and thermal destruction of persistent organic pollutants: polychlorinated biphenyls // Chemical Papers, 2022, doi: 10.1007/s11696-022-02137-9. https://link.springer.com/article/10.1007/s11696-022-02137-9] показано применение комбинированных методов, а именно функционализации ПХБ с образованием новых производных с максимально замещенным количеством хлора в молекуле с последующей их термической деструкцией до простых соединений: углекислого газа, воды и хлороводорода в предельно допустимых концентрациях.
За последние пять лет члены коллектива имели опыт руководства десятью научными проектами (совокупно), из них один проект РНФ, шесть – проекты фонда РФФИ и три – программы президиума УрО РАН. Кроме того, участники предлагаемого проекта являлись соисполнителями в трех проектах РНФ. За последние 10 лет членами коллектива были опубликованы 110 статей, индексируемых базами WOS (Scopus), из них 24 – опубликованы в журналах с квартилем Q1.
В целом проект направлен на развитие интеграции УрФУ с академическими институтами, а также на развитие в УрФУ кадрового потенциала науки, поддержку молодых исследователей, обеспечение массовой вовлеченности ППС в исследовательскую и инновационную деятельность в интересах предприятий региона и базовых отраслей РФ.
