16. Відділ тонкого неорганічного синтезу, термодинаміки та кінетики гетерофазних процесів

Завідувач відділу

Куліков Леонід Мінейович

старший науковий співробітник, доктор хімічних наук
l.kulikov@ipms.kyiv.ua
+380(44)205-79-77

Основні напрямки наукової діяльності

нанохімія та матеріалознавство графеноподібних дихалькогенідів d-перехідних металів;
нові методи синтезу високобористих тугоплавких сполук, їх механічні і термодинамічні властивості;
термодинамічні властивості тугоплавких потрійних сполук в системах Hf(Ti)O₂ , Ln₂O₃, Al₂O₃, Ln₂O₃ (55 – 2300 K) та їх теплофізичні характеристики;
корозійно-електрохімічні процеси та механізми корозії нових матеріалів, покриттів технічного і медико-біологічного призначення в агресивних середовищах.

Найкращі результати

2018 рік

Процеси та механізми структуроутворення нових нанокомпозитів графеноподібних дихалькогенідів d-перехідних металів, боридів і карбоборидів алюмінію; фізико-хімічні властивості синтезованих фаз та складних оксидів в системах TiO₂–Ln₂O₃ (Ln = Sm, Yb); корозійна стійкість композитів, покриттів, які містять дибориди титану і цирконію

Нові двовимірні (2D) наноматеріали на основі неорганічних аналогів графену шаруватих дихалькогенідів d-перехідних металів та їх ван-дер-Ваальсових (vdW) наноструктур: розроблено конкурентоспроможні, здатні до масштабування, лабораторні нанотехнології отримання графеноподібних наночастинок 2D MeCh₂ (Me=Mo, W; Ch=S, Se) твердих 2D наномастил як функціональних додатків до мастильних матеріалів нового покоління (авіакосмічна техніка, машинобудування, військова техніка тощо); вперше вивчено процеси і механізми функціоналізації киснем поверхні наночастинок MoS₂ при контакті з повітрям (вологість, кисень; адсорбція, взаємодія), їх кінетичні, термодинамічні та діелектричні характеристики, а також напівпровідникові, оптичні, інтеркаляційні (Li), антикорозійні властивості MoS₂; запропоновано нанотехнології графеноподібних наночастинок ReSe₂ та нових vdW наноструктур; вперше синтезовано vdW наноструктури для нових методів високоефективної очистки води (наносорбенти, нанофокаталізатори для видимого світла): глинистий мінерал (сапоніт) – Fe₃O₄ – MoS₂, встановлено нанофотокаталітичний вплив MoS₂ на значне зростання сорбційної здатності щодо видалення органічних полютантів різної природи, в т.ч. органічних барвників (в 5-6 раз, більше 1000 мг/г).

Перспективні надтверді матеріали: запропоновано спосіб синтезу нанокристалічних (субмікронних) порошків додекабориду алюмінію (AlB₁₂), на основі чого розроблено технологію отримання напівпромислових партій однофазних, хімічно чистих, атестованих комплексом фізико-хімічних досліджень порошків AlB₁₂ з регульованими розмірами частинок (50-250 нм); зазначені порошки проходять випробування як індивідуальні матеріали, так і в складі керамік широкого призначення – від надтвердих в якості балістичного захисту до теплопровідних з високою магнітною провідністю, а також в алюмоматричних композитах.

Термодинамічні властивості складних оксидів лантаноїдів - компонентів нових конструкційних і функціональних керамік, теплозахисних покриттів: вперше досліджено теплоємність тугоплавких складних оксидів Gd₂Hf₂O₇ та Pr₂Hf₂O₇ (60–300 К) методом адіабатичної калориметрії; показано, що Ср змінюється монотонно, аномалії відсутні; вперше визначено теплоємність, ентропію, приведену енергію Гіббса та ентальпію гафнатів гадолінію та празеодиму при стандартних умовах; досліджено приріст ентальпії Gd₂Hf₂O₇ (390-1550 К), отримано температурні залежності їх основних термодинамічних функцій (10-1600 К); результати рекомендовані як довідникові в розробках нової конструкційної та функціональної кераміки (зокрема, сучасних матриць для іммобілізації радіоактивних відходів та теплозахисних покриттів).

Електрохімічні властивості нових композиційних керамічних матеріалів: вперше встановлено корозійні поведінки та механізми корозії у морській воді (3% розчин NaCl) керамік системи TiN-AlN, композитів системи (TiN-AlN) – (Ni-Cr-Al) з вмістом AlN, 25TiN-75AlN-Cr₃C₂, NiAl-CrB₂, композиційного матеріалу TiCrB₂-AlN, ТiСх в області гомогенності, AlB₁₂ та композитів системи AlB₁₂-AlN, біомедичних сплавів системи Ti-Nb-Si при роботі у фізіологічному розчині; для композиційних матеріалів системи NiTi–CrB₂ встановлено, що в результаті утворення більш корозійностійкої (в порівнянні з NiTi) нової фази Ni₃Ti, а також ТіB₂, композити практично не кородують, що свідчить про перспективність їх подальшого застосування як захисних корозійностійких матеріалів.

Основні виконавці: Л.М. Куліков, В.Б. Муратов, М.П. Горбачук, В.М. Талаш.

Опубліковані тези

1. Kulikov L.M. Modern trends for improving the catalytic activity of graphene-like d-transition metal dichalcogenides and their nanocomposites // Proc. II Symposium “Modern trends of nanocatalysis”. (“NANOCAT-2017”) . – Kyiv. – 24-29 September 2017. – Р. 13.

2. Prikhna T. A., Barvitskyi P., Vasiliev O. et al Synthesis, sintering, structure and properties of AlB₁₂C₂ -based materials // Proceedings of the 41-st International Conference on Advanced Ceramics and Composites. – January 22-27. – 2017. – Daytona Beach, Florida, USA.

3. Kartuzov V., Vasiliev O., Mazur P., Muratov V., Kartuzov Y. A . New AlB₁₂ based composite with aluminum matrix // 12^th Pacific Rim Conference on Ceramic and Glass Technology. – May 21-26. – 2017. – Waikoloa, Hawaii, USA.

4. Vasiliev O., Kartuzov V., Muratov V. et al. New Ceramic Material AlB₁₂-AlN:Combination of High Boron Content, Hardness and Thermal Conductivity //12^th Pacific Rim Conference on Ceramic and Glass Technology. – May 21-26. – 2017. – Waikoloa, Hawaii, USA.

5. Мазур П.В., Васільєв О.О., Муратов В.Б., Прихна Т.О., Барвіцький П.П., Гарбуз В.В., Картузов В.В. Композиційна кераміка на основі додекабориду та нітриду алюмінію // Теоретичні та експериментальні дослідження у технологіях сучасного матеріалознавства. – 30 травня-3 червня 2017. – Луцьк, Україна.

6. Коpаn А., Gorbachuk M., Lakiza S., Tischenko Ya., Korablov D. Low Themperature Heat Capacity of Gd₂Hf₂O₇ as a Promising Materials for Immobilization of Nuclear Waste // European Commission funded International Workshop Materials resistant to extreme conditions for future energy systems / NILSSON K.-F. –Kyiv – Ukraine. – 12-14 June 2017. – P. 70. (Book of Abstracts, EUR 28632 EN, doi; 10.2760/568471)

7. Gorban V.F., Karpets M.V., Kantsyr O.V., Homko T.V. Features of Structural State of Magnetron Coating of High-Entropy FeCoNiCrMn Alloy // Joint Conferences of advanced materials and technologies. The 14^th Workshop of Functional and nanostructured Materials (FNMA’17). The 7^th International Conference of Physics of Disordered Systems (PDS’17). 25-29 September 2017. – Lviv and Yaremche, Ukraine. Abstract book. – Р. 58-59.

8. Gushcha D.К., Talash V.M. Comparative analysis of electrochemical peculiarities of the Ni-Cr dental alloy and ceramics with ZrO₂-HFO₂-Y₂O₃ basis in vitro. – Abstracts of Intern.research and practice conference Innovative technology in medicine: experience of Poland and Ukraine. – Lublin science and technology park S.A. – Lublin, Poland. – 28-29 April 2017. – P.33-35.

9. Vasiliev O. Ab initio thermodynamics of 2H-MoS₂ with Density Functional Perturbation Theory. – 6^th International Samsonov Conference. – 22-24 May 2018. – Kyiv. – Р.20

10. Muratov V., Mazur P., Garbuz V., Vasiliev O. AlB₁₂C ₂-based ceramics. – 6^th International Samsonov Conference. – 22-24May.2018 – Kyiv. –Р.109.

11. Горна І.Д., Валуйська К.О., Талаш В.М., Вдовиченко О.В., Романко П.М., Котко А.В., Бега М.Д., Голтвяниця В.С., Фірстов С.О. Вплив Sc на властивості біосумісних титанових сплавів Ti-23Nb-2Zr-Х. – Міжнародна конференція «Титан 2018. Производство и применение в Украине». – 11 -13 червня 2018. Київ. – ІЕЗ ім. Є. О. Патона НАН України.

12. Куликов Л.М. Графеноподобные дихалькогениды d-переходных металлов, ван-дер-Ваальсовы наноструктуры: из прошлого – в будущее. –VI-я Международная Самсоновская конференция «Материаловедение тугоплавких соединений». – 22-24 мая 2018. – Киев. – С. 13.

13.Зенков В.С., Куликов Л.М., Шевчук Н.В. Кинетика и термодинамика адсорбции паров воды на микронных порошках дисульфида молибдена. – VI-я Международная Самсоновская конференция «Материаловедение тугоплавких соединений». – 22-24 мая 2018. – Киев. – С.168.

Патенти України на корисні моделі

1. Муратов В.Б., Мазур П.В. (від. 30), Гарбуз В.В. (від. 17), Картузов Є.В. (від. 44), Васільєв О.О. Спосіб одержання порошку додекабориду алюмінію AlB12: пат. 107193 Україна. – 2016.

2. Мазур П.В. (від. 30), Муратов В.Б., Гарбуз В.В. (від. 17), Картузов Є.В. (від. 44), Васільєв О.О. Ударостійка кераміка на основі додекабориду алюмінію: пат. 107259 Україна. – 2016.

3. Квашук В.В., Макарчук О.В., Донцова Т.А., Куліков Л.М . Спосіб синтезу магнітного сорбенту на мінеральній основі модифікованого дисульфідом молібдену. Пат. України № u 201711567, МПК(2006.01), B01J 20/02, С01G49/08; заявник: Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського»; заявл. 21.11.2017, опубл.: 10.05.2018, Бюл. № 9.

Міжнародне наукове та науково-технічне співробітництво

В 2018 р. від. 16 приймав участь у міжнародній науковій співпраці в рамках наступних офіційних угод:

Проект NATO:

”New Shock-Resisting Ceramics: Computer Modelling, Fabrication, Testing“, (SPS MYP G5070; спільно з від. 44; 2016-2018 рр.);

Європейська програма співпраці в галузях науки та технологій COST:

COST (European Cooperation in Science and Technology): “Materials, Physical and Nanosciences“; “Nanotribology”, Action MP1303: "Understanding and Controlling Nano and Mesoscale Friction“ (“Design of new 2D nanolubricants: graphene-like Transition Metal Dichalcogenides nanoparticles with control structure- and surface sensitive tribological properties”; спільно з від. 23: с.н.с., к.т.н. Гринкевич К.Е.; 2016-2017 рр.);

Національний університет Сінгапуру:

NATIONAL UNIVERSITY of SINGAPORE (Centre for Advanced 2D Materials and Graphene Research Centre): “Memorandum of Understanding Between National University of Singapore acting through its Centre for Advanced 2D Materials and Institute for Problems in Materials Science“ (2016-2018 рр.).

Cпівробітники, які захистили дисертації у 2016 р.- Горбачук М.П., д.х.н., 02.00.04 – фізична хімія