Мы используем cookie файлы.
Пользуясь сайтом, вы соглашаетесь с нашей Политикой конфиденциальности.

Номер договора
14.Z50.31.0041
Период реализации проекта
2017-2019

По данным на 30.01.2020

26
Количество специалистов
31
научных публикаций
2
Объектов интеллектуальной собственности
Общая информация

Ученые лаборатории решают научные проблемы, связанные как с разработкой фундаментальных основ кинетики генерации и эволюции наночастиц, так и с созданием новых аэрозольных технологий. В настоящее время аэрозольные технологии находят широкое применение для получения нано- и микрочастиц, порошковых материалов и функциональных покрытий, однако, теоретические основы этих технологий остаются недостаточно разработанными. Результаты исследований найдут применение, например, в электрополевом распылении, электроспиннинге и последующей управляемой доставке аэрозольных частиц в конкретные точки на поверхности, что, в перспективе, даст возможность реализации 3D-печати на наноразмерном уровне.

Название проекта: Эмпирическая кинетика генерации зародышей новой фазы и синтез материалов в подкритических и околокритических условиях


Цели и задачи

Направление исследований: Химия

Цель проекта:

  • Разработка фундаментальных основ для развития научных представлений о кинетике зародышеобразования в метастабильных системах и основ нуклеационных, в том числе аэрозольных, технологий создания новых материалов
  • Решение научных проблем, связанных как с разработкой фундаментальных основ генерации наночастиц из суперкритических растворов, так и с созданием новых аэрозольных технологий на основе полученных знаний


Практическое значение исследования

Научные результаты:

  • Разработана компьютерная программа для численного решения задачи Навье-Стокса для осесимметричного неидеального (реального) парогазового потока в интервале давлений до 150 бар и температур зародышеобразования, согласованных с уравнением состояния, приведено руководство для пользователя, а также результаты численного счета скоростей нуклеации для парогазовых смесей при течении в трубке с холодными стенками в зависимости от давления и режимных параметров. Результаты численных расчетов позволили определить основные конструктивные размеры и допустимые режимы работы поточно-диффузионной камеры в зависимости от вида парогазовой смеси.
  • Разработаны технические задания, на основе которых выполнено эскизное проектирование поточной диффузионной камеры высокого давления, аэрозольного счетчика высокого давления для изучения кинетики генерации зародышей новой фазы в аэрозольных потоках в подкритических и околокритических условиях при давлениях до 15 МПа, а также спрей-реактора для генерирования наночастиц.
  • Теоретически обоснован новый подход к определению влияния на аэрозоли электрического поля как системы, содержащей диэлектрические дипольные компоненты. Показано, что воздействие электрострикционного давления дает ощутимый эффект при 1 МВ/см. Это может быть достигнуто в диффузионной камере высокого давления при использовании элегаза в качестве среды при образовании аэрозоли из глицерина. Получены новые выражения для определения степени влияния электрического поля, допускающие их экспериментальную проверку.
  • Для экспериментального изучения кризиса теплообмена неметаллических теплоносителей в энергетических установках обоснованы и предложены две методики, позволяющие исследовать в контролируемых условиях совместную кинетику процессов зародышеобразования (нуклеации) газовой и твердой фаз в пересыщенных водных растворах солей различной степени растворимости. Первая из методик предназначена для установления основных закономерностей и сравнительных характеристик динамики нуклеации в каплях, тонких пленках и больших объемах растворов на горизонтальной поверхности нагрева в диапазоне до 700°С при атмосферном давлении, а вторая – для изучения влияния изменения давления на процессы инициирования и подавления вскипания при вынужденном течении насыщенных растворов в обогреваемом и прозрачном для видимого и теплового излучения цилиндрическом канале. На следующем этапе планируется эмпирически установить правомерность гипотезы о доминирующем влиянии объемной кристаллизации на развитие и прекращение кризиса теплообмена при повышенных давлениях, определить прикладные аспекты полученных результатов.
  • Показано, что, варьируя условия синтеза, можно существенно изменять морфологию полученных продуктов: получить наночастицы оксидов различной формы, наночастицы типа «ядро-оболочка», наночастицы с иерархической структурой пор, плотные или высокопористые покрытия. Рассмотрены типы генераторов аэрозольных частиц, обеспечивающих различные размеры и скорости генерации аэрозольных частиц. Описаны теоретические подходы к описанию процессов, происходящих при аэрозольном синтезе, возможности контроля и масштабирования процессов для перехода к промышленному производству наноматериалов с помощью аэрозольных технологий.

Внедрение результатов исследования:

Получен патент Российской Федерации № 175873 от 21.12.2017 г. на полезную модель «Поточная диффузионная камера». Это оборудование является экспериментальным базисом для проведения дальнейших аэрозольных исследований по проекту.

Образование и переподготовка кадров:

Издана научная монография «Поверхности скоростей зародышеобразования», в которой выполнен подробный анализ современного состояния исследований нуклеации в пересыщенном паре, приведены примеры построения полуэмпирических построений поверхностей скоростей нуклеации. Библиографический список включает 166 источников. В перспективе ожидается, что предложенный в монографии научный подход позволит создать банк данных, содержащих топологии и научные основы построения поверхностей скорости зародышеобразования.

Сотрудничество:

Институт теплофизики имени С. С. Кутателадзе Сибирского отделения РАН (Россия): совместные исследования

Скрыть Показать полностью
Анисимов М.П.
Поверхности скоростей зародышеобразования. Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2017. 172 с.
Медиа
Вторник , 03.12.2019
Другие лаборатории и ученые
Лаборатория, принимающая организация
Область наук
Город
Приглашенный ученый
Период реализации проекта
Лаборатория перспективных материалов, зеленых методов и биотехнологий

Уральский федеральный университет им. первого Президента России Б. Н. Ельцина - (УрФУ)

Химические технологии

Екатеринбург

Рану Бриндабан Чандра

Индия

2022-2024

Лаборатория физики поверхности и катализа

Северо-Осетинский государственный университет им. К. Л. Хетагурова - (СОГУ)

Химические технологии

Владикавказ

Заера Франциско

США

Магкоев Тамерлан Таймуразович

Россия

2019-2020

Лаборатория колебательной спектроскопии и химической визуализации

Институт катализа им. Г. К. Борескова СО РАН (ФИЦ) - (ФИЦ ИК СО РАН)

Химические технологии

Новосибирск

Казарян Сергей Гургенович

Великобритания, Россия

Мартьянов Олег Николаевич

Россия

2019-2021