Диссертации, представленные на защиту и подготовленные в НИУ ВШЭ

В диссертационном исследовании предложены и практически реализованы методы получения нанопроволок (НП) различной конфигурации - цилиндрической и конической формы, структуры типа “сэндвич” (НП, находящиеся между двумя слоями подложек), выявлены закономерности их формирования, а также изменения их морфологии и структуры в зависимости от способа получения. Полученыновые научные данные о каталитических свойствах НП из кобальта и меди и влиянии различных факторов (режима эдектроосажения, температуры, окислительной среды) на эти свойства. На основе полученных экспериментальных данных предложены методы повышения каталитической активности кобальта и меди путем применения массивов НП в реакциях соответственно гидрирования этилена и окисления СО в CO₂; их целесообразно использовать на практике как с точки зрения удешевления материала катализатора, по сравнению с металлами платиновой группы (в случае кобальта), так и для эффективной доочистки выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания (в случае медного катализатора). Предложен и практически реализован новый способ синтеза композитов типа «металл-полимер» на основе полимерной пленки (полиэтилентерефталат (ПЭТФ), поликарбонат, полиимид) и внедренных в нее металлических нанопроволок (из серебра, кобальта). Получены и проанализированы новые научные данные о физических свойствах композита «ПЭТФ-серебряные нано/микро-проволоки»; разработан способ изготовления пленочного нагревательного элемента из полимерного материала ПЭТФ с массивом сквозных пересекающихся цилиндрических каналов, в которых расположены токопроводящие элементы - серебряные НП показано, что заполнение пор трековых мембран матрицы серебром позволяет поднимать температуру нагрева до 78^оС без деформации и повреждения нагревательного элемента; данный нагревательный элемент предназначен для изготовления элементов гибкой электроники, способ его изготовления защищен патентом РФ.

Работа посвящена выявлению закономерностей повреждаемости структуры поверхностных слоев, изменения их элементного состава и структурно-фазового состояния и образования модифицированных кристаллических структур сплавов на основе алюминия, меди и железа, подвергнутых воздействию мощных импульсных потоков ионов, плазмы и ударных волн, генерируемых в установках «Плазменный фокус», а также лазерного излучения в режимах свободной генерации и модулированной добротности. Исследованы процессы, генерируемые облучением в сплавах  системы Al-Li-Mg,  керамическом защитном покрытии из оксида алюминия на алюминиевой подложке (композиции Al₂O₃/Al), сталях ферритно-мартенситного класса, а также в сплавах на основе меди с никелем и галлием. Анализ и исследования облученных материалов были проведены с применением методов оптической микроскопии, растровой электронной микроскопии, рентгеноспектрального анализа, рентгеновской дифрактометрии, дюрометрии. Экспериментально установлено, что сплавы на основе меди с легирующими добавками галлия и никеля  Cu-10%Ga, Cu-4%Ni и Cu-4%Ni-10%Ga, помимо высокой пластичности, проявляют более высокую трещиностойкость при воздействии мощных импульсных радиационно-термических нагрузок наносекундного диапазона длительности импульса, генерируемых в установке Плазменный фокус ПФ-1000, по сравнению с тугоплавкими металлами – вольфрамом, молибденом, ванадием. При сравнительных испытаниях ферритно-мартенситных сталей установлено, что пучково-плазменное облучение на установке  PF-1000 при плотности мощности потока 10⁸ Вт/см² стали Eurofer 97, разработанной в странах Евросоюза, приводит к появлению в структуре значительного количества аустенита, тогда как при аналогичном облучении стали 10Х9ВФА российского производства количество остаточного аустенита примерно в 20 раз меньше, чем в стали Eurofer 97, что имеет важное значение с точки зрения радиационного распухания сталей.

В диссертационном исследовании выявлены закономерности формирования, морфологии, кинетики роста и влияния различных факторов на структуру и свойства гомогенных и гетероструктурных нанопроволок заданной  геометрии из сплавов железо-никель, железо-кобальт и никель-медь. Применялся метод матричного синтеза на основе заполнения пор трековых мембран из  полиэтилентерефталата путем электрохимического.осаждения из растворов хлористых и сернокислых солей соответствующих металлов. Экспериментально установлены зависимости структуры, состава получаемых объектов от режимов их получения и роста, дано объяснение возникающих эффектов. Установлены зависимости электрических и магнитных свойств от геометрических параметров нанопроволок. Предложена методика создания взвеси наночастиц, применимых для локальной доставки лекарств к очагу заболевания в организме пациента.

Диссертация посвящена рентгенорефлектометрическому исследованию формирования, морфологии и кинетики роста металлических и полупроводниковых наноразмерных пленок. В работе использован усовершенствованный соискателем метод in situ рентгеновской рефлектометрии. Для практической реализации предложенного метода создан вакуумно-технологический комплекс с системой непрерывного in situ контроля параметров растущих пленок. Технические решения, описанные в диссертации, защищены шестью патентами Российской Федерации. На основе анализа совокупности экспериментальных временных зависимостей толщины, плотности, среднеквадратичной шероховатости поверхности пленки, а также интенсивности отраженного и рассеянного рентгеновского излучения исследованы начальные стадии роста пленок и определены механизмы их роста.

В результате диссертационного исследования были получены новые данные об изменении структуры поверхности, а также механических свойств некоторых конструкционных материалов (низкоуглеродистых сталей, сплавов титана и алюминия), модифицированных ультрадисперсными частицами минералов, для разработки эффективных способов улучшения трибологических характеристик материалов и изделий из них в эксплуатационных условиях.При проведении структурных исследований установлено, что технология минеральных покрытий не создает покрытия как такового, а создает модифицированный слой с зернистой структурой, отличающейся от объемной структуры металла. Заполнение в процессе модификации ультрадисперсными частицами микротрещин и поверхностных дефектов блокирует их развитие при изнашивании и деформации. Выполнено исследование механических свойств поверхности титанового сплава ВТ6, модифицированной минералами, с использованием метода склерометрии, исследование температурных зависимостей коэффициента трения образцов из стали, модифицированных минералами, в диапазоне 30-140 ⁰С. В процессе проведения исследований были решены несколько прикладных задач, позволяющих использовать технологию модифицирования поверхности ультрадисперсными частицами минералов для повышения ресурса деталей на предприятиях нефтегазовой промышленности и предприятиях, изготавливающих запорную арматуру.

В диссертации Рудштейна Р.И. изложен универсальный комплексный подход к прогнозированию теплофизических и термомеханических свойств высокотемпературных конструкционных композиционных материалов со слоистой структурой, обладающих заданным набором характеристик и предназначенных для применения в условиях интенсивных и резко меняющихся тепловых воздействий.Полученные в ходе работы результаты могут быть использованы при проектировании и разработке деталей, узлов и агрегатов энергетических и двигательных установок космического и наземного назначения с повышенными функциональными и эксплуатационными показателями

В диссертации изложено новое научно-обоснованное техническое и технологическое решение проблемы защиты внутрикамерных элементов токамаков (в первую очередь лимитеров и дивертора) от экстремальных тепловых нагрузок с конкретными разработками для его реализации. Эффективным механизмом охлаждения периферии плазмы, а, следовательно, и защиты контактирующих с плазмой поверхностей в условиях квазистационарного разряда, может служить некорональное излучение постоянно циркулирующих между плазмой и защищаемой поверхностью атомов и ионов лития. Эффект «экранирования» позволяет рассеять почти 80% всей энергии омического нагрева на стенки вакуумной камеры посредством ультрафиолетового излучения и может послужить основой концепции замкнутой литиевой петли в стационарно работающих токамаках с литиевыми эмиттером и коллектором. В диссертации проведён весь комплекс расчётно-аналитических и опытно-конструкторских работ по созданию внутрикамерных элементов на основе перспективного композитного материала – литиевые капиллярно-пористые системы – принципиально нового материала, в котором литий заключён в твёрдую матрицу пористого материала. Проведены эксперименты с созданными устройствами на токамаке Т-11М и выданы рекомендации к созданию стационарного термоядерного реактора на основе литиевых внутрикамерных элементов. Также в диссертационной работе проведено исследование коррозионной стойкости «малоактивируемых» ванадиевых сплавов  в литии и расплаве Na-K – эвтектики, что является очень важным в свете создания термоядерных реакторов с высокой нейтронной нагрузкой