ХИМИЧЕСКАЯ ФИЗИКА И МЕЗОСКОПИЯ,

ХИМИЧЕСКАЯ ФИЗИКА И МЕЗОСКОПИЯ,
ВКЛЮЧАЯ ФИЗИКУ И ХИМИЮ ГОРЕНИЯ ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ
1. Наименование факультета (отделения): Робототехнический факультет
2. Наименование кафедры (лаборатории): Кафедра химии и химической технологии
3. Направление научных исследований, проводимых в рамках научно-педагогического
коллектива:
по рубрикатору ГРНТИ
31.15 Физическая химия
по рубрикатору ВАК
01.04.00 Физика
05.17.00 Химическая технология
4. Направление подготовки инженеров, бакалавров и магистров, проводимой в рамках
научно-педагогического коллектива:
656600 Защита окружающей среды
5. Характеристика научно-педагогического коллектива:
5.1. Руководитель (руководители) научно-педагогического коллектива
Кодолов Владимир Иванович, д. х. н., профессор
- Заслуженный деятель науки УР
- Почетный академик Международного академического общества (IAS)(США)
5.2. Основные научные труды, в которых отражены достижения руководителя (не более 3-х
наименований):
1. Кодолов В.И., Повстугар В.И., Михайлова С.С. Строение и свойства поверхности
полимерных материалов: Монография. - М.: Химия, 1988
2. Кодолов В.И. Булгаков В.К., А.М.Липанов Моделирование горения полимерных
материалов: Монография. - М.: Химия, 1990
3. Кодолов В.И., Трубачев А.В. Основы общей химии: Учебное пособие. - Ижевск:
УдНЦ УрО РАН, 2001
5.3. Организационная форма коллектива (кафедра, научная лаборатория, научная группа
и т.п.):
1.
Кафедра;
2.
НОЦ химической физики и мезоскопии УдНЦ УрО РАН (подразделения
ИжГТУ);
3. Координационный центр химического образования Удмуртской Республики
5.4. Состав коллектива
Численность коллектива всего:
35
в том числе:
Академиков и членов-корреспондентов РАН
1
Академиков и членов-корреспондентов других государственных академий
Заслуженных деятелей науки и лауреатов государственных премий
1
Докторов наук
3
Кандидатов наук
11
5.5. Список пяти ведущих представителей научно-педагогического коллектива (исключая
руководителей) из НОЦ химической физики и мезоскопии УдНЦ УрО РАН
1. Вахрушев А.В. - к.т.н., доцент, докторант;
2. Шелковников Ю.К. - д.т.н., профессор;
3. Шуклин С.Г. - к.т.н., доцент, докторант;
4. Хохряков Н.В. - к.ф.-м.н., доцент;
5. Яковлев Г.И. - к.т.н., доцент, докторант
5.6. Материально-техническая база, имеющаяся в распоряжении коллектива
Создан компьютерно – лабораторный комплекс НОЦ химической физики и мезоскопии
УдНЦ УрО РАН и кафедры химии и химической технологии Ижевского
государственного технического университета (КЛК). КЛК оснащен компьютерным
парком, выполняющим учебные и вычислительные функции в сочетании с
вычислительными и управляющими средствами, обеспечивающими работу
исследовательского оборудования (спектрометров ЭС-2401, МС 7302, электронного
микроскопа МРЭМ 100 и т.п.). Вместе с тем коллектив пользуется услугами центров
коллективного пользования РАН и зарубежных университетов в рамках
международного проекта INTAS.
5.7. Основные научные результаты, полученные в течение последних пяти лет, их
официальное признание как приоритетных, в том числе научные результаты в области
критических технологий и приоритетных направлений фундаментальных исследований
1.
Впервые разработана методика формирования архитектуры кластерных
веществ за счет дробного растворения ультрадисперсных порошков металлов в
активных средах, включая ненасыщенные олигомерные системы, что способствует
изменению длин волн ненасыщенных связей и ускорению лазерной фотополимеризации в
6-10 раз (получен патент, 1998).
2.
Впервые на оригинальной лабораторной стереолитографической установке
(получен патент, 1997) разработана технология изготовления образцов-моделей из
олигомерных фотополимеризующихся композиций, содержащих металлорганические
кластерные системы, и создана методология определения основных технологических
параметров.
3.
Разработаны методики дробного растворения тонкодисперсных порошков
металлов в фосфорорганических веществах и получения олигомерных композиций с
введенными в них кластерными металлсодержащими фосфорорганическими
системами. При этом определена высокая эффективность кластерных систем,
содержащих марганец и хром, в реакциях карбонизации, а также в качестве
своеобразных «ловушек» выделяющегося при разложении полимеров оксида углерода.
4. Впервые экспериментально установлено существенное влияние металлсодержащих
тубуленов на карбонизацию вспучивающихся огнезащитных покрытий и образование
прочных пенококсов с регулярным расположением пузырьков. Теплоемкость
композиций, модифицированных по предлагаемому методу, в 3-7 раз выше
теплоемкости композиции, содержащей только полифосфат аммония (получен
патент, 2001).
5. Разработаны математические модели процессов, протекающих на поверхности
полиакрилонитрила при его термолизе, а также процессов при пиролизе
вспучивающихся огнезащитных покрытий, содержащих газообразователь и
стимулятор карбонизации. Созданные математические модели позволяют определить
оптимальный состав покрытий, дисперсность и природу добавок, стимулирующих
процесс карбонизации и вспучивания, температуропроводность и степень вспучивания
(для огнезащитных вспучивающихся покрытий), а также оптимальные толщины
покрытий.
6. Разработаны методики образования кластерных систем в электрическом поле и
регулирования с использованием их морфологии кристаллогидратов в отвержденных
гипсоподобных вязких смесях. Показана возможность создания материалов на основе
неорганических полимеров с дисперсным «армированием» за счет волокнистых
структур, образующихся при отверждении композиции, что открывает перспективы
регулирования свойств сульфосиликатных материалов. Впервые разработаны
математические модели и получено их экспериментальное подтверждение по влиянию
кластерных систем на свойства гипсокерамических материалов. Отмечено увеличение
физико-механических характеристик на 40% при образовании в порах керамических
материалов на основе фторангидритовой смеси волокнистых кристаллогидратных
или пластинчатых структур после выдержки обожженных материалов в воде
(получен патент, 2001).
7. Впервые разработана методика низкотемпературного синтеза углеродных
металлсодержащих наноструктур, включая фуллерены и тубулены, из ароматических
углеводородов и карбоцепных полимеров и олигомеров с функциональными группами в
боковых ответвлениях (получены патенты, 2000, 2001). Судя по УФ спектрам, эти
наноструктуры могут использоваться в качестве сенсибилизаторов и стимуляторов
лазерной фотополимеризации, при проведении ее на стереолитографических
установках с промышленными He-Cd и Ar лазерами. Предложен механизм образования
углеродных тубулярных систем в «нанореакторах». Разработана математическая
модель процессов дегидрополиконденсации ароматических углеводородов и
карбонизации углеводородных веществ, в рамках которой выполнены расчеты энергий
и равновесных структур реагирующих веществ, промежуточных и конечных процессов
методами квантовой химии и молекулярной динамики. Впервые осуществлен синтез
наноструктур из поливинилового спирта в среде производных поливанадиевой кислоты
при воздействии электростатического поля в области температур 25-900С. В
зависимости от условий синтеза получен практически полный набор наноструктур,
представляющих собой различной формы металлические наночастицы в углеродной
оболочке: «свитки», «луковицы», «пучки нанотрубок»,
«нанопроволочки»,
«наношарики» и т.п.
8. Разработаны основы количественной теории горения твердых топлив с внутренним
окислителем, в которой учтены химические процессы в граничных слоях при прогреве
до 1000К и в образующемся жидко-вязком слое. Представлены картины разложения и
горения топлив и дано математическое описание протекающих в отдельных стадиях
процессов. На основе теоретического рассмотрения процессов «полного» и
«неполного» окисления и вычислительного эксперимента с фрагментами
высокоэнергетических систем с использованием методов квантовой химии и
молекулярной динамики обоснован метод регулирования процессов горения указанных
систем. Проведен анализ возможности образования углеродных веществ на
металлической фазе при утилизации РДТТ путем локализованного сжигания ТРТ.
На основе моделирования процессов при катастрофических пожарах на складах с
нервно-паралитическими ОВ определены вероятные риски. По результатам
сравнительного анализа технологий утилизации ОВ на складах в г. Камбарка и п.г.т.
Кизнер сделаны рекомендации по обустройству складов и предложены идеи
технологий утилизации ОВ (для люизита – каталитическая фотополимеризация с
хемосорбцией на активированной ленте; для ФОВ – локализованное разложение с
использованием перегретого пара).
5.8. Список 10 важнейших публикаций членов коллектива за последние семь лет:
1.
Липанов А.М., Кодолов В.И. Основы количественной теории горения твердых
топлив // Химическая физика и мезоскопия. – 1999. - Т. 1, № 2. - С. 145-201
2.
Kodolov V.I., Tchirkova E.I., Shabanova I.N. et al. X-ray photoelectron
spectroscopic investigation of metallorganic complexes //J. Electron Spectr. and Related
Phen. – 1998. - No 88-91. - Р.977-982
3.
Кодолов В.И., Шабанова И.Н., Бабушкина С.Н. и др. Исследование состава и
структуры металлоорганических кластерных систем с использованием рентгеновской
фотоэлектронной спектроскопии // Структурная Химия. – 1998. - Т.39. - № 6. С.1107-1112
4.
Mikhalkina T.M., Kodolov V.I., Shuklin S.G.. Inorganic Polymer Intumescent
Coatings based on Vermiculite Waste // Low Flammability Polymeric Materials. - N.Y.: Nova
Science Publ. Inc., 1999, chapter 16
5.
Kodolov V.I., Babushkina S.N., Tchirkova E.I., Bondar A.Yu. Synthesis of metal
organic clusters containing unsaturated groups and examination of their reaction capacity in
laser photopolymerization. Ibid, chapter 7
6.
Yakovlev G., Kodolov V.. Intumescent Fireproof Coating based on Water Glass.
Intern. J. Polym. Mater. – 2000. - v. 47. - p.107-115
7.
Kodolov V.I., Babushkina S.N., Shabanova I.N. et al. Cluster Systems as
Carbonization Promoters and Fire Retardants of Polymeric Materials. Ibid, p.1-6
8.
Bajenova E.N., Kodolov V.I., Lipanov A.M., Efimov I.N. Calculation Experiment for
Intumescent Nitrogen-Phosphorus containing coatings. Ibid, p.19-29
9.
Kodolov V.I., Kuznetsov A.P., Nicolaeva O.A. et al. Investigation of metal carbon
tubules by x-ray photoelectron spectroscopy and electron microscopy // Surface and Interface
Analysis. – 2001. - v. 32. - p.10-14
Кодолов В.И., Шабанова И.Н., Макарова Л.Г. и др. Исследование структуры
продуктов стимулированной карбонизации ароматических углеводородов //
Структурная химия. – 2001. - Т. 42, № 2. - С. 260-264
5.9. Список 5 важнейших публикаций членов коллектива (исключая руководителей) за
последние пять лет:
1.
Яковлев Г. И. Кластерные системы в твердеющих минеральных вяжущих. Ижевск: УдНЦ УрО РАН, 1999. – 83с.
2.
Melchor S., Khokhriakov N., Savinskii S. Geometry of Multi-Tule Carbon Clusters
and Electronic Transmission in Nanotube Contacts // Molecular Eng. – 1999. - v. 8. - p. 315344
3.
Галаган Л.А., Яковлев Г.И., Керене Я., Шпокаускас А. Быстротвердеющая
фторангидритовая композиция // Материалы 6-й Междунар. конф. по современным
материалам, конструкциям и технологиям. Т.4 – Вильнюс: Техника, 1999. - с.88-92
4.
Melchor S., Savinskii S., Khokhriakov N. Electronic structure and transport in
carbon nanotubes connections // Proceedings of 6 Int. Symp. NANO-98. – S.Petersburg:
Nauka, 1998. - p. 238-242
5. Yakovlev G.. Timber-Magnesial Products made of Woodworking Waste by Pressing // J.
Balkan Trybolog. Assoc. – 2001. - v. 7, No 2. - p.77-83
5.10. Участие в течение последних трех лет в:
Федеральных научно-технических программах: «Интеграция»
Международных проектах: INTAS –97-30810
5.11. Подготовка кадров высшей квалификации за последние девять лет (общее число
аспирантов, общее число докторантов, количество докторских и кандидатских защит)
Всего
Из других
Всего
Из других
Защит
Защит
аспирантов
вузов
докторантов
вузов
докторских кандидатских
14
5
3
2
6. Общественное признание научно-педагогического коллектива.
Медали и дипломы выставок, конференций и т.д.
Медаль НТТМ 1994 г., сертификат университета науки Токио и Пекинского
университета
Членство в раз-личных российских и зарубежных науч-ных организациях
Представители коллектива являются членами Удмуртской инженерной академии,
Международной славянской академии, Академии технологических наук РФ, входят в
Президиум Удмуртского научного центра УрО РАН, в секции и отделения Советов
РАН (6 сотрудников, включая руководителей)
Почетные звания
Заслуженный деятель науки Удмуртской Республики, почетный академик
Международного академического общества, Заслуженный деятель науки РФ
7. Связь с другими организациями:
Российская академия наук
По Уставу УдНЦ УрО РАН НОЦ химической физики и мезоскопии входит в
Удмуртский научный центр. Связи с ИХФ, ИБХФ, ИСПМ РАН, ИФМ, ИВТЭ, ИХТТ,
ИОС, ФТИ, ИПМ УрО РАН
Отраслевые научные организации
ЗАО «Материалы Микроэлектроники», договор о сотрудничестве с 1999г.
Высшие учебные заведения
МГУ, РХТУ, УГТУ-УПИ, обмен опытом, 15 лет. УдГУ, договор с 1996 г.
8. Деятельность научно-педагогического коллектива в области:
Организации специальных школ
Организация научных молодежных школ по кластерным системам и наноструктурам
в Интернете
Создания новых учебных дисциплин
Спец. главы химии для программистов-математиков. Полимерные композиты и
технология их переработки в изделия спец. машиностроения. Технология переработки
вторичных ресурсов.
Организации симпозиумов, конференций
Ежегодно проводятся одна – две конференции или семинара в Интернете, в Ижевске
или в одной из стран – участниц Международного проекта по химической физике
наноструктур. В 2000г проведены три семинара (один – в Интернете), в 2001г
проведена Интернет конференция.
В других областях
Организован общегородской семинар по наноматериаловедению и нанотехнологии,
который проводится регулярно раз в месяц