Кафедра химической технологии и новых материалов

Углерод и материалы на его основе

Вторая тематика кафедры ХФВД связана с исследованиями в области химии и технологии различных аллотропных модификаций углерода и материалов на его основе. Эти работы ведутся в настоящее время под руководством и при участии д.х.н. В.В. Авдеева, доц. С.Г. Ионова, проф. Б.М. Булычева и с.н.с. Д.Е. Скловского, продолжившего исследования начатые безвременно умершей В.А. Налимовой. Начало этих работ в 80-е годы вызвано предложением К.Н. Семененко, использовав технику высокого давления, синтезировать интеркалированные соединения графита с максимально возможным содержанием веществ донорного типа (щелочные металлы). Эта идея оказалась чрезвычайно плодотворной и, действительно, в очень короткое время такие соединения, имеющие сверхплотную упаковку щелочного металла в графитовой матрице (даже более плотную, чем в чистом металле) были получены и ряд из них оказались рекордсменами по температурам перехода в сверхпроводящее состояние для веществ этого типа (аспиранты В. Мордкович и В.Налимова). Одновременно были развернуты исследования интеркалированных соединений графита с веществами акцепторного типа (кислоты Льюиса, кислоты Бренстеда и т.п.), применение которых позволяет получать материалы с электропроводностью при обычной температуре на уровне нормальных металлов (В. Муханов). Проводились исследования по окислению графита и получению пенографита (И. Никольская, Н. Сорокина, А. Литвиненко), а так же ряд других направлений, где ответственным исполнителем являлся В.В.Авдееев. (защитивший в 1997 году докторскую диссертацию). Успехи в области фундаментальных исследований и хорошая перспектива практического использования получаемых материалов позволили создать на кафедре отраслевую лабораторию, а затем малое предприятие и ЗАО "Унихимтек", возглавляемые В.В.Авдеевым, В настоящее время сотрудниками лаборатории "Химии углеродных материалов" созданы промышленные технологии окисленного графита, гибкой графитовой фольги, нового поколения огнезащитных материалов, которые находят применение на промышленных предприятияхх России и СНГ.

С открытием новых аллотропных модификаций углерода - фуллеренов и попавшим в поле зрения сотрудников кафедры относительно давно известных - карбинов, а также же других чисто углеродных тел - многослойных и однослойных нанотрубок - методики, использующие технику ВД и отработанные на кафедре применительно к ИСГ, оказались чрезвычайно эффективными и применительно к исследованию новых углеродных матриц. С применением техники высокого давления на кафедре синтезированы обычные и гиперфуллериды щелочных металлов, исследованы сжимаемость и объемные эффекты различных углеродных матриц, изучены химическим свойства фуллеридов как восстановителей, разработан метод синтеза карбинов и их интеркалированных щелочными металлами соединений путем реакции дегидрирования полиацетилена при давления до 40 кбар. Среди полученных результатов следует особенно отметить факт синтеза монокристаллических образцов интеркалятов карбина с калием (И. Удод) и необычайно высокую и обратимую сжимаемость однослойных нанотрубок при давлениях до 25 кбар (В. Налимова, Д. Скловский). Последнее свойство может оказаться весьма полезным для создания высокопрочных материалов и материалов для аккумулирования механической энергии.

Взаимодействие тяжелых щелочных металлов с графитом протекает с резким уменьшением объема, вследствие чего плотность металла в слое становится выше плотности компактного металла и фактически достигает значений, сравнимых с достигаемыми в результате приложения внешней физической нагрузки в несколько ГПа. Открытие этого эффекта, сделанное в работах К.Н. Семененко и В.А. Налимовой, привело к формулировке концепции "сильносжатого" состояния вещества, которое может быть реализовано в реакциях, протекающих с 30-40% изменением объема реагирующей системы, и приводить к образованию веществ устойчивых при атмосферном давлении неограниченно долгое время. К таким веществам помимо ИСГ с цезием относятся соединения ИМС щелочных металлов с металлом I-VI подгрупп периодической системы, изучаемые Л. Севастьяновой, М. Леоновой и О. Гулиш. Можно ожидать, что реальное изучение этих структуры веществ и их свойств приведет к более глубокому пониманию процессов, протекающих при внешних нагрузках и в силу этого плохо доступных для исследования стандартными методами.