CC BY
7Обзорная статья
УДК 544 + 546 + 666
doi:10.37614/2949-1215.2023.14.1.003
ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ В ОБЛАСТИ СОВРЕМЕННОГО МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЯ В ИНСТИТУТЕ ХИМИИ СИЛИКАТОВ ИМЕНИ И. В. ГРЕБЕНЩИКОВА РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК
Ирина Юрьевна Кручинина
Институт химии силикатов имени И. В. Гоебенщикова Российской академии наук, Санкт-Петербург, Россия, kruchinina@iscras.ru, http://orcid.org/0000-0002-8631-6449
Аннотация
Приведен краткий обзор научных работ и направлений деятельности Института химии силикатов имени И. В. Гребенщикова Российской академии наук (ИХС РАН) за последние несколько лет. Ключевые слова:
ИХС РАН, институт, материалы, частицы, физико-химические исследования, синтез, структура, свойства Благодарности:
государственное задание по теме научно-исследовательской работы № 0081-2022-0007. Для цитирования:
Кручинина И. Ю. Основные направления исследований в области современного материаловедения в Институте химии силикатов имени И. В. Гребенщикова Российской академии наук // Труды Кольского научного центра РАН. Серия: Технические науки. 2023. Т. 14, № 1. С. 19-22. doi:10.37614/2949-1215.2023.14.1.003
Original article
THE MAIN DIRECTIONS OF RESEARCH IN THE FIELD OF MODERN MATERIALS SCIENCE AT THE ISC RAS
Irina Yu. Kruchinina
I. V. Grebenshchikov Institute of Silicate Chemistry of the Russian Academy of Sciences, Saint Petersburg, Russia, kruchinina@iscras.ru, http://orcid.org/0000-0002-8631-6449
Abstract
A brief overview of scientific works and activities of the ISC RAS over the past few years is given. Keywords:
ISC RAS, Institute, materials, particles, physico-chemical research, synthesis, structure, properties Acknowledgments:
state task on the topic of research No 0081-2022-0007. For citation:
Kruchinina I. Yu. The main directions of research in the field of modern materials science at the ISC RAS // Transactions of the Ко1а Science Centre of RAS. Series: Engineering Sciences. 2023. Vol. 14, No. 1. P. 19-22. doi:10.37614/ 2949-1215.2023.14.1.003
Институт химии силикатов АН СССР создан по инициативе академика И. В. Гребенщикова Постановлением Президиума от 13 марта 1948 г. в Ленинграде, на базе Лаборатории химии силикатов. С 1962 г. носит имя И. В. Гребенщикова, а в 1969 г. награждён орденом Трудового Красного Знамени за успехи в развитии химической науки и подготовке научных кадров. В течение 75 лет институт успешно выполняет своё предназначение. Основные направления исследований включают широчайший спектр вопросов современной неорганической химии.
Говоря о современном периоде 2019-2022 гг., можно констатировать, что разработки ИХС РАН относятся к научным исследованиям по направлениям «Программы фундаментальных исследований государственных академий наук на 2013-2020 годы», раздел V «Химические науки и науки о материалах», в том числе направления: № 44 «Фундаментальные основы химии»; № 45 «Научные основы создания новых материалов с заданными свойствами и функциями, в том числе высокочистых и наноматериалов»; № 46 «Физико-химические основы рационального природопользования и охраны окружающей среды на базе принципов «зеленой химии» и высокоэффективных каталитических систем, создание новых ресурсо-и энергосберегающих металлургических и химико-технологических процессов, включая углубленную
© Кручинина И. Ю., 2023
переработку углеводородного и минерального сырья различных классов и техногенных отходов, а также новые технологии переработки облученного ядерного топлива и обращения с радиоактивными отходами»; № 47 «Химические проблемы получения и преобразования энергии, фундаментальные исследования в области использования альтернативных и возобновляемых источников энергии».
Основные направления фундаментальных исследований ИХС РАН включают: 1) синтез новых неорганических веществ: исследования структуры и свойств высокотемпературных оксидных соединений; фазовые равновесия в оксидных системах; 2) изучение природы химической связи в неорганических соединениях; 3) исследования в области наночастиц, наноматериалов и нанокомпозитов на основе оксидных и гидроксидных соединений; 4) исследование стеклообразного состояния вещества ;
5) разработка новых принципов и методов создания новых материалов и химических продуктов с улучшенными свойствами (стекло и стекломатериалы, керамика, защитные и функциональные покрытия);
6) химическая энергетика и экология.
В соответствии с государственным заданием на 2021 г. институт выполнял и завершил семь научно-исследовательских работ (НИР) в рамках базового бюджетного финансирования со сроком выполнения 2019-2021 гг. В связи с приходом в ИХС РАН академика РАН В. Л. Столяровой и член-корреспондента РАН В. В. Гусарова согласованы и утверждены девять новых тем НИР института на период 2022-2024 гг.: 1) «Химия, физика и биология наносостояния» (академик РАН, д. х. н. В. Я. Шевченко); 2) «Высокотемпературная химия оксидных систем и материалов» (академик РАН, д. х. н. В. Л. Столярова); 3) «Физико-химические основы формирования квазиодномерных оксидных наночастиц в условиях методов «мягкой химии» и наноструктурированные материалы энергетического назначения на их основе» (член-корреспондент РАН, д. х. н. В. В. Гусаров ); 4) «Стеклообразное состояние, ближний и средний порядок, структурные и фазовые превращения» (к. х. н. Г. А. Сычёва); 5) «Физико-химические основы неорганического синтеза микро-и наноструктурированных неорганических, органо-неорганических и керамических материалов и покрытий для био-, энерго- и ресурсосберегающих технологий» (д. х. н. Т. А. Кочина); 6) «Формирование оптических боратных материалов с дополнительными полианионами» (д. х. н. Р. С. Бубнова); 7) «Физикохимия и технология ликвирующих щелочноборосиликатных стекол, легированных переходными металлами, и новых полифункциональнальных пористых и нанокомпозитных стекломатериалов на их основе» (д. х. н., Т. А. Антропова); 8) «Фундаментальные физико-химические основы формирования органосиликатных и высокотемпературных стеклокерамических защитных покрытий и композиционных материалов широкого функционального назначения» (д. х. н. О. А. Шилова); 9) «Материалы нового поколения для инновационного развития автономно изолированных систем арктической электроэнергетики» (д. т. н. И. Ю. Кручинина).
Ежегодно ИХС РАН выпускает 155-160 научных публикаций в изданиях, индексируемых в информационно-аналитических системах научного цитирования (Web of Science, Scopus, РИНЦ) и подаёт 16-18 заявок на патенты, получая охранные документы на РИД, действующие в РФ.
Регулярно выполняются работы по стипендиям Президента РФ молодым ученым и аспирантам (Совет по грантам Президента Российской Федерации для государственной поддержки молодых российских ученых и по государственной поддержке ведущих научных школ Российской Федерации); за 2019-2022 гг. — 5 стипендий.
В период 2019-2023 гг. в ИХС РАН выполняются 12 грантов Российского научного фонда (РНФ):
Конкурс («Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами»):
• «Нанодисперсные материалы и золь-гель композиции: синтез, изучение свойств и возможности применения в агротехнологиях» (2019 г.);
• «Материалы для бронезащиты нового поколения на основе реакционно-диффузионных процессов Тьюринга для синтеза алмаз-карбидкремниевых композитов со структурой трижды периодических поверхностей минимальной энергии» (2020 г.);
• «Буферные системы на основе внутрикомплексных соединений гидроксиалкиаминов в реакциях радиомечения пептидов изотопом галлий-68» (2020 г. «Проведение инициативных исследований молодыми учеными» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными);
• «Энергопоглощающие материалы нового поколения на основе градиентных ячеистых структур» (Конкурс 2020 г. «Проведение исследований научными группами под руководством молодых ученых» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными).
Конкурс РНФ: «Проведение инициативных исследований молодыми учеными» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными: 1) «Галоген-содержащие структуры солевого включения на основе борокислородных каркасов как материалы для нелинейной оптики» (конкурс 2021 г.); 2) «In situ исследование механизмов термической эволюции продуктов эксгаляционной деятельности вулкана Толбачик (полуостров Камчатка, Россия) на примере новых и редких минералов, прежде всего сульфатов, а также их синтетических аналогов» (конкурс 2021 г.).
Гранты РНФ «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований малыми отдельными научными группами»: 1) «Поиск альтернативных селективных гемосорбентов на основе пористых алюмосиликатов различной морфологии» (конкурс 2022 г.); 2) «Новые оптические материалы на основе боратов с дополнительными анионами» (конкурс 2022 г.); 3) «Новые стекла и стекломатериалы на основе системы Na2O-B2O3-SiO2, легированной СГ2О3: синтез, фазовое разделение, физико-химические свойства»; 3) «Новые гибридные органо-неорганические материалы на основе наноразмерных борокислородных комплексов для нелинейной оптики»; 4) «Оксобораты групп варвикита, людвигита и пинакиолита: взаимосвязь между составом, структурой, магнитными свойствами, окислением и термической эволюцией по данным низко- и высокотемпературных in situ методов»; 5) «Разработка физико-химических основ получения керамических композитов — перспективных матричных материалов для иммобилизации радиоактивных отходов (конкурс РНФ на инициативные исследования малыми научными группами 2022 г.) — В. Л. Уголков.
К известным для профессионалов направлениям исследований, широко востребованными в настоящее время, относятся покрытия для применения в разных областях науки и техники: от машиностроения и судостроения до энергетики и ядерной промышленности.
Высоки компетенции ИХС РАН в создании органосиликатных композиций (ОСК) и покрытий на их основе различного функционального назначения: жаростойкие защитные покрытия на металлах и сплавах, золь-гель синтез защитных и функциональных стекловидных и стеклокерамических покрытий, ОСК холодного формирования, специального назначения.
Высокотемпературные стеклокерамические покрытия формируются по шликерно-обжиговой технологии, обладают высокой термостойкостью, свойством самозалечивания и предназначены для защиты неметаллических, в том числе углеродных, материалов, функционирующих в агрессивных условиях высоких температур свыше 1400 °С.
В настоящее время разработаны: термостойкое электроизоляционное покрытие (позволяет сохранить до 800 °С электроизоляционные свойства и механическую прочность поверхности), антиобледенительные покрытия, радиационно стойкие, атмосферостойкие противокоррозионные и атмосферостойкие для древесины.
Развитие золь-гель технологии позволило создать новые материалы и покрытия: органо-неорганическое для защиты резиновых изделий от мороза и нефтепродуктов, нанокомпозиционные — от морского обрастания, гидрофобные защитные на древесину, биоактивные защитные нанокомпозиционные покрытия. Методом золь-гель технологии получают также каталитические и мембранные материалы. Активно изучаются гидротермальные методы синтеза различных структур на основе сложных неорганических оксидов, слоистых силикатов, цеолитов и пористых сорбентов. Экспериментально построены фазовые диаграммы около сотни оксидных систем, получены нанокристаллы, наносвитки, нанослои, нановолокна различного химического состава и строения, определены механизмы формирования и трансформации наночастиц, изучены их свойства.
На базе ИХС РАН с 1975 г. выпускается журнал «Физика и химия стекла», учредителями которого являются Российская академия наук и ИХС РАН.
Институт входит в ассоциацию «СтеклоСоюз России», руководит направлением «Кварцевое стекло»; соучредитель Ассоциации производителей и потребителей особо чистых веществ и материалов.
© Кручинина И. Ю., 2023
В институте действуют базовые кафедры вузов: СПбГЭТУ «ЛЭТИ» — «Наноматериалы и нанотехнологии в радиоэлектронике» и СПбГТИ(ТУ) — «Химия, физика и биология наноразмерного состояния». ИХС РАН сотрудничает с СПбГУ, политехническим университетом Петра Великого СПбГПУ.
Институт химии силикатов РАН является участником консорциумов с вузами, в том числе и с предприятиями промышленности: 1) «Консорциум кораблестроения и морской техники» (на базе Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего образования «Санкт-Петербургский государственный морской технический университет»); 2) Консорциум химических институтов, созданный при Президиуме Российской академии наук.
В рамках реализации программы стратегического академического лидерства «Приоритет-2030» ИХС РАН является членом: 1) Научно -образовательного консорциума (на базе Федерального государственного автономного образовательного учреждения высшего образования «Южно-Уральский государственный университет (национальный исследовательский университет)»); 2) Консорциума «Наногетероструктурная электроника, фотоника и радиофотоника» (на базе Федерального государственного автономного образовательного учреждения высшего образования Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета «ЛЭТИ» им. В. И. Ульянова (Ленина)»);
3) Консорциума «Цифровой промышленный дизайн, композиционные материалы, «умные» одежда и ткани» (на базе Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего образования «Санкт-Петербургский государственный университет промышленных технологий и дизайна»);
4) Консорциума «Технологическое лидерство» (на базе Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего образования «Балтийский государственный технический университет «ВОЕНМЕХ» им. Д. Ф. Устинова».
Институт химии силикатов РАН осуществляет подготовку научно-педагогических кадров по научным специальностям аспирантуры — физическая химия и технологии силикатных и тугоплавких неметаллических материалов.
В рамках своих компетенций институт проводит традиционные научные конференции: 1) научная школа-конференция с международным участием для молодых учёных «Функциональные стекла и стеклообразные материалы: Синтез. Структура. Свойства» (GlasSPSchool 2022); 2) научный семинар «Стекло: наука и практика» и семинар «Физическая химия стекла и стеклообразующих расплавов» (в рамках секции по физической химии РХО им. Д. И. Менделеева (Санкт-Петербургское отделение); 3) Всероссийский фестиваль науки NAUKA 0+ (ежегодное участие); 4) ежегодное торжественное собрание, посвящённое Дню российской науки; 5) ежегодная молодежная научная конференция ИХС РАН «Функциональные Материалы: Синтез, Свойства, Применение»; 6) Всероссийское совещание по неорганическим и органосиликатным покрытиям; 7) ежегодный круглый стол об актуальных вопросах применения органосиликатного покрытия ОС 51-03 У 84-725-78 в атомной промышленности. Извещение № 11-ИХС РАН; 8) Международный симпозиум «Химия для биологии, медицины, экологии и сельского хозяйства».
Институт химии силикатов РАН является организатором Международной конференции стран СНГ «Золь-гель синтез и исследование неорганических соединений, гибридных функциональных материалов и дисперсных систем».
Информация об авторе
И. Ю. Кручинина — доктор технических наук, директор.
Information about the author
I. Yu. Kruchinina — Dr. Sc. (Engineering), Director.
Статья поступила в редакцию 31.01.2023; одобрена после рецензирования 31.01.2023; принята к публикации 01.02.2023. The article was submitted 31.01.2023; approved after reviewing 31.01.2023; accepted for publication 01.02.2023.
