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

Приглашенный ученый Хопке Филип Карл США
Номер договора
14.Z50.31.0041
Период реализации проекта
2017-2019
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

Приоритет СНТР: б



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.
Другие лаборатории и ученые
Лаборатория, принимающая организация
Область наук
Город
Приглашенный ученый
Период реализации проекта
Квантовая оптика в алмазах

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки «Федеральный исследовательский центр Казанский научный центр Российской академии наук»

Технологии материалов

Казань

Хеммер Филип Роберт

США

2018-2020

Лаборатория биомиметических полимерных материалов

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки «Институт высокомолекулярных соединений Российской академии наук»

Технологии материалов

Санкт-Петербург

Шейко Сергей Станиславович

США, Россия

2018-2020

Лаборатория гибридной нанофотоники и оптоэлектроники

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики»

Технологии материалов

Санкт-Петербург

Захидов Анвар Абдулахадович

США, Россия

2017-2021