Калугін В.Д.

Професор кафедри природничих наук

Національного університету цивільного захисту України

м. Харків, Україна

Бешенцева О.А.

Доцент кафедри природничих і гуманітарних дисциплін

Харківського національного автомобільно-дорожнього університету

м. Харків, Україна

технологіЇ отримання мікроемульсій та полішарових субмікрокристалевих структур надпровідників

та напівпровідників

Успіхи сучасного матеріалознавства в галузі формування мікроструктур рідких систем та наноструктур металів, сплавів та неметалів послужили основою для реалізації комплексних технологій отримання високоефективних систем для пожежогасіння [1] та формування полішарових субмікрокристалевих структур з метою отримання мікробарів надпровідників та напівпровідників [2].

Для створення високоефективних систем для пожежогасіння вивчено фізико-хімічні закономірності диспергування та стабілізації мікроструктур дисперсної фази з урахуванням надання цій мікроструктурі спеціальних властивостей для забезпечення високого ефекту пожежогасіння.

Метою дослідження була розробка фізико-хімічних основ процесів диспергування пропеллентів (С_хН_у та С_хН_уХ_z) у воді до стану стабільних мікроемульсій та електролітичного нанесення на провідну конструкційну основу найтонших (10² – 10³ нм) плівок металів різної природи (Sn, Ge, Al → Nb (1); Sn, In, TiO₂, Al₂O₃ → (Ni-Cr) (2)) для подальшого термоотжигу їх у відновному середовищі – система (1) або окисному середовищі – система (2). Отримані результати досліджень стали основою для розробки технологій виробництва матеріалів різного функціонального призначення.

Продукти термодифузійної обробки системи 1 є перспективними для кріогенної техніки; системи 2 – застосовуються в якості адсорбційно-чутливого матеріалу сенсорів газосигналізаторів (ГС) і газових пожежних сповіщувачів (ГПС). Стабільні мікроемульсії на основі води є високоефективними системами гасіння як твердих, так і рідких горючих матеріалів.

В сучасній технічній літературі практично відсутні дані про вплив фізико-хімічних параметрів дисперсних рідких систем на критерії пожежогасіння. Тому досліджувався широкий спектр фізико-хімічних характеристик, включаючи умови диспергування, гомогенізації та стабілізації емульсій, для створення умов отримання їх із заданим комплексом властивостей.

Дослідження величини поверхневого натягу та динамічної в'язкості істинних розчинів та емульсій на основі води виконано за допомогою методу відриву металевого кільця від поверхні розчину і за допомогою віскозиметра Оствальда. Вперше встановлено температурні та концентраційні залежності поверхневого натягу на кільцях-зразках зі звичайної деревини та обвугленої деревини, тобто в умовах максимально наближених до умов пожежі.

Для отримання однорідної емульсії із заданою дисперсністю розроблений та створений прилад – кавітатор роторного типу з можливістю отримання емульсій з дисперсністю 0,5 мкм та менше.

Формування мікрошарів металів проводили методом електролітичного відновлення Meⁿ⁺-іонів (Meⁿ⁺ + ne → Me⁰) з водних та неводних розчинів електролітів на (Ni-Cr)-мікроспіраль – в краплі та на Nb–мікропровід в скляній трубці.

Сумарну товщину плівок розраховували за даними мікрогравіметрії. Утворення стабільних надпровідних фаз інтерметалідів фіксували методом виміру Т_с та І_с. Стабільність багатошарових поліоксидних фаз напівпровідників контролювали за відтворюваністю значення аналітичного сигналу сенсора U_c в середовищі парів С₂Н₅ОН методом мікрогравіметрії та кількістю циклів роботи датчика ГПС або ГС.

Корозійно-хімічні явища в чутливій масі сенсорів встановлені за даними вольтметрії, мікрогравіметрії та термодинамічних розрахунків.

Отримані експериментальні дані є основою для створення технологій отримання мікроструктур рідких дисперсних систем, на основі котрих розроблений алгоритм проведення цього процесу, який показано на рис. 1.

Рис. 1. Алгоритм проведення в стаціонарних умовах технологічного процесу

виготовлення високодисперсної мікроемульсії для пожежогасіння на основі води

та регенерації емульсії за дисперсністю

На основі результатів лабораторних досліджень процесів електрохімічного осадження Ge та Al розроблений алгоритм проведення технологічного процесу створення субмікрокристалевих полішарових металевих структур типа Nb/Ge/Al та отримання надпровідної фази Nb₃Ge_xAl_1-x (рис. 2).

Рис. 2. Алгоритм проведення технологічного процесу створення

субмікрокристалевих полі шарових металевих структур типа Nb/Ge/Al

та отримання надпровідної фази Nb₃Ge_xAl_1-x

На основі результатів лабораторних досліджень для отримання датчиків ГС та ГПС реалізований алгоритм проведення технологічного процесу формування на спіралеподібному каркасі субмікрокристалевої поліоксидної структури типа SnO₂ – In₂O₃ – TiO₂ – (Al₂O₃) та її калібрування за величиною U_c (рис. 3).

Рис. 3. Алгоритм проведення технологічного процесу формування на спіралеподібному каркасі субмікрокристалевої поліоксидної структури типа SnO₂ – In₂O₃ – TiO₂ – (Al₂O₃)

та її калібрування за величиною U_c

Таким чином, на основі наших досліджень було розроблено технологію отримання мікроемульсій на основі води та пропеллентів , в яких проявляються усі основні механізми пожежогасіння.

Встановлена можливість електролітичного формування з водних та неводних розчинів похідних поліметалевих структур на конструкційній провідній основі з метою отримання надтонких надпровідних фаз інтерметалідів або поліоксидних структур із заданими фізико-хімічними параметрами.

Представлені алгоритми проведення технологічних процесів отримання мікроемульсій та формування субмікрокристалевих полішарових і поліоксидних структур різноманітного функціонального призначення.

Отримані технології мають безумовну новизну та переваги для сучасних високих технологій. Ці пропозиції для сучасних галузей промисловості України відповідають вимогам значного зниження матеріалоємності та енергоємності, суттєвого зниження об’ємів інвестування проектів за цією проблемою.

Список викорстаної літератури.

1. Кустов М.В. Высокоэффективный способ приготовления мелкодисперных водных эмульсий углеводородов, используемых при ликвидации чрезвычайных ситуаций / М.В. Кустов, В.Д. Калугин, М.В. Михайленко // Проблеми надзвичайних ситуацій. – 2008. – Вип. 7. – С. 78-89.

2. Гусев А.И. Наноматериалы, наноструктуры, нанотехнологии / А.И. Гусев. – 2-е изд., испр. – М.: ФИЗМАТЛИТ, 2007. – 416 с.