Федеральное государственное бюджетное учреждение науки
Федеральный исследовательский центр химической физики
им. Н.Н. Семенова Российской академии наук

  
  
  

Важнейшие достижения 2015 года

Раздел V "Химические науки и науки о материалах": 
Подраздел 44 "Фундаментальные основы химии" 
Работа выполнена в рамках Гос. задания ИХФ РАН 
№ 44.1 «Фемтохимия» 
Руководитель: д.х.н., проф. Надточенко В.А.

Субдифракционное наноструктурирование поверхности в ближнем поле фемтосекундного импульса

Продемонстрировано субдифракционное структурирование боросиликатного стекла с использованием фемтосекундных импульсов в ближнем поле оптически захваченных микросфер совмещённое с последующей химической обработкой. Поверхность стекла обрабатывалась одиночными усиленными импульсами на длине волны 780нм и с длительностью 30 фс, которые фокусировались на поверхность образца через стеклянные микросферы, находящиеся в оптической ловушке, и далее поверхность подвергалась селективному травлению в нагретом растворе KOH. Травление позволяло получать на поверхности стекла более воспроизводимые кратеры меньших размеров. Показаны воспроизводимые кратеры размером 70 нм (?/11). Двухмерные структуры с разрешением 100 нм (?/8) были записаны на поверхности стекла поточечно с помощью перемещения микросферы оптической ловушкой. Исследован механизм, лежащий в основе селективного травления стекла в зоне воздействия лазера, с помощью масс-спектрометрии. Обнаружено, что возможной причиной повышенной химической активности обработанных лазером участков может быть обеднение их кислородом. 

Рис. 1 АСМ-изображение воспровизводимого кратера (а) и его поперечные сечения вдоль осей X и Y. Кратер был получен с помощью кварцевой микросферы диаметром 1.15 мкм. Плотность энергии импульса 0.93 Дж/см2 .


Рис. 2 Трехмерное изображение надписи “ICP” на поверхности боросиликатного стекла. Размер масштабной линейки 500 м, средняя глубина борозды 20 нм. Надпись получена с помощью кварцевой микросферы диаметром 1.15 мкм, плотность энергии импульса 0.98 Дж/см2.

Список работ 2015 г.

  1. A.M.Shakhov, A.A. Astafiev, D.O. Plutenko, O.M. Sarkisov, A.I Shushin, V.A. Nadtochenko. Femtosecond Optical Trap-Assisted Nanopatterning through Microspheres by a single Ti:Sapphire Oscillator. 
    The Journal of Chemical Physics C, 2015, 119, 12562-12571 
    Impact Factor. 4.835.
  2. A.Shakhov, A.Astafiev, A.Gulin, V. Nadtochenko. Femtosecond Nanostructuring of Glass with Optically Trapped Microspheres and Chemical Etching 
    ACS Appl. Mater. Interfaces 2015, 7, 27467?27472doi 10.1021/acsami.5b09454) 
    Impact Factor. 6.723
  3. А.В. Айбуш, А.А. Астафьев, Ф.Е. Гостев, Н.Н. Денисов, А.А. Титов, И.В. Шелаев, А.м. Шахов, В.А. Надточенко. Импульсный разогрев воду у поверхности золотых наночастиц: фемтосекундная лазерная спектроскопия релаксации энергии водного коллоида плазмонных наночастиц в условиях сильного возбуждения. 
    Химия Высоких Энергий, 2015, т.49, 5, 377-381

Доклады на конференциях

  1. A.A. Astafiev, V.A. Nadtochenko, A.A. Osychenko, A. M. Shakhov. Femtosecond Laser Material Processing and Optporation of Cell Membrane with Dielectric Micropsheres and Optical Tweezer. Optical Problems of Biophotonics – 2015. Proceedings. 173-174, Institute of Applied Physics RAS, Nizhny Novgorod, 2015.

Патенты

  1. А.М. Шахов, А.Н. Костров, А.А. Осыченко, А.А. Астафьев, В.А. Надточенко. Способ введения диэлектрических микроконтейнеров в клетки млекопитающих с использованием фемто-пикосекундных импульсов лазерного излучения. Регистрационный № 2015129870.

Раздел V "Химические науки и науки о материалах": 
Подраздел 44 "Фундаментальные основы химии" 
Работа выполнена в рамках Гос. задания ИХФ РАН 
 № 44.8 «Фундаментальные исследования процессов превращения энергоемких материалов и разработка научных основ управления этими процессам» 
Руководитель: д.ф.-м.н. Фролов С.М.   Переход горения в детонацию в системе газ - пленка жидкого горючего

Впервые экспериментально получен переход горения в детонацию в системе "газ (кислород) - пленка жидкого горючего (н-гептан)" при зажигании относительно слабым источником (взрывающейся проволочкой), который генерирует квазиакустическую волну давления. В серии опытов с разной энергией зажигания в прямом канале прямоугольного сечения 50х22 мм (рис. 1) получен воспроизводимый переход горения в детонацию на расстоянии 0,9 м от источника зажигания (рис. 2). Измеренная скорость детонационной волны не зависела от энергии зажигания и составила около 1900 м/с. Полученный результат имеет важнейшее значение для техники взрывобезопасности и для проектирования жидкостных ракетных двигателей нового поколения с управляемым детонационным горением топливной смеси. 

Рис. 1 Вид установки "Детонационная труба ГКП".

 

Рис. 2 Записи давления в одном из опытов с переходом горения в детонацию в системе «газ – пленка». Сверху вниз: записи датчиков, более удаленных от источника зажигания.

Раздел V "Химические науки и науки о материалах": Подраздел 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 переработку углеводородного и минерального сырья различных классов и техногенных отходов, а также новые технологии переработки облученного ядерного топлива и обращения с радиоактивными отходами"

Работа выполнена в рамках Гос. задания ИХФ РАН 
№ 46.14 «Разработка научных основ экологически безопасных технологий получения химических веществ и материалов, в том числе, наноматериалов, с использованием нетрадиционных способов воздействия на вещество (твердофазные процессы, фотохимия, сверхкритические флюиды) и быстрых химических и физических процессов в турбулентных потоках»

Руководитель: д.х.н., проф. Соловьева А.Б.

Полимерная композиция для препаратов с контролируемым высвобождением действующего вещества

Впервые получены композиции, в которых триарилимидазолы, обладающие нейропротекторной и противоопухолевой активностью, введены в матрицу биоразлагаемого природного полисахарида – хитозана в среде сверхкритического диоксида углерода в присутствии 0.1-0.2 мас.% воды. Полученные композиции обеспечивают варьируемый выход биологически активного вещества в буферный раствор с рН 1.6, моделирующий среду желудочного сока. Из рисунка 2 видно, что модельный гидрофобный триарилимидазол – гидроксилофин после связывания с хитозаном растворяется в буферном растворе. Полное время его выхода в раствор около 48 час. Скорость выхода на начальном участке зависит от молекулярной массы хитозана Mw. В клеточных экспериментах показано, что биологически активные аналоги гидроксилофина, содержащие оксиметильные заместители в трех фенильных циклах, введенные в матрицу хитозана, обладали высокой цитотоксичностью по отношению к клеткам Skov-3 (карцинома яичников человека). 

ris 05 2015

 

Рис. 2. Содержание гидроксилофина (ГДИ) в буферном растворе (рН-1,6) как функция времени выдерживания в нем плёнок хитозана с Mw 3.5x105 и толщиной 60 мкм (1) и Mw 5.0x104 и толщиной 50 мкм (2). 

Отдел полимеров и композиционных материалов

Основные достижения Лаборатории жидкофазных и межфазных процессов (1622). Руководитель: д.х.н., проф. Тигер Р.П.

1. Установлены механизм и кинетические закономерности реакции циклокарбонатов с аминами, лежащих в основе синтеза новых полиуретанов без применения высокотоксичных изоцианатов. Реакция протекает по двум параллельным каналам с участием одной и двух молекул амина (результаты квантово-химического расчета см. на рисунке), ускоряется в присутствии спиртов и карбоновых кислот, осуществляющих каталитическое содействие акту переносу протона от амина к циклокарбонату в циклических переходных состояниях.

Экспериментальные значения энергий активации каналов с участием одной и двух молекул амина в реакции этиленкарбоната с метиламином составляют в диоксане 14.0 и 3.7 ккал/моль, в метаноле 7.0 и 2.5 ккал/моль, энергии активации тех же каналов, катализируемой уксусной кислотой реакции в диоксане 5.2 и 1.1 ккал/моль.

2. Получены циклокарбонатсодержащие олигомеры из возобновляемого растительного сырья для зеленой химии полиуретанов, установлены их строение и функциональность по циклокарбонатным группам.

3. Разработана модель хроматографического разделения белков с учетом их вторичной структуры. Белок в денатурированном состоянии может содержать клубковые участки c, а также участки в состоянии α – спирали. Дополнительно удаленные части цепи могут быть сшиты дисульфидными мостиками S-S. Учет вторичных структур в цепи макромолекулы существенно меняет ее адсорбционные свойства. Тем самым, в хроматографическом эксперименте оказывается возможным исследовать вторичные структуры белков. Модель хроматографического разделения дает возможность связать время выхода белка с его вторичной структурой и, тем самым, идентифицировать ее.

Основные публикации:

1. М.В.Забалов, Р.П.Тигер, Особенности применения метода супермолекулы для изучения механизмов жидкофазных реакций на примере аминолиза циклокарбонатов в диоксане Известия Академии наук, Серия химическая. 2016, № 3, С.631-639.

2. А. В. Горшков, М. Л. Придатченко, Т. Ю. Перлова, И. А. Тарасова, М. В. Горшков, В. В. Евреинов О применимости концепции критической хроматографии к задачам протеомики, Журн. Аналитич. Химии, 2016, том 77, №1, с. 113-128

3. М. А. Левина, Д. Г. Милославский, М. Л. Придатченко, А. В. Горшков, В. Т. Шашкова, Е. М. Готлиб, Р.П.Тигер, Зеленая химия полиуретанов: синтез состав и функциональность триглицеридов соевого масла с эпоксидными и циклокарбонатными группами – возобновляемого сырья для новых уретанов. Высокомол. соед. 2015, Т. 57-Б, С. 413-421.

4.Левина М.А., Крашенинников В.Г., Забалов М.В., Тигер Р.П. Неизоцианатные уретаны из аминов и циклокарбонатов: кинетика и механизм модельной реакции // Высокомол. соед. – 2014. – Т. 56-Б. С. 152-161

5. Забалов М.В., Левина М.А., Крашенинников В.Г., Тигер Р.П. Квантово-химическое и кинетическое исследование бифункционального катализа уксусной кислотой реакции образования уретанов из циклокарбонатов и аминов. // Известия Академии наук, Серия химическая. 2014. – № 8. С. 1740-1752

6. М.В.Забалов, Р.П.Тигер, А.А.Берлин, Механизм образования уретанов из циклокарбонатов и аминов. Известия Академии наук, сер. хим. 2012, № 3, С. 518-526.

7. М.В.Забалов, Р.П.Тигер, Квантово-химическое исследование комплексов арилацилазидов с кислотами Льюиса и их перегруппировок в изоцианаты по Курциусу. Известия Академии наук, сер. хим. . 2012, № 9, С.1678-1688.

8. Д.Н.Тарасов, Р.П.Тигер, Кинетика молекулярных реакций в растворах полимеров. Численная модель. Высокомол. соед. 2012, Т.54-Б, С. 1491-1496.

9. Moskovets E., Goloborodko A.A., Gorshkov A.V., Gorshkov M.V., Limitation of predictive 2-D liquid chromatography in reducing the database search space in shotgun proteomics: In silico studies, Journal of Separation Science, 2012 Т.35, С. 1771-1778.

10. Pridatchenko M.L., Perlova T.Yu., Hamidane H.B., Goloborodko A.A., Tarasova I.A., Gorshkov A.V., Evreinov V.V., Tsybin Y.O., Gorshkov M.V., On the utility of predictive chromatography to complement mass spectrometry based intact protein identification, Analytical and Bioanalytical Chemistry, 2012, Т.402(8), С. 2521-2529.

11. Tarasova I.A., Perlova T.Y., Pridatchenko M.L., Goloborodko A.A., Levitsky L.I., Evreinov V.V., Guryca V., Masselon C.D., Gorshkov A.V., Gorshkov M.V., Inversion of chromatographic elution orders of peptides and its importance for proteomics, Journal of Analytical Chemistry, 2012, Т. 67(13), С. 1014-1025.

12. М.В.Забалов, Р.П.Тигер, А.А.Берлин, Взаимодействие циклокарбонатов с аминами как альтернативный путь к полиуретанам: квантово-химическое исследование механизма реакции. Доклады Академии наук, 2011, Т. 441, № 4, С. 1-5.

13. А.В. Горшков, В.В.Евреинов,И.Г., М.В.Придатченко, И.А.Тарасова, Н.Н.Филатова, И.Г.Роздина, М.В.Горшков, О применимости концепции критической хроматографии к анализу белков. Зависимость времен удерживания от последовательности аминокислотных остатков в цепи Высокомол. соед 2011, Т. 53-А, № 12, С. 2150-2165.

Основные достижения Лаборатории модифицированных полимерных систем (1637). Руководитель: д.х.н., проф. Соловьева А.Б.

1. Комплексы порфириновых соединений с амфифильными полимерами. Методом сверхкритической флюидной импрегнации получены полимерные фотокаталитические системы на основе фторсодержащих порфиринов, иммобилизованных на сульфокатионитных полимерах, обладающие высокой активностью в процессах фотоокисления олефинов.

Показано, что в присутствии полученных фотокаталитических систем меняется механизм реакций фотоокисления стероидных олефинов, в частности, холестерина, и вместо обычно наблюдаемых перекисных производных стероидов, происходит раскрытие В-цикла стероида и образуется 6b-формил-В-норхолестан-3b,5b- диол, обладающий высокой противораковой активностью. Это новая реакция в химии стероидов [Патент РФ, № 2281289].

2. Разработаны комплексы порфиринов с амфифильными полимерами для фотодинамической терапии, в 10-30 раз эффективнее традиционного лечения при обработке опухолей и модельных ран у лабораторных животных и лечении гнойных ран у пациентов (см.рис.1) [Патенты РФ, №№ 2314806, 2396994].

Рис.1. Применение комплекса плюроник F127 - фотодитазин (0,1%ФД) при лечении гнойно-некротической раны лопаточной области у больного Н. (33года)

3. Впервые получены композиции, в которых триарилимидазолы (ТАИ), обладающие нейропротекторной и противоопухолевой активностью, введены в количестве 0,1-1% масс в матрицу биоразлагаемого природного полисахарида – хитозана, в среде сверхкритического диоксида углерода. Полученные композиции обеспечивают варьируемый выход биологически активного вещества в буферный раствор с рН 1.6, моделирующий среду желудочного сока. Из рисунка 1 видно, что модельный гидрофобный триарилимидазол – гидроксилофин после связывания с хитозаном растворяется в буферном растворе. Полное время его выхода в раствор около 48 час. Скорость выхода на начальном участке зависит от молекулярной массы хитозана Mw. В клеточных экспериментах показано, что биологически активные аналоги гидроксилофина, содержащие оксиметильные заместители в трех фенильных циклах, введенные в матрицу хитозана, обладали высокой цитотоксичностью по отношению к клеткам Skov-3 (карцинома яичников человека). 

Рис. 1. Содержание гидроксилофина (ГДИ) в буферном растворе (рН-1,6) как функция времени выдерживания в нем плёнок хитозана с Mw = 3.5x10(5) и толщиной 60 мкм (1) и Mw = 5.0x10(4) и толщиной 50 мкм (2)

Основные публикации:

1. A. B. Solov’eva, B. I. Zapadinskii, and A. A. Berlin. New Technology of Production of Optically Transparent Polymer Compositions Containing Capsulated Nanosized Aggregates of Photoactive Compounds. Polymer Science, Series D. Glues and Sealing Materials, 2011, Vol. 4, No. 3, pp. 259–266

2. Толстых П.И., Соловьева А.Б, Аксенова Н.А., Сорокатый А.А. Комплексное лечение длительно незаживающих ран и трофических язв венозного генеза с использованием фотодинамической терапии и современных биологически активных раневых покрытий Московский хирургический журнал, т.1, №17, с.13-19, 2011.

3. S.L.Kotova, V.A.Timofeeva, G.V.Belkova, N.A.Aksenova, A.B.Solovieva.Porphyrin effect onto the surface morphology of amphiphilic polymers as observed by atomic force microscopy. Micron. 43 (2012) 445–449.

4. С. Ф. Тимашев, А. Б. Соловьева, Е. Ю. Буслаева, С. П. Губин. Концертные процессы в среде сверхкритических флюидов. ЖФХ, 2013, том 87, № 1, с. 126–134.

5. Aksenova N. A., Zhientaev T. M., Brilkina A. A., Dubasova L. V., Ivanov A. V., Timashev P. S., Melik-Nubarov N. S., Solovieva A. B. Polymers as enhancers of photodynamic activity of chlorin photosensitizers for photodynamic therapy. Photonics & Lasers in Medicine, 2013, vol. 2, № 3, p. 189-198.

6. Vladimir B. Tsvetkov, Anna B. Solov’eva, Nickolay S. Melik-Nubarov. Physical Chemistry Chemical Physics. Computer modeling of the complexes of Chlorin e6 with amphiphilic polymers. 2014, 16, 10903-10913 (IF 4,198).

7. Complexes of Chlorin e6 with Pluronics and Polyvinylpyrrolidone: Structure and Photodynamic Activity in Cell Culture. Timur M. Zhiyentayev, Umed T. Boltaev, Anna B. Solov’eva, Nadezhda A. Aksenova, Nickolay N. Glagolev, Alexander V. Chernjak and Nickolay S. Melik-Nubarov Photochemistry and Photobiology , 2014, 90: 171–182.

8. T. G. Rudenko, A. B. Shekhter, A. E. Guller, N. A. Aksenova, N. N. Glagolev, A. V. Ivanov, R. K. Aboyants, S. L. Kotova and A. B. Solovieva. Specific Features of the Wound Healing Process Occurring Against the Background of Phootodynamic Therapy Using Fotoditazin Photosensitizer-Amphiphilic Polymer Complexes. Photochem. Photobiol. 2014, 2014, v. 90, р.р. 1413–1422.

9. Kardumyan V.V., Aksenova N.A., Chernyak A.A., Glagolev N.N., Volkov V.I, Solovyova A.B. The influence of temperature on the photooxidation rate of tryptophan in the presence of complexes of porphyrins with amphiphilic polymers. Laser Physics, 25 (2015) 04, 6002.

10. Svetlana L. Kotova, Peter S. Timashev, Anna E. Guller, Anatoly B. Shekhter, Pavel I. Misurkin, Victor N. Bagratashvili and Anna B. Solovieva. Collagen Structure Deterioration in the Skin of Patients with Pelvic Organ Prolapse Determined by Atomic Force Microscopy. Microsc. Microanal. 21, 324–333, 2015. doi:10.1017/S1431927615000148.

11. Ekaterina D. Maximova, Evgeny B. Faizuloev, Alexandra A. Nikonova, Svetlana L. Kotova , Anna B. Solov’eva, Vladimir A. Izumrudov, Ekaterina A. Litmanovich, Elena V. Kudryashova, Nickolay S. Melik-Nubarov. Cross-linking as a tool for enhancement of transfection efficiency of cationic vectors. European Polymer Journal. 69 (2015) 110–120.

Основные достижения Лаборатории химии реакционноспособных олигомеров и полифункциональных светочувствительных материалов (1623). Руководитель: к.х.н. Зайченко Н.Л.

1. Создан автостереоскопичекий (безочковый) дисплей для демонстрации объемных многоракурсных изображений без применения очков с возможностью небольшого оглядывания предъявляемых объектов в пределах зоны видения. Область применения - музейные экспозиции, лектории, выставки, учебные процессы со стереоскопическими пособиями для пояснения пространственных свойств сложных объектов и процессов (молекулярная химия, машиностроение, физика, биология, медицина и пр.), информационные технологии - хранение и показ объемных изображений различных объектов, стереоскопические цифровые архивы и каталоги с возможностью объемной визуализации, реклама.

Устройство – это специальная насадка на экран обычного бытового телевизионного приемника, устанавливаемая при показе объемного изображения и снимаемая для обычного просмотра, персональный компьютер для демонстрации контента (патент РФ № 2574617).

Основные характеристики – диагональ монитора 40 – 46 дюймов, разрешение телевизионного приемника 1920 х 1080, разрешение в режиме стерео – 640 х 360, поперечный размер индивидуальных зон видения – 300 мм, количество индивидуальных зон видения – 8 - 10, расстояние от экрана дисплея до зон видения 3 – 6 м, глубина наблюдаемого объемного изображения – 30 – 50 см перед экраном и 50 – 70 см за экраном.

Фотография экспериментального образца автостереоскопического дисплея

2. Осуществлена одностадийная модификация полилактида, ведущая к получению акрилатных производных через промежуточное образование уретанопроизводных полиактида при взаимодействии концевых гидроксильных групп полимера с диизоцианатами. Установлен механизм реакции и разработаны методы повышения эффективности модификации полилактида.

3. Разработаны методы синтеза и наработаны несколько типов фотополифункциональных соединений. В результате исследования динамики фотопроцессов методом микросекундного импульсного фотолиза обнаружена важная как с фундаментальной, так и с прикладной точек зрения зависимость числа оптических откликов от длины волны возбуждающего света в результате селективного возбуждения разных фотопроцессов. Показано, что вследствие этого изученные соединения могут выполнять функции полностью фотонных логических устройств в разных средах. Выявлен ряд причин, приводящих к переключению фотопроцессов.

Основные публикации:

1. N.L. Zaichenko, B.I. Zapadinskii, A.V. Kotova, I.A. Matveeva, V.T. Shashkova, L.A. Pevtsova, A.O. Stankevich, R.G.. Kryshtal, A.V. Medved’and A.V. Roshchin. Insight into new application aspects for photopolymerizable acrylic compositions. In:Additives in polymers: Analysis and Applications. Ed. A.A. Berlin, S.Z. Rogovina, G.S. Zaikov, Apple Academic Press Inc., Waretown, Oakville, 2016, p. 22-61.

2. Peter P. Levin, Aleksander S. Tatikolov, Natalia L. Zaichenko, Andrey I. Shienok, Liubov S. Koltsova, Irina M. Sherbakova, Irina R. Mardaleishvili, Alexander A. Berlin. Kinetics of photochemical reactions of bifunctional photochromic compounds based on spironaphthopyran - conjugation effect. Photochemical & Photobiological Sciences, 2016, 15, p. 382 – 388. DOI: 10.1039/C5PP00314H.

3. И.А. Матвеева, В.Т. Шашкова, А.В. Котова, А.О. Станкевич, Н.Л. Зайченко, Н.В. Кондратьев, Ю.Н. Овечкис, В.А. Елхов, Л.В. Паутова. Особенности создания иммерсионного слоя для линзового растра на основе фотоотверждаемой акриловой композиции. Наука и технология, 2015, №9, с 2-34.

4. И. Р. Мардалейшвили, Л. С. Кольцова, Н. Л. Зайченко, А. И. Шиенок, П. П. Левин, А.С. Татиколов. Особенности фотохромизма и люминесценции динитрозамещенного гидроксиазометинаспиропирана. Химия высоких энергий, 2015, том 49, № 1, с. 32-37.

5. Л.Д. Попов, Н.Л. Зайченко, О.В. Венедиктова, Т.М. Валова, В.А. Барачевский, А.И. Шиенок, Л.С. Кольцова, С.И. Левченков, В.А. Коган. Синтез, фотохромизм и комплексообразование с ионами металлов пиразолилазометинового производного спирооксазина. Журнал общей химии, 2014, т.84, № 5, с. 843 – 848.

6. Peter P. Levin, Aleksander S. Tatikolov, Natalia L. Zaichenko, Andrey I. Shienok, Liubov S. Koltsova, Olga Yu. Oskina, Irina R. Mardaleishvili, Leonid D. Popov, Sergey I. Levchenkov, Alexander A. Berlin. Kinetics of photochemical reactions of multifunctional hybrid compounds based on spironaphthoxazines upon photoexcitation with light of different wavelengths. J. Photochem. Photobiol. A. Chem 2013, v. 251, p. 141-147. DOI: 10.1016/j.jphotochem.2012.10.013.

7. В.А. Надточенко, П.П. Левин, Н.Л. Зайченко, Ф.Е. Гостев, И.В. Шелаев, А.И. Шиенок, Л.С. Кольцова, О.М. Саркисов, А.А. Берлин. Исследование спектрально-кинетических характеристик промежуточных продуктов фотолиза нафтилметилидениминоспиронафтопирана светом с разными длинами волн методами наносекундного и фемтосекундного лазерного фотолиза Химия высоких энергий . 2013, №2, с. 121-129.

Основные достижения Лаборатории армированных пластиков (1635). Руководитель: д.т.н. Куперман А.М.

Влияние модифицирования эпоксидной матрицы различными компонентами с целью повышения эксплуатационных свойств композитов.

Проведено всестороннее исследование влияния модифицирования эпоксидных матриц на технологические и эксплуатационные характеристики композитов. В качестве модификаторов использовали дисперсные частицы различных типов (в том числе углеродные наночастицы), активные разбавители, а также термостойкие термопласты. Показаны синергетические эффекты повышения трещиностойкости композитов и их прочности при сдвиге при добавлении гибкоцепных и жёсткоцепных термопластов. Методами электронной микроскопии изучены структурные особенности гибридных матриц. Разработаны методы ориентации углеродных частиц в электрическом поле, исследована морфология и свойства пустотелых стеклянных микросфер и синтактиков на их основе.

Модифицирование полимерных матриц термопластами позволило повысить трещиностойкость стекло- и органопластиков в 1,5-2 раза.

Рис. 1. Корреляция трещиностойкости эпоксидных матриц и композитов на их основе. Трещиностойкость стекло- и органопластиков GKM1R пропорциональна трещиностойкости матрицы GM1R. Обозначения: СП – стеклопластик, УП – углепластик, ОП – органопластик

 Рис. 2. Фотография полых стеклянных микросфер (х500)

 

Основные публикации:

1. А.М. Куперман, Р.А. Турусов, А.Я. Горенберг, В.И. Солодилов, Р.А. Корохин, Ю.А. Горбаткина, В.Г. Иванова-Мумжиева, О.А. Журавлёва, А.В. Байков. Упруго-прочностные характеристики синтактиков на основе полых стеклянных микросфер при сдвиге. Механика композитных материалов. — 2014. — Т. 50, № 6. — С. 987-1002.

2. В.И. Солодилов, Р.А. Корохин, Ю.А. Горбаткина, А.М. Куперман. Сравнение энергий разрушения эпоксиполисульфоновых матриц и однонаправленных намоточных композитов на их основе. Механика композитных материалов. 2015. Т. 51. № 2. С. 253-272.

3. Р.А. Корохин, В.И. Солодилов, Ю.А. Горбаткина, А.М. Куперман. Реологические и физико-механические свойства эпоксиполиэфиримидных композиций. Механика композитных материалов. 2015. Т. 51. № 3. С. 445-456.

Основные достижения Лаборатории катализа полимеризационных процессов (1611). Руководитель: к.х.н. Аладышев А.М.

1. Новые материалы на основе полипропилена

С использованием металлоценовых катализаторов разработаны эффективные способы получения стереоизомеров ПП – высококристаллического изотактического, синдиотактического с повышенной прозрачностью, аморфного гемиизотактического и эластомерного стереоблочного ПП, сополимеров пропилена с этиленом и высшими олефинами.

Определены условия, при которых сополимеризация пропилена с высшими линейными альфа-олефинами имеет идеальный характер, что важно для промышленной реализации процесса.

Разработаны простые и экономичные способы активации металлоценовых и постметаллоценовых катализаторов.

Предложена новая эффективная система Ti(Oiso-Pr)4–AlEt2Cl/MgBu2 для целенаправленного синтеза атактического полипропилена, а также для полимеризации этилена и сополимеризации этилена с гексеном-1. Преимущества этой системы по сравнению с металлоценовыми и постметаллоценовыми катализаторами - высокая активность, низкая стоимость, простота синтеза. Все компоненты этой системы – коммерческие продукты, растворимые в ароматических и алифатических углеводородах.

2. Новые композиционные материалы на основе полипропилена и наполнителей различного типа.

Разработаны способы получения композиционных материалов со специальными свойствами (электро- и теплопроводящие, фоточувствительные, магнитоактивные и т.д.) на основе полипропилена с использованием полимеризационной технологии. Установлены основные закономерности, связывающие состав и структуру полимерных композиционных материалов с их функциональными и эксплуатационными характеристиками.

Разработаны новые композиционные материалы на основе полипропилена с различной микроструктурой полимерной цепи (изо- и синдиотактический) и наноразмерных углеродных наполнителей (углеродные нанотрубки, графеновые нанопластины, фуллерены), характеризующиеся высокими механическими характеристиками, низкой газопроницаемостью, устойчивостью к окислению в агрессивных средах и хорошими электродинамическими свойствами. Полученные нанокомпозиты обладают частотно-селективными свойствами в диапазоне частот от 3 до 35 ГГц (коэффициент отражения до -15 дБ) и перспективны для использования в качестве экранирующих и поглощающих покрытий приборов, контейнеров, помещений или машин.

Основные публикации:

1. Недорезова П.М, А.В.Чапурина, А.Н.Клямкина, Аладышев А.М., Попов А.А, Шибряева Л.С., Монахова Т.В., Марголин А.Л. «Сополимеризация пропилена с винилциклогексаном на металлоценовом катализаторе. Синтез, свойства, окисление полимеров» // Высокомолекулярные соединения. Серия Б. 2011. Т. 53. №. 8. С. 1444–1452.

2. П.М. Недорезова, А.В. Чапурина, А.А. Ковальчук, А.Н. Клямкина, А.М. Аладышев, А.О. Баранов, Б.Ф. Шклярук. «Сополимеризация пропилена с бутеном-1 и пентеном-1 на изоспецифической каталитической системе рац-Me2Si(4-Ph-2-MeInd)2ZrCl2 /МАО» // Высокомолекулярные соединения. Серия Б. 2012. Т. 54. №. 1. С. 73-86.

3. Rishina L.A., Galashina N.M., Gagieva S.C., Tuskaev V.А., Kissin Y.V. «Cocatalyst effect in propylene polymerization reactions with post-metallocene catalysts» // European polymer Journal. 2013. V. 49. Р. 147–155.

4. Rishina L.А., Lalayan S.S., Gagieva S.C., Тuskaev V.А., Perepelitsyna Е.О., Kissin Y.V. «Polymers of propylene and higher 1-alkenes produced with post-metallocene complexes containing a saligenin-type ligand» // Polymer. 2013. V. 54. Р. 6526-6535.

5. Прут Э.В., Недорезова П.М., Клямкина А.Н., Мединцева Т.И., Жорина Л.А., Кузнецова О.П., Чапурина А.В., Аладышев А.М. «Смесевые полиолефиновые эластомеры на основе стереоблочного эластомерного полипропилена» // Высокомолекулярные соединения. Серия Б. 2013. Т. 55. № 3. С. 289-298.

6. Polschikov S.V., Nedorezova P.M., Klyamkina A.N., Kovalchuk A.A., Aladyshev A.M., Shchegolikhin A.N., Shevchenko V.G., Muradyan V.E. «Composite Materials of Graphene Nanoplatelets and Polypropylene, Prepared by In Situ Polymerization» // J. of Applied Polymer Sci. 2013. V. 127. No. 2. P. 904-911.

7. Польщиков С.В., Недорезова П.М., Монахова Т.В., Клямкина А.Н., Щеголихин А.Н., Крашенинников В.Г., Мурадян В.Е., Попов А.А., Марголин А.Л. «Композиционные материалы на основе фуллеренов С60/С70 и полипропилена, полученные полимеризацией in situ» // Высокомолекулярные соединения. Серия Б. 2013. Т. 55. № 5. С. 64-73.

8. С.В. Польщиков, П.М. Недорезова, О.М. Комкова, А.Н. Клямкина, А.Н. Щеголихин, В.Г. Крашенинников, А.М. Аладышев, В.Г. Шевченко, В.Е. Мурадян. «Синтез полимеризацией in situ и свойства композиционных материалов на основе синдиотактического полипропилена и углеродных нанонаполнителей». // Российские нанотехнологии. 2014. Т. 9, № 3-4. С. 63-70.

9. Л. А. Ришина, С. С. Лалаян, Н. М. Галашина, Е. О. Перепелицина, Т. И. Мединцева, Y. V. Kissin «Полимеризация линейных высших α-олефинов на модифицированном катализаторе» // Высокомолекулярные соединения. Серия Б. 2014. Т. 56. № 1. С. 27–33.

10. Laura А. Rishina, Svetlana S. Lalayan, Svetlana Ch. Gagieva, Vladislav А. Тuskaev, Alexander N. Shchegolikhin, Dimitry P. Shashkin, Yury V. Kissin. “Titanium complex containing a saligenin ligand - new universal post-metallocene polymerization catalyst. Copolymerization of ethylene with higher α-olefins” // Journal of Research Updates in Polymer Science. 2014. V. 3. P. 216-226

11. Kissin Y.V., Rishina L.A., Lalayan S.S., Krasheninnikov V.G. «A new rout to atactic polypropylene: the second life of premetallocene homogeneous polymerization catalyst» // J. Polym. Sci., Part A. Polym. Chem. 2015. V. 53. P. 2124-2131.

12. Vitaliy G. Shevchenko, Sergey V. Polschikov, Polina M. Nedorezova, Alla N. Klyamkina, Alexander M. Aladyshev, Sergei N. Chvalun. «Graphene nanoplatelets and fullerene in polypropylene matrix as nanosized dielectric probe». // Polymer Composites. 2015. V. 36. Issue 6. P. 1006–1011.

13. Л. А. Ришина, Y. V. Kissin, С. С. Лалаян, В. Г. Крашенинников, Е. О. Перепелицина, Т. И. Мединцева «Новая эффективная каталитическая система полимеризации олефинов на основе Ti(Oiso-C3H7)4» // Высокомолекулярные соединения. Серия Б, 2016, том 58, № 2, с. 136-148.

 

Лаборатория физических и химических процессов в полимерных системах (1632). Руководитель: Прут Э.В.

1. Изучено влияние динамической вулканизации на морфологию термопластичных вулканизатов. Впервые показано, что добавление в изотактический полипропилен серосодержащей вулканизующей системы приводит к формированию b-структуры полипропилена, сопровождающейся ростом температуры кристаллизации полимера при неизменной суммарной степени кристалличности. Варьируя соотношение основных компонентов и содержание специальных добавок (наполнители, пластификаторы, модификаторы), последовательность их введения был получен широкий спектр материалов, обладающих заданными механическими, электрическими свойствами (от изоляторов до проводников), масло - и бензостойкостью. Полученные результаты позволяют осуществить промышленный синтез термопластичных вулканизатов на промышленном экструдере в одну стадию.

2. Обнаружено аномально резкое возрастание массопереноса в твердых телах при одновременном смешении и измельчении полимеров различной химической природы в условиях совместного воздействии высокого давления и сдвиговых напряжений. На основе развитых физико-химических представлений о механизме процессов, проходящих в условиях интенсивных пластических деформаций, предложены новые экологически чистые методы утилизации полимерных отходов.

3. Разработан метод создания в условиях высокоинтенсивных сдвиговых деформаций на традиционном оборудовании экологически чистым способом биоразлагаемых полимерных композиций на основе синтетических полимеров и природных полимеров различных классов (полисахариды, полилактид). Установлено, что механические и термофизические свойства получаемых композиций, а также их способность к биоразложению определяются как природой используемого природного полимера, так и составом смесей. Показано влияние молекулярной массы пластифицирующего агента полиэтиленгликоля на комплекс свойств и биоразлагаемость композиций.

4. С использованием различных независимых методов исследования биоразлагаемости материалов изучена кинетика биодеградация композиций различного состава (рис. 1) и их грибостойкость (рис. 2). С использованием метода СЭМ продемонстрировано образование дефектов, приводящих к нарушению целостности полимерной матрицы, что свидетельствует об участии в процессе биоразложения не только природного, но и синтетического полимера (рис. 3).

Рис. 1. Кривые потери массы пленок, полученных из композиций на основе полилактида и МКЦ, после выдерживания в почве: 1 – полилактид–МКЦ (60 : 40 мас. %); 2 – полилактид–МКЦ–ПЭГ4000; 3 – полилактид–МКЦ–ПЭГ1000; 4 – полилактид–МКЦ–ПЭГ600 (60 : 30 : 10 мас. %).

Рис. 2. Микрофотографии поверхности пленок из смесей полилактид–хитозан (70 : 30 мас.%) (а, б) и полилактид–хитозан–ПЭГ (60 : 20 : 20 мас.%) (в, г), зараженных спорами плесневых грибов после 28 дней при различном увеличении: 15 (а, в) и 40 (б, г).

 

а

б

Рис 3. Микрофотографии пленок из смесей целлюлоза–ПЭНП–хитин (а; х300) и крахмал–ПЭПН–хитин (б; х200) (30 : 40 : 30 мас. %) после выдерживания в почве в течение 6 месяцев, полученные методом СЭМ.

Основные публикации:

1. S.Z. Rogovina, K.V. Alexanyan, E.V. Prut. Biodegradable Blends Based on Chitin and Chitosan: Production, Structure and Properties // J. Appl. Pol. Sci. 2011. V.121. P. 1850-1859.

2. S.M. Lomakin, S.Z. Rogovina, A.V. Grachev, E.V. Prut, Ch. V Alexanyan. Thermal degradation of biodegradable blends of polyethylene with cellulose and ethylcellulose // Thermochimica Acta. 2011. V. 521. P. 66-73.

3.S.Z. Rogovina. Solidphase production and modification of chitosan under shear deformation // in Handbook of Chitosan Research and Applications. Ed. By Richard G. Mackay and Jennifer M. Tait. 2012. Nova Science Publishers. Inc. New York. P. 271-288.

4.Prut E.V., Medintseva T.I. Dynamische Vulkanisation thermoplastischer Elastomere auf Basis von iPP/EPDM. GAK Gummi Fasern Kunststoffe. 2011. 64. Jahrgang. No 7. S. 434-439.

5.Прут Э.В., Недорезова П.М., Клямкина А.Н., Жорина Л.А., Кузнецова О.П., Мединцева Т.И. Новые полиолефиновые эластомеры. Доклады Академии Наук. 2011. Т. 440. № 4. С. 500-502.

6.Prut E., Medintseva T., Solomatin D., Kuznetsova O. Rheological Behavior of Thermoplastic Vulcanizates // Macromol. Symp. 2012, V. 321-322, Issue 1, P. 59-63.

7.Rogovina S., Aleksanyan K., Prut E., Gorenberg A. Biodegradable blends of cellulose with synthetic polymers and some other polysaccharides // European Polymer Journal 2013, V. 49, 194-202.

8.Prut E., Kuznetsova O., Karger-Kocsis J., Solomatin D. Rheological properties of ground rubber tire filled isotactic polypropylene of different molecular weight characteristics. Journal of Reinforced Plastics and Composites. 2012. V. 31. Issue 24. P. 74-87.

9.Прут Э.В., Недорезова П.М., Клямкина А.Н., Мединцева Т.И., Кузнецова О.П., Чапурина А.В., Аладышев А.М. Смесевые полиолефиновые эластомеры на основе стереоблочного эластомерного полипропилена // Высокомолекулярные соединения. Сер. А. 2013. Т. 55. № 3. С. 289-298.

10.Rogovina S.Z., Alexanyan K.V., Prut E.V. Commercially Produced and Modified Starches // Foundation of High Performance Polymers: Properties, Performance, and Applications. Eds. by

A. Hamrang and B.A. Howell, G.E. Zaikov and A.K. Haghi. Apple Academic Press. Toronto. New Jersey. 2014. Ch. 2. P. 14-33.

11.Rogovina S.Z., Aleksanyan K.V., Lomakin S.M., Prut E.V. Biodegradable Binary and Ternary Blends of Cellulose with Synthetic and Natural Polymers // Research Progress in Chemical Physics and Biochemical Physics. Eds. G.E. Zaikov, A.A. Berlin, K. Majewski, A.A. Pimerzin. Nova Science Publishers. New York. 2014. Ch. 3. P. 123-148.

12.Rogovina S.Z., Aleksanyan K.V., Lomakin S.M., Prut E.V. Biodegradable Binary and Ternary Blends // Key Engineering Materials. Vol. I: Current State of the Art on Novel Materials. Eds. D. Balkose, D. Horak, L. Soltes. Apple Academic Press. Toronto. New Jersey. 2014. Ch. 27. P. 433-463.

13.Prut E.V., Medintseva T.I. Development of Thermoplastic Vulcanizates Based on Isotactic Polypropylene and Ethylene-Propylene-Diene Elastomer // Key Engineering Materials. Vol. II. Interdisciplinary Concept and Research. Eds. F. Kajzar, E.M. Pearce, N.A. Turovskij, O.V. Mukbaniani. Apple Academic Press. Toronto. New Jersey. 2014. Ch. 17. P. 337-370.

14.Prut E, Solomatin D, Kuznetsova O, Tkachenko L, Khalilov D. Grinding of ethylene–propylene–diene monomer vulcanizates: High-temperature sintering of rubber powder // Journal of Elastomers & Plastics. 2015. Vol. 47. № 1. P. 52–68.

15.E.V. Prut, T.I. Medintseva, O.V. Kochanova, N.A. Erina, L.A. Zhorina, V.N. Kuleznev Influence of cross-linked system on morphology and properties of thermoplastic vulcanizates based on isotactic polypropylene and ethylene propylene diene monomer // Journal of Thermoplastic Composite Materials. 2015. Vol. 28. No 8. P. 1202–1216.

16.Rogovina S.Z., Aleksanyan K.V., Grachev A.V., Berlin A.A., Prut E.V. Mechanical and thermophysical properties of biodegradable polylactide compositions with ethyl cellulose and chitosan poly(ethylene glycol). Mendeleev Communications, 2015, Vol. 25, 361-363.

17.Роговина С.З., Алексанян К.В., Владимиров Л.В., Прут Э.В., Берлин А.А. Новые тройные биоразлагаемые композиции на основе полиэтилена и полисахаридов. Доклады АН, 2015, Т. 465, № 1, с. 58-61.

18.С.З. Роговина, К.В. Алексанян, А.Я. Горенберг, Ю.И. Дерябина, Е.П. Исакова, Э.В. Прут, А.А. Берлин. Исследование механических свойств, морфологии и биоразлагаемости композиций полилактида с полисахаридами. // Химия растительного сырья. 2015. № 1. С. 29-39.

19.Prut E.V., Kuznetsova O.P., Solomatin D.V. Structure and Properties of Rubber Powder and Its Materials. Additives in Polymers. Analysis and Applications. Eds. by Alexander A. Berlin, Swetlana Z. Rogovina, Gennady E. Zaikov, Apple Academic Press (CRC Press, Taylor&Francis Group) Inc. Waretown. USA 2016. Р. 123-170.

20.Rogovina S.Z., Aleksanyan K.V., Grachev A.V., Gorenberg A. Ya., Berlin A.A., Prut E.V. Biodegradable compositions of polylactide with ethyl cellulose and chitosan plastized by low-molecular poly(ethylene glycol). Additives in Polymers. Analysis and Applications. Eds. by Alexander A. Berlin, Swetlana Z. Rogovina, Gennady E. Zaikov, Apple Academic Press (CRC Press, Taylor&Francis Group) Inc. Waretown. USA 2016. Р. 171-191.

Основные достижения Лаборатории физики и механики полимеров (1638). Руководитель: д.т.н., проф. Маневич Л.И.

1. Молекулярные механизмы конформационных переходов в молекуле ДНК

Завершено построение крупнозернистой модели ДНК. Выявлены условия существования А-формы молекулы ДНК и условия перехода от В-формы к А-форме (и обратно).

Показано, что для воспроизведения в теоретических расчетах А формы ДНК необходимо явным образом учитывать, кроме двух конформационных состояний сахарного кольца, и находящиеся в растворе ионы соли. Баланс взаимодействий в А форме ДНК может быть достигнут, если учтены взаимодействия между этими ионами и электрическими зарядами: на фосфатных группах и основаниях. Тогда модель допускает существование А-формы (при высокой концентрации соли) и В-формы (при низкой концентрации соли). Возможны также переходы между этими формами.

В и А формы схематически представлены на рисунке (В - в физиологическом растворе, А - при большой концентрации соли).

Две формы ДНК

2. Особенности теплопроводности наночастиц и нанокомпозитов

Теоретически выявлен механизм аномального распространения фононов в кристаллических сплавах.

Проведено молекулярно-динамическое моделирование захвата резонансных фононов в фононном наноконденсаторе, образованном двумя параллельными интерференционными фононными зеркалами. Результаты моделирования приведены на рисунке.

Частотные спектры коэффициентов прохождения фононов, предсказанные  с использованием эквивалентной квази-одномерной (квази-1Д) модели (сплошная и пунктирная линии) и полученные молекулярно-динамическим расчетом (символы) для кристаллического аргона с плоским дефектом решетки, содержащим тяжелые изотопические примеси (с массой m = 3m0). Штрихпунктирная линия - свертка коэффициента прохождения с гауссовым волновым пакетом (ВП) при длине когерентности l = 2λc. Красный, синий, и желтый символы показывают коэффициенты прохождения ВП с l= 20λc по двум путям, с одним и с двумя последовательными моноатомными слоями тяжелых изотопических дефектов, соответственно; зеленые символы показывают прохождение ВП с l = 2λc через два пути. Вставка: три возможные квази-1Д модели, описывающие распространение фононов через область решетки, содержащую локальный дефект. Черные линии между атомами показывают межатомные связи.

  3. Механический контроль теплопроводности молекулярной цепи

Предложена модель молекулярной цепи, позволяющая описать складчатые и рулонные упаковки длинных графеновых нанолент. Выявлены основные типы таких упаковок. Модель позволила проанализировать динамику рулонов нанолент большой длины на достаточно продолжительных интервалах времени (что невозможно сделать при использовании полноатомных моделей). С использованием разработанной модели обнаружен аномально высокий коэффициент теплового расширения рулонов.

4. Молекулярные механизмы пластической деформации аморфных полимерных систем

С применением широкого спектра экспериментальных методов подтверждено наличие двух типов носителей пластической деформации полимерных стекол и охарактеризована их роль.

Показано, что неупругая деформация стеклообразных полимеров при Ткомн всегда ведет к появлению двух типов ее носителей, запаздывающей упругой εзу и пластической εпл. Пластическая компонента деформации εпл никогда не появляется в полимерных стеклах при  отсутствии носителей εзу. Таким образом, открыт и подтвержден экспериментально новый, двустадийный механизм возникновения пластической деформации во всех стеклообразных полимерах при их низкотемпературном деформировании (Тдеф < 0.6 Тс). Кроме того, наличие спонтанной перестройки εзу в εпл позволило предложить новый механизм деформационного тепловыделения Qдеф для стекол, который принципиально отличается от такового в кристаллах.

Методом молекулярной динамики (МД моделирование низкотемпературной деформации одноосного сжатия и растяжения стекла из 1000 молекул олигомера С13Н31) впервые выделены области повышенной подвижности в олигомерных стеклах, которые, согласно теоретическим предсказаниям определяют специфику пластического деформирования стекол.

Показано, что результаты моделирования механического поведения различных неупорядоченных твердых тел в сложных режимах деформирования полностью совпадают с экспериментальными данными для стеклообразных полимеров, что позволяет использовать МД моделирование для дальнейшего детального изучения механизмов поведения стекол при механических воздействиях.

5. Энергообмен, локализация и перенос энергии в наноструктурах

В 2015 был разработан общий подход к анализу энергообмена и локализации энергии в наноструктурах без каких-либо ограничений на амплитуды колебаний и обычно используемого перехода к континуальному пределу. Этот подход апробирован на модели, которая отражает специфику конечной цепи джозефсоновских сверхпроводящих контактов, а при механической интерпретации описывает систему связанных маятников.

Определены в явной форме условия неустойчивости стационарных нелинейных мод и перехода от интенсивного энергообмена между кластерами джозефсоновских контактов к локализации энергии на первоначально возбужденном кластере. Выявлена связь этого перехода с формированием хаотических слоев.

Эти результаты проиллюстрированы на рисунке.

 

       

 

(а) — Зависимость эффективной константы связи от резонансной частоты в системе N связанных джозефсоновских контактов или маятников при бифуркации (верхняя сплошная кривая) и при переходе к локализации энергии (нижние кривые). Сплошные кривые соответствуют N=2, 4, 6, 8…. Самая нижняя пунктирная кривая соответствует порогу локализации в тримере (N = 3).

(b) — Сечение Пуанкаре системы из 4-х маятников при амплитуде колебаний π/2 до потери устойчивости однородной моды.

(c) — То же, что на рисунке (b) после потери устойчивости – хорошо видна сепаратриса, проходящая через неустойчивую моду.

(d) — Параметр связи ниже порога устойчивости, но несколько выше порога локализации (.видна хаотизация колебательного процесса в окрестности сингулярной точки сепаратрисы)

6. Моделирование трехмерной структуры полимерных нанокомпозитов методом конечных элементов с учетом начального изгиба асимметричных тонких включений (пластин и трубок)

С использованием метода конечных элементов проведено моделирование влияния начальной изогнутости жестких асимметричных частиц наполнителя (коротких волокон, тонких пластин) на эффективные упругие модули полимерных композитов.

Рассчитанные зависимости эффективной жесткости изогнутых волокон от степени их изогнутости приведены на рисунке.

 

Зависимости относительных эффективных продольных модулей Юнга изогнутых волокон от степени изогнутости синусоидальных волокон (ромбы) и волокон, составленных из дуг окружностей (точки).

Приведены данные для двух значений отношений модулей Юнга волокон и матрицы: 1000 и 100.

Из приведенных на рисунке зависимостей следует, что изогнутость волокон приводит к значительному снижению эффективной продольной жесткости волокна уже при степени изогнутости, равной 0,3.

Фрагмент конечноэлементной модели ПЭС в случае полноразмерной модели включений.

 

Основные публикации

  1. L.I. Manevitch, F. Romeo. Non-stationary resonance dynamics of weakly coupled pendula. EPL, 112, 30005(1-6), 2015
  2. F. Romeo, L.I. Manevitch, L.A. Bergman, A. Vakakis. Transient and chaotic low-energy transfers in a system with bistable nonlinearity. Chaos 25 (5), 053109, 2015
  3. L.I. Manevitch. A Concept of Limiting Phase Trajectories and Description of Highly Non-stationary Resonance Processes. Applied Mathematical Sciences, Vol. 9, 2015, no. 86, 4269 – 4289. http://dx.doi.org/10.12988/ams.2015.55378
  4. I.P. Koroleva (Kikot), L.I. Manevitch, A. F. Vakakis. Non-stationary resonance dynamics of a nonlinear sonic vacuum with grounding supports. Journal of Sound and Vibration, 357, 349-364, 2015.
  5. K.G. Silina, I.P. Kikot, L.I. Manevitch. Energy exchange and localization in the planar motion of weightless beam carrying two discrete masses. Regular and Chaotic Dynamics. 20 (2), 109-122, 2015. http://link.springer.com/article/10.1134%2FS156035471502001X
  6. И.П. Королева (Кикоть), Л.И. Маневич. Осцилляторная цепь на упругой подложке в условиях акустического вакуума. Нелинейная динамика 11 ()3, 487-502, 2015.
  7. H. Han, B. Li, S. Volz, Yu.A. Kosevich. Ultracompact Interference Phonon Nanocapacitor for Storage and Lasing of Coherent Terahertz Lattice Waves, Phys. Rev. Lett. 114, 145501, 2015.
  8. J.F.R. Archilla, Yu.A. Kosevich, N. Jimenez, V.J. S´anchez-Morcillo, L.M. Garcia-Raffi. Ultradiscrete kinks with supersonic speed in layered crystal with realistic potentials. Phys. Rev. E 91, 022912, 2015.
  9. V. Zolotarevskiy, A.V. Savin, O.V. Gendelman. Heat conduction in a chain of dissociating particles: Effect of dimensionality. Phys. Rev. E 91, 032127, 2015.
  10. A.V. Savin, E.A. Korznikova, S.V. Dmitriev. Scroll configurations of carbon nanoribbons. Phys. Rev. B 92, 035412, 2015.
  11. Э.Ф. Олейник, С.Н. Руднев, О.Б. Саламатина, Ступенчатый механизм зарождения пластической деформации в стеклообразных полимерах, ДАН 465 (1), 46-49, 2015.
  12. А.В. Савин, Е.А. Корзникова, С.В. Дмитриев. Моделирование складчатых и рулонных упаковок углеродных нанолент. Физика твердого тела, 57, (11), 2278-2285, 2015

Важнейшие достижения за:

Библиотека