Том 9, № 3 (2024)

Полититанаты калия (ППТ), модифицированные в водных растворах, содержащих смеси водорастворимых солей Mn²⁺ и трехвалентных металлов (R³⁺ = Fe³⁺, Cr³⁺ или Al³⁺), используются в качестве полупродуктов для получения керамических агломератов, состоящих из голландитоподобных твердых растворов, соответствующих химическому составу K_1,3±0,1Mn_1,5±0,1R_0,2Ti_6,3±0,1O₁₆. Показано, что введение различных трехвалентных металлов в солевые композиции, используемые для получения Mn-содержащего порошкообразного полититаната калия (ППТ-Mn/R³⁺), позволяет получать однофазную керамику на основе полученных продуктов методом спекания. Полученные керамические материалы характеризуются колоссальной диэлектрической проницаемостью на низких частотах и проводимостью на переменном токе, варьирующейся в широком диапазоне значений в зависимости от типа R³⁺. Рассмотрен механизм релаксационных процессов, происходящих в полученных керамических материалах, и перспективы их применения. Керамика на основе полупродуктов ППТ-Mn/Cr характеризуется относительно высокими значениями электропроводности (10^–7,5 См/см) и диэлектрической проницаемости (10⁸ при 10^–2 Гц) и может быть использована в производстве BLC-электродных материалов, тогда как керамика, полученная с использованием интермедиата ППТ-Mn/Fe и характеризующаяся относительно низкой электропроводностью (10^–9,2 См/см) и высокой диэлектрической проницаемостью (10^7,3 при 10^–2 Гц) может быть использована в качестве диэлектрического материала при производстве керамических конденсаторов.

В статье разработан графенсодержащий сорбционный материал на основе активированного рапсового биоугля, определены физико-химические свойства сорбента и особенности его морфологического строения. Установлено, что нанокомпозит имеет аморфные характеристики с графеноподобной структурой. Морфологический анализ подтвердил образование внутреннего углеродного каркаса и внешней трехмерной многослойной графеновой структуры, которая превосходно подходит для массопереноса между загрязнителями и поверхностью адсорбента. Также целью исследований являлось определение важных параметров сорбции органических соединений – синтетических красителей конго красного (КК) и малахитового зеленого (МЗ), на разработанном материале из водных растворов в ограниченном объеме. Согласно кинетическим исследованиям, экспериментальная сорбционная емкость материала по МЗ составила 1860 мг/г (время сорбции 60 мин) и 642 мг/г по КК (время сорбции 15 мин). Теоретическая максимальная адсорбционная емкость сорбента, рассчитанная по модели Ленгмюра, достигла значений 769,23 мг/г по КК и 3333,33 мг/г по МЗ. Обнаружено, что извлечение молекул красителей контролируется реакцией второго порядка согласно модели псевдо-второго порядка и проходит преимущественно по смешанно-диффузионному механизму. Энергия активации имеет значение 0,01 кДж/моль по молекулам КК и 0,02 кДж/моль для МЗ, что подтверждает физический механизм поглощения красителей. В целом, в работе показана высокая эффективность адсорбции органических красителей на графенсодержащем сорбционном материале на основе активированного рапсового биоугля, что позволяет говорить о целесообразности его практического применения при очистке сточных вод.

Рассмотрены в неоднородных поверхностных наноструктурах топологического класса на твердом теле вопросы управления функциональными характеристиками, в частности, электронными транспортными свойствами для задач повышения электропроводимости и управления ее режимами в металлоуглеродных композитах кластерного типа. В аспекте общих положений физики твердого тела, в частности, для гранулированных металлов, речь идет о структурных мелкокристаллических дефектах, в данном случае – наномасштабных. В условиях внедрения нанотрубок в непроводящую матрицу как присадки с оптимальной концентрацией, или наоборот – атомов металлов (обычно – благородных) в систему из нанотрубок проведено моделирование формирования подобных систем с нанокластерными структурами в аспекте цифрового материаловедения с демонстрацией ряда экспериментальных результатов. Рассмотрена двухэтапная схема с лазерной абляцией различных мишеней, в том числе, и через первый этап получения наночастиц и нанокластеров с достаточно большим числом атомов в коллоидных системах в определенных жидкостях. На втором этапе реализуется последующее их осаждение на твердотельную, как правило, – диэлектрическую, поверхность – с получением матрицы требуемой геометрии с заданной топологией нанокластеров. Исследуемые эффекты и возможность управления ими лазерными методами имеют большую перспективу при разработке элементов и систем микро- наноэлектроники на новых физических принципах. Обсуждаются тренды и тенденции в синтезе высокотемпературных состояний в сверхпроводимости в топологических структурах разного класса.