+38 (0562) 47 - 46 - 70 , Приймальна комісія: тел: +38 (0562) 47 - 34 - 49 udhtu@udhtu.edu.ua
Обрати сторінку

НАУКОВІ РОЗРОБКИ

У 2016 році завершено виконання 2 фундаментальних НДР:

  • «Закономірності фазоутворення металів при електрокристалізації у водних розчинах в умовах зовнішнього силового впливу» (номер державної реєстрації 0114U002489).
    Керівник НДР: Гірін Олег Борисович, д-р техн. наук, проф., зав. каф. матеріалознавства.

Мета: експериментально перевірити достовірність виявленого авторами НДР явища фазоутворення металів при електрокристалізації через стадію рідкого стану, для чого установити закономірності фазоутворення металів при електрокристалізації в умовах зовнішнього силового впливу паралельно, перпендикулярно та під кутом до фронту кристалізації.

При проведені НДР були виконані дослідження із застосуванням раніше розробленої авторами відцентрової установки та електрохімічних комірок, які забезпечували процес електрокристалізації металів в умовах незначного силового впливу, що відповідав напрузі менше відсотка від межі текучості металу. Такі умови одержання електроосаджуваних металів забезпечували можливість виявити структурні особливості, характерні для затвердіння рідкої металевої фази. В результаті вперше встановлено:

  • ефект хвилеподібного плину поверхневих шарів електроосаджуваних металів під дією зовнішньої сили, спрямованої паралельно фронту кристалізації, з вигинанням хвиль механічними перепонами та виникненням піни на гребенях хвиль;

  • ефект формування анізотропної конфігурації осадів електроосаджуваних металів зі згладжуванням морфології та зменшенням шорсткості їх поверхні під впливом зовнішньої сили, спрямованої паралельно фронту кристалізації;

  • ефект подрібнення внутрікристалічної структури і морфології поверхні металів, електроосаджуваних в умовах незначного зовнішнього силового впливу перпендикулярно фронту кристалізації;

  • ефект збільшення густини дислокацій в електроосаджуваних металах при впливі зовнішньої сили незначної величини, спрямованої перпендикулярно фронту кристалізації;

  • ефект пластичного деформування поверхневих шарів електроосаджуваних металів затверділими частинками, що переміщуються під дією незначної зовнішньої сили, спрямованої під кутом до фронту кристалізації;

  • ефект виникнення в шарах електроосаджуваних металів, прилеглих до катоду, сферолітів і пентагональних квазікристалів, характерних для металів, що одержані при надшвидкому затвердінні сильно переохолодженої рідкої металевої фази.

Одержані результати доводять існування явища фазоутворення електроосаджуваних металів через стадію переохолодженого рідкого стану. Результати роботи вносять докорінні зміни в існуючі уявлення щодо формування фаз і структури металів при їх електрокристалізації і визначають нові напрямки одержання електропокриттів з поліпшеними хіміко-механічними властивостями. Розробка напрямів практичного використання цього явища в енергетиці (при виробництві хімічних джерел струму), металургії (при виробництві лудженої жерсті) та ракетно-космічній техніці (при нанесенні на спеціальні вироби покриттів з поліпшеною міцністю та корозійною стійкістю) сприятимуть укріпленню національної безпеки та обороноздатності країни.

  • «Координаційні сполуки Re(I,III) та Zr(IV) як основа для синтезу нових біологічно активних речовин та функціональних матеріалів» (номер державної реєстрації 0114U002488).
    Керівник НДР: Штеменко Олександр Васильович, д-р хім. наук, проф., зав. каф. неорганічної хімії.

Мета: синтез нових комплексних сполук та оксидних систем на основі Re(I,III) та Zr(IV), як біоактивних та нанорозмірних функціональних матеріалів, дослідження їх властивостей, механізму біологічної дії та форм існування у розчинах та живих організмах.

У результаті виконання НДР були отримані нові знання з хімії комплексних сполук та оксидних систем на основі Re(I,III) та Zr(IV), що дозволяє зрозуміти механізм біологічної дії (зокрема антиракової) одержаних сполук та прогнозувати речовини з найефективнішою біоактивністю.

Підтверджена гіпотеза про те, що антиракова, антиоксидантна, цитостабілізуюча, гепатопротекторна, імуномодулююча та інші види біологічної активності, наявність яких уже доведена для біядерних кластерних сполук Re(ІІІ), є результатом можливості низькоенергетичного електронного переходу у почверному зв’язку Re-Re або захвату компонентою зв’язку електрона. Крім того, доведено, що цілеспрямована дія на клітину забезпечується шляхом ковалентної взаємодії з біологічними макромолекулами (білки, ДНК та ін.), їх складовими частинами (амінокислотами, нуклеїновими основами, нуклеотидами, нуклеозидами) та плазмідами.

Встановлений механізм антирадикальної дії комплексних сполук ренію(ІІІ) полягає у переході одного електрону зі штучного модельного радикалу на почверний зв’язок реній-реній комплексних сполук диренію(ІІІ). Механізм був досліджений на прикладі системи: стабільний трифенілвердазильний радикал та високореакційна сполука диренію(ІІІ) у розчині. Цей механізм має перевагу у тому, що комплексні сполуки ренію(ІІІ), на відміну від відомих аналогів, здатні каталізувати розклад вільних радикалів, виступаючи як антирадикальні агенти багатократної дії.

На основі детальних досліджень люмінесцентних властивостей доведено, що координаційні сполуки на основі карбонілів ренію(I) можуть слугувати біологічними маркерами та мітками для флуоресцентної візуалізації клітин, у тому числі для діагностування онкологічних захворювань та відстеження розподілу фармацевтичних препаратів у живому організмі. Розроблена концепція цілеспрямованого введення флуоресцентних міток на основі трикарбонільних комплексів ренію(I) до біомолекул полягає у синтезі люмінофору, що має вільну карбоксильну групу та приєднанні до нього пептиду, що буде виконувати транспортну роль. Приєднання здійснюється шляхом пептидного синтезу за рахунок утворення амідного зв’язку між карбоксильною групою ліганду та аміногрупою пептиду.

Деякі з одержаних координаційних сполук Zr(IV) можуть бути використані для отримання матеріалів медичного призначення (штучні кістки, зубні протези, медичний інструментарій). Також встановлена технологічна ефективність метансульфонатних прекурсорів для виготовлення тонкоплівкових твердих електролітів для паливних комірок типу «Fuel Sell».

У 2016 році завершено виконання 2 прикладних НДР:

  • «Розробка резервних літієвих батарей працездатних при температурі до мінус 25С з терміном зберігання 15 років»(номер державної реєстрації 0115U003164).
    Керівник НДР: Шембель Олена Мойсеївна, д-р хім. наук, проф., зав. НДЛ хімічних джерел струму (ХДС).

Мета роботи: дослідження матеріалів та розробка високоенергоємного резервного джерела струму, яке поєднує переваги первинного ХДС і акумулятора. Первинне літієве джерело струму на відміну від акумулятора має в декілька разів вищі енергетичні характеристики і низький саморозряд, що дає можливість негайно отримати необхідну енергію після довготривалого зберігання. В той же час принциповим для розробки ХДС є можливість циклування після активації, в результаті чого ефективність ХДС суттєво зростає.

В ході виконання НДР були розроблені: рекомендації щодо складу композитної маси позитивного електроду; лабораторна технологія виготовлення катода; рекомендації щодо складу неводного електроліту; методика виготовлення експериментальних зразків резервних літієвих джерел струму; методика експрес-випробувань джерел струму, що моделює їх тривале зберігання. Були виготовлені експериментальні зразки резервних літієвих джерел струму циліндричної конфігурації (діаметр 6,3 мм, висота 55 мм).

Запропоновано ефективний шлях підвищення питомої енергії мініатюрних резервних джерел струму за рахунок втілення двошарової структури корпусу. Відомо, що зменшення об’єму джерел струму призводить до збільшення питомої вагової та об’ємної частки корпусу в конструкції. Це зменшує питомі енергетичні характеристики джерел струму. Втілення розробленої інноваційний структури корпусу джерела струму в інші конструкції та габарити розроблених джерел струму дозволить підвищити їх енергетичні характеристики в порівнянні з існуючими джерелами струму та створить додатковий економічний ефект. Також інноваційним є шлях підвищення питомої енергії розроблених резервних елементів на 30 % методом активації за рахунок заряду після першого розряду, що неможливо для комерційних аналогів елементів. Після активації розрядна ємність зберігається не змінною протягом тривалого часу зберігання. Активація дає можливість регенерувати резервне джерело живлення 3-4 рази після використання в обладнанні, що підвищує ресурс служби джерел струму та їх конкурентоспроможність. вагова питома енергія розробленого резервного джерела струму після активації зарядом становить 340 Вт·год/кг, що приблизно на 30 % вище, ніж для аналогічного джерела струму Li-FeS2серії Ultinate lithium від компанії Energizer в габаритах АА (250 Вт·год/кг), та перевищує на 41 % питому енергію ХДС в габаритах ААА (200 Вт·год/кг).

Розроблені зразки літієвих джерел струму були представлені на Міжнародній спеціалізованій виставці « Зброя та безпека» (м. Київ).

Приватне акціонерне товариство “Науково-виробничий комплекс “Курс” та Державне підприємство «Укроборонсервіс» запропонували розглянути можливість розробки та виготовлення резервних хімічних елементів живлення довготривалого зберігання за вказаними параметрами з терміном зберігання 15 років. Ці підприємства також зацікавлені в технічній пропозиції із зазначенням виробничих потужностей на території України для виготовлення розроблених джерел струму.

У 2016 році на державне замовлення почав виконуватись договір «Розроблення технології виготовлення високоенергоємних літієвих джерел струму з полімерним електролітом».

  • «Фізико-хімічні основи переробки титано- та молібденовмісної сировини в технологіях оксидних пігментів та каталізаторів» (номер державної реєстрації 0115U003163).
    Керівник НДР: Ніколенко Микола Васильович, д-р хім. наук, проф., зав. каф. аналітичної хімії та технології харчових добавок та косметичних засобів (АХ та ХТХД і КЗ).

Мета: встановити фізико-хімічні закономірності процесів переробки титано- та молібденовмісної сировини та визначити умови їх інтенсифікації з метою удосконалення технологій оксидних пігментів та каталізаторів.

У результаті виконання НДР одержані прикладні наукові результати:

  • експериментально доказано, що в процесі подрібнення фазовий склад ільменітового концентрату якісно і кількісно змінюється. Зміна фазового складу пояснюється окисненням ільменіту і розкладанням метастабільної фази Fe2Ti3O9 з утворенням фаз Fe2TiO5 і TiO2;

  • експериментально доказано, що процес сульфатизації зміненого ільменіту слід розглядати як двостадійний. Визначені основні фактори оптимізації процесу сульфатизації ільменіту: розмір часток рудної сировини та температура реакційного середовища за умови використання 85%-них розчинів сульфатної кислоти;

  • встановлено, що між спостережуваними константами швидкості хімічного розчинення зміненого ільменіту і концентраціями розчинів сульфатної кислоти спостерігається лінійна залежність тільки до концентрації 85%. Подальше підвищення концентрації кислоти призводить до швидкого зменшення ступеня вилуговування титану. Показано, що така «аномальна» закономірність добре пояснюється тим, що негідратовані молекули сульфатної кислоти не приймають участь у процесі вилуговування;

  • термодинамічний аналіз системи Fe2O3/Fe2(MoО4)3/MoО3/Na2CO3 в інтервалі температур 473-1273 К показав, що в конденсованому стані перебувають тільки Fe2(MoО4)3, MoО3 і Na2CO3. На відміну від MoО3, вміст Na2CO3 і Fe2(MoО4)3 у всьому вивченому діапазоні температур не змінюється, що свідчить про неможливість розкладання ферум молибдату способом спікання з кальцинованою содою;

  • вперше одержано рівняння для швидкості гетерогенного процесу у внутрішньодифузійному режимі, в якому концентрація реагенту пов’язана функціональною залежністю зі ступенем перетворення цільового продукту. Згідно встановлених закономірностей, в якості основних факторів оптимізуючого впливу процесу вилуговування молібдену слід розглядати розмір частинок каталізатора і концентрацію вилуговуючих розчинів;

  • виконано термодинамічний і кінетичний аналіз процесів кислотного та лужного вилучення молібдену з відпрацьованого залізо-молібденового каталізатора конверсії метанолу. Встановлено, що швидкість процесу розкладання ферум молібдату розчинами реагентів з рівними концентраціями змінюється в ряді: NaOH > Na2CO3 > H2SO4 > NH4OH;

  • вперше доведено, що кислотний спосіб переробки залізо-молібденового каталізатора не є доцільним, тому що розділення солей феруму і молібдену не досягається. Порівняльний аналіз ефективності вилуговування різними реагентами показав, що найкращим для вилуговування молібдену є концентрований розчин аміаку. Встановлено, що аміачний спосіб комплексної переробки відпрацьованого каталізатора забезпечує вилучення молібдену на рівні 90–95%.

Серед потенційних замовників ТОВ «ТИТАНПРОЕКТ» (Акт-випробувань способу переробки відпрацьованого оксидного залізо-молібденового каталізатора від 17.02.2016 р.).

У 2015 році завершено виконання 2 прикладних НДР:

  • «Наукові основи технології нових скломатеріалів та склопокриттів антикорозійного та електротехнічного призначення» (номер державної реєстрації 0114U002486).
    Керівник НДР: Голеус Віктор Іванович, д-р техн. наук, проф., зав. каф. хімічної технології кераміки та скла.

Мета: створити наукові основи розробки хімічного складу та встановити основні технологічні параметри виготовлення  нових скловидних (аморфних) матеріалів та склопокриттів в оксидних системах Si-V-Ti-O-H, PbO-B2O3-SiO2, Na2O-MeO-Al2O3-TiO2-ZrO2-B2O3-SiO2, MgO-CaO-BaO-Al2O3-B2O3-SiO2, які відрізнятимуться спеціальними хімічними, оптичними та електрофізичними властивостями та які є  перспективними для використання в різних галузях науки та сучасної техніки.

В результаті виконання НДР:

  • покращено технологію виробництва високодисперсного силіцію (IV) оксиду, модифікованого органічними сполуками, оксидами титану та ванадію. З використанням отриманих закономірностей створено дослідну установку одержання модифікованого силіцію (IV) оксиду та запропоновані методи модифікації силіцію (IV) оксиду;

  • створені нові методи прогнозного розрахунку властивостей стекол одержаних в оксидних системах PbO-B2O3-SiO2, Na2O-MeO-Al2O3-TiO2-ZrO2-B2O3-SiO2, MgO-CaO-BaO-Al2O3-B2O3-SiO2 в залежності від кількісного вмісту в їх складі компонентів. Аналогів розрахункових методів, які одержані в даній роботі, у вітчизняній та закордонній науково-технічній літературі не виявлено. На основі зазначених методів створена комп’ютерна  програма розрахунку властивостей боросилікатних стекол в залежності від їх хімічного складу та температури;

  • визначені оптимальні хімічні склади та основні технологічні параметри виготовлення хімічностійких покриттів для сталевих труб гарячого водопостачання, які можуть використовуватись у виробництві емальованих виробів та запропоновано технологічну інструкцію на одержання емалевих стекол для їх виготовлення;

  • встановлені закономірності зміни властивостей легкоплавких стекол в системі PbO-B2O3-ZnO-SiO2  від їх хімічного складу. Одержані добавки, що регулюють властивості (ТКЛР та ТПР) зазначених стекол. На основі вказаних стекол розроблені склади легкоплавких склокомпозиційних спаїв, які можуть бути успішно використані при виробництві погоджених герметичних метало-скляних вузлів для галузей електроніки та приладобудування;

  • визначені оптимальні хімічні склади та основні технологічні параметри виготовлення за порошково-випалювальною технологією електроізоляційних покриттів на алюмінії, які можуть використовуватись у виробництві емальованих виробів та запропоновано технологічну інструкцію на їх одержання.

Отримані в результаті виконання НДР нові аморфні та скловидні матеріали пройшли успішні виробничі випробування на ТОВ «АТЕМ ПЛЮС» у якості каталізатору; на ТОВ «АГРОМАТ ДЕКОР» у якості електроізоляційного покриття низькотемпературного плівкового нагрівача світлодіодних панелей; на ПАТ «Емальхімпром» у якості безґрунтових склоемалевих покриттів для внутрішньої поверхні труб гарячого водопостачання. Також результати НДР запропоновані до використання на підприємствах хімічної промисловості, а саме ООО «КВІРІН» (м. Київ), ВАТ  «Новомосковський посуд» (м. Новомосковськ, Дніпропетровської обл.), ТПК «ПРИМЭКС» (м. Запоріжжя), ВК «Сантехмонтаж» (м. Дніпро), НВП «Стеліт» (м. Львів)  та інших підприємствах.

  • «Одержання нанорозмірних неорганічних сполук з водних розчинів під дією контактної нерівноважної низькотемпературної плазми» (номер державної реєстрації 0114U002487).
    Керівник НДР: Півоваров Олександр Андрійович, д-р техн. наук, проф., зав. каф. технології неорганічних речовин та екології, зав. НДЛ плазмохімічних процесів.

Мета: розробка нових високоефективних плазмохімічних технологій, спрямованих на отримання нанорозмірних неорганічних сполук з водних розчинів.

У процесі виконання науково-дослідної роботи:

  • розроблено та відпрацьовано рекомендації щодо одержання нанорозмірних неорганічних сполук з водних розчинів солей металів під дією контактної нерівноважної низькотемпературної плазми (КНП). Встановлено технологічні режими плазмохімічного процесу, які забезпечують отримання продуктів з визначеними фізико-хімічними властивостями, необхідними для їх подальшого застосування в різних галузях;

  • розроблено технологію отримання нанодисперсних колоїдних розчинів під дією контактної нерівноважної низькотемпературної плазми. Визначено технологічні параметри, що забезпечують для синтезу високі показники рентабельності. За допомогою квантово-хімічних розрахунків підібрано та експериментально досліджено речовини для стабілізації колоїдних розчинів, виготовлених на основі води, підданої дії КНП;

  • розроблено технологію одержання нанорозмірних неорганічних сполук заліза, алюмінію та інших металів з водних розчинів під дією контактної нерівноважної низькотемпературної плазми. Встановлено технологічно доцільні параметри синтезу під дією КНП та наведено фізико-хімічні характеристики отриманих неорганічних сполук. Синтез сполук за розробленою технологією дозволяє одержувати частки заданого розміру та форми;

  • розроблено математичну модель процесу одержання наночасток в розчині під дією контактної нерівноважної низькотемпературної плазми;

  • розроблено рекомендації, щодо подальшого використання та впровадження нанорозмірних неорганічних сполук, одержаних плазмохімічним способом. Рекомендації розроблені з врахуванням визначених фізико-хімічних властивостей неорганічних сполук.

Запропоновані рекомендації дозволяють в результаті плазмохімічної обробки отримати колоїдні розчини та неорганічні сполуки, з поліпшеними фізико-хімічними властивостями, використання яких для модифікації існуючих матеріалів, на різних стадіях технологічних процесів підприємств хімічної, текстильної та лакофарбової галузей забезпечує надання вже відомим матеріалам нових властивостей що, як наслідок, сприятиме зростанню конкурентоспроможності продукції на 20-50%.

Застосування технології отримання нанодисперсних колоїдних розчинів під дією КНП дозволяє підвищити ефективність отримання дорогоцінних металів та металів із змінною валентністю на 35-40 % при зменшенні тривалості процесу одержання в 2-3 рази та кількості реагентних складових процесу в 2 рази. Це сприятиме зниженню собівартості виробництва матеріалів на основі колоїдних розчинів на 40-63%. Технологія може бути використана у хімічній та медичній промисловості.

Застосування розробленої технології дозволяє отримувати сполуки заліза, алюмінію та інших металів з водних розчинів плазмохімічним способом за малостадійною технологією, що дозволяє зменшити тривалість процесу в 2-3 рази. Це сприятиме зниженню собівартості виробництва продукції на основі одержаних сполук на 30,0-38,5%. Технологія може бути використана в паливній та лакофарбовій промисловості.

Застосування математичної моделі дозволить контролювати компонентний склад та фізико-хімічні характеристики сполук. Це сприятиме зниженню кількості продукції низької якості і собівартості виробництва нанорозмірних сполук у 1,5-2 рази.

У 2014 році закінчились 4 фундаментальні науково-дослідні роботи:

  • «Засади нової методології визначення функціональної дії нанокомпонентів у полімерних композиціях на основі геометричної фазової морфології» (номер держреєстрації 0112U002063).
    Керівник: Бурмістр Михайло Васильович, академік АІН України, заслужений діяч науки і техніки України, д-р хім. н., проф., зав. каф. переробки пластмас та фото-, нано- і поліграфічних матеріалів.

Мета – розробка методів синтезу, вивчення та оптимізація властивостей функціональних елементоорганічних і іоногенних високомолекулярних сполук та полімерних матеріалів на їх основі; створення методів регулювання фізико-механічних, пружно-гістерезних, адгезійних та інших експлуатаційних  властивостей еластомерних матеріалів із застосуванням речовин природного та синтетичного походження; розробка органо-неорганічних наноструктурованих матеріалів на основі термопластів і ланцюжкових силікатів та композитів з підвищеним комплексом технологічних, фізико-механічних та теплофізичних характеристик.

При виконанні НДР вперше синтезовані нові титанборвмісні алкоксипохідні які були використані для модифікації полімерів і нанокомпозитних матеріалів на їх основі з підвищеним комплексом експлуатаційних властивостей: поліуретанових захисних покрить, полівінілхлоридних композицій для виготовлення кабельно-провідникової продукції, базальтопластиків, а також для гідрофобізації целюлозовмісних матеріалів. 
У роботі були розроблені методи синтезу нових сульфокислотних полімерних матриць та нанокомпозитів, що характеризуються статичною обмінною ємністю до 3,6 мг-екв/г та стійкістю до дії термоокисної деструкції (до 180°С). Наповнювач, що вводиться для збільшення ефективної поверхні нанокомпозиту, розподіляється у полімерній матриці матеріалу виключно у вигляді нанорозмірних включень розміром від 6 до 300 нм. Слід відмітити, що у порівнянні з відомими закордонними та вітчизняними аналогами (типу Amberlite IRA-120 /Великобританія/ та КУ-2-8 і КСМ-2 /Україна/ зі статичною обмінною ємністю 5,6 мг-екв/г, 4,8 та 4,0 мг-екв/г, відповідно), розроблені катіоніти отримують по екологічно чистій і безвідходній технології, а за своєю каталітичною активністю в реакціях естерифікації/переестерифікації вони значно перевищують відомі аналоги.

На підставі дослідження структури та комплексу властивостей еластомерів розроблено практично значимі рецептури еластомерних композиційних матеріалів для виготовлення шин, конвеєрних стрічок, формових гумовотехнічних виробів та матеріалів адгезійного призначення.
За результатами розробки нових композитів на основі модифікованого поліпропілену та модифікованих аліфатичними похідними поліамідів феноло-формальдегідних матриць з високими міцносними властивостями та розробки основ армування їх дискретним волокнистим базальтовим та комбінованими (базальтовим, органічним і вуглецевим) армуючими наповнювачами отримані конструкційні та антифрикційні полімерні композиційні матеріали, властивості яких перевищують властивості відомих композитів. Інтенсивність масового зносу розроблених композитів зменшується у 3,6-12 разів, а коефіцієнт тертя знижується у 1,5-2 рази. Механічні властивості та теплофізичні характеристики полімерних композиційних матеріалів на основі модифікованого поліпропілену підвищуються на 25-40%.