Высококачественные отечественные пигменты трех востребованных цветов получены в ТНЦ СО РАН
Ученые Томского научного центра СО РАН разработали технологию получения тонкодисперсных неорганических пигментов трех цветов – синего, зеленого и хаки. Пигменты на основе триады железа, полученные методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС), не токсичны, обладают высокой стойкостью, а весь процесс их получения занимает считанные минуты и не требует применения дорогостоящего оборудования. Результаты исследования опубликованы в журнале первого квартиля Ceramics International .
– Одним из преимуществ нового метода является возможность исключить из производственного процесса весьма трудоемкую стадию измельчения, необходимую для получения частиц нужного размера. В обычных условиях это может занять длительное время, ведь пигменты шпинельного типа имеют твердость немногим меньше твердости алмаза. Нам же удалось добиться получения частиц нужного размера благодаря использованию специальных газифицирующих добавок, помогающих предотвратить спекание и рост кристаллов, – объясняет старший научный сотрудник лаборатории гетерогенных металлических систем ТНЦ СО РАН Нина Радишевская.
Сам процесс получения пигментов можно кратко описать следующим образом: очень горячо и очень быстро! Синтез протекает при температурах от 1200 до 1600 °С и длится не больше минуты, не требуя при этом большого расхода электроэнергии. Как пояснил младший научный сотрудник лаборатории Олег Львов, в специальный стакан насыпается исходная смесь (шихта), в ее состав входят алюминий, выполняющий роль горючего, и оксиды кобальта, цинка, никеля, железа или хрома, а также газифицирующая добавка – гидроксид алюминия. Ответственными за осуществление СВС в режиме послойного горения являются две параллельные экзотермические реакции – окисление алюминия и алюмотермическая реакция. Они выделяют тепло, нагревая исходную смесь до температур, необходимых для синтеза шпинелей.
Структура гидроксида алюминия в исходной смеси при нагревании быстро разрушается, что приводит к образованию газообразных продуктов реакции, которые препятствуют спеканию шпинелей, образующихся в процессе синтеза. Активный оксид алюминия, получившийся в результате термического разложения гидрооксида алюминия, вступает в реакцию с оксидами переходных металлов, образуя пигменты с размером частиц приблизительно 1-5 микрометра. Ученые изучили их структуру с помощью рентгеноструктурного анализа, ИК-спектроскопии, а микроструктуру проверили, применив оптический и сканирующий электронный микроскопы.
Неорганические пигменты широко применяются в составе надглазурных и подглазурных красок для керамических, фаянсовых, фарфоровых изделий, в лакокрасочных материалах, отделочных и строительных смесях, в порошковых красках для окрашивания металла, в составе цветных наполнителей полимеров для 3D-печати. Отечественные пигменты, разработанные в ТНЦ СО РАН, обладают высоко химической, атмосферной и температурной стойкостью, технология их создания экологически безопасная, энергоэффективная и ориентирована на местное сырье.
На фото старший научный сотрудник ТНЦ СО РАН Нина Радишевская и младший научный сотрудник Олег Львов
От лабораторного прототипа к промышленному производству
В ТНЦ СО РАН создали прототип электролизного генератора водорода повышенной эффективности
В собранном в Томском научном центре СО РАН водородном генераторе использованы электроды из пористого интерметаллидного сплава на основе алюминидов никеля, полученного методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС). Такие электроды отличаются не только повышенной коррозионной стойкостью, но и большей эффективностью.
– Применение электролизных генераторов водорода имеет целый ряд преимуществ. Прежде всего, это возможность преобразовывать электрическую энергию в газ, который можно хранить в сжатом виде в специальных баллонах. Большой интерес представляет их использование там, где уже внедрены возобновляемые источники энергии – солнечные батареи и ветрогенераторы, – рассказывает младший научный сотрудник лаборатории перспективных технологий ТНЦ СО РАН Всеволод Петров.
Принцип действия устройства объяснил инженер-исследователь Марк Гребнев: водород выделяется в ходе электролиза водного раствора гидроксида натрия, т.е. едкой щелочи, который поступает в специальную камеру, снабженную электродами и разделенную посередине мембраной. Обычно в подобных устройствах используются никелевые диски для электродов. Однако томские ученые предположили, что эффективность выхода водорода может быть выше, если диски будут выполнены из пористого интерметаллидного сплава на основе алюминидов никеля, полученного в результате теплового взрыва методом СВС.
Уже сейчас с помощью небольшого лабораторного прототипа можно получить около 11 литров водорода в час. В ближайшее время ученым предстоит решить ряд инженерных и исследовательских задач, в частности, создать систему для хранения полученного водорода и установить условия, при которых можно добиться его максимального выхода. Исследования проводятся в сотрудничестве с профессором Миланского политехнического университета Массимилиано Бестетти.