Search

This work is dedicated to the study of transport properties of solid-state nanopores. Nanopores with a diameter of 35-40 nm formed in a thin "free-standing" silicon nitride membrane of 300 nm thick. An experimental setup has been developed to study the transport characteristics of a single nanopores. Based on the results of electrical measurements, the pore conductivity was calculated for concentrations of KCl electrolyte in the range of 10^(-4) - 1 M. An increase of nanopore conductivity was observed with an increase of the electrolyte concentration above 10^(-)2 M. This dependence can be explained by the electrical double layer overlapping that leads to appearance of a charged region inside the nanopore., Данная работа посвящена изучению транспортных свойств твердотельных нанопор. Нанопоры диаметром 35-40 нм были сформированы в тонкой "свободно стоящей" мембране из нитрида кремния толщиной 300 нм. Была разработана экспериментальная установка для изучения транспортных характеристик одиночных нанопор. На основании результатов электрических измерений была рассчитана проводимость нанопор для концентраций электролита KCl в диапазоне 10^(-4) – 1 М. Увеличение проводимости нанопор наблюдается при увеличении концентрации электролита выше 10^(-2) М. Эта зависимость может быть объяснена перекрытием двойного электрического слоя, что приводит к появлению заряженной области внутри нанопор.

Изучаются селективные свойства углеродной нанопоры по отношению к сепарации метан-гелиевых смесей. После построения модели нанопоры, выбирается энергия взаимодействия наночастицы структуры с движущейся молекулой. Проницаемость полученного фильтрующего элемента определяется методом молекулярной баллистики. Математическое моделирование описанной задачи демонстрирует хорошие селективные свойства углеродной нанопоры в отношении разделения метан-гелиевой смеси. По результатам расчетов выбраны оптимальные характеристики нанопоры, обеспечивающие наивысшую степень разделения рассматриваемых газов.

В данной работе рассмотрены основные пути получения и использования функциональных материалов на основе пористых стекол. Рассмотрены новые применения таких стекол для твердотельных аккумуляторов и оптической памяти.

The near infrared transmission spectra of nanoporous SiO2/Al2O3 xerogel have been recorded for the first time in the process of filling of nanopores with ammonia and acetone molecules. It has been found that the physical adsorption of these gases results in a reversible increase in the translucence of xerogel samples at the frequencies of vibrational bands of surface OH groups.

The absorption spectra of CO and CO2 confined in nanopores of SiO2/Al2O3 xerogel have been measured using a Bruker IFS-125 HR Fourier spectrometer. Dependences of the half-width values on rotational quantum numbers and the line shift mean values are studied and compared with the data available in literature. Possible causes which can affect the rotational dependences are discussed.

Впервые зарегистрированы спектры поглощения молекул CO, находящихся в нанопорах гибридного SiO2/Al2O3-ксерогеля. Определены значения полуширин спектральных линий CO, проанализирована их зависимость от вращательного квантового числа J, проведено сопоставление полученных результатов с данными, имеющимися в литературе.

Впервые зарегистрированы спектры поглощения молекул CO, находящихся в нанопорах гибридного SiO2/Al2O3-ксерогеля. Определены значения полуширин спектральных линий CO, проанализирована их зависимость от вращательного квантового числа J, проведено сопоставление полученных результатов с данными, имеющимися в литературе.

This paper investigates the ability of a test molecule to overcome the energy barrier being in the gap between spherical nanoparticles. Three particles make a primitive structural element of composite porous material. The ability of molecules to converge with nanoparticles and then to move through more powerful repulsion field defines the filtration properties of porous materials. This paper presents the investigation of carbon nanoparticles and molecules of helium and methane bombarding them. Calculations proved that methane molecules can not get through three particles if the gap equals to 3.5 nm. For helium molecules this value makes 1.02 nm. These gaps remain the same when the size of nanoparticles increases. Therefore filters for helium separated from natural gas are to have nanopores within the range from 1.02 nm to 3.5 nm.

The dynamic of the D2О in silica airgel absorption spectra in 4000…6000 cm-1 were recorded using Fourier Transform spectrometer FS-125M at room temperature and pressure of 23.4 mbar with spectral resolution of 0.03 cm-1. It is shown that the D2O dimers to make a significant contribution into absorption when nanopores filled with gas molecules is small. Is present a detailed description of techniques for processing the primary experimental data.

The sizes of aerogel nanopores from the measured broadening of rotational-vibrational CO lines caused by collisions with nanopore walls have been determined. It has been shown that the sizes of nanopores with a diameter of 15–25 nm can be reliably assessed from the half-widths of spectral lines measured on a high-resolution Fourier spectrometer and agree well with the experimental data found from the low-temperature adsorption of nitrogen.

На основе молекулярно-динамического моделирования исследована система «нанопористый материал молекулярный водород». Спецификой исследуемой системы является то, что длина свободного пробега молекул больше, чем характерный размер нанопор. Взаимодействие между молекулами водорода описывалось адаптивным межмолекулярным потенциалом, разработанным для описания углеводородных систем. Рассчитаны радиальные распределения плотности газа и скоростей молекул в нанопорах различного размера. Изучено влияние характера взаимодействия стенок нанопор с молекулярным водородом на кинетические свойства газа и адсорбционные свойства нанопористого материала., The nanoporous material molecular hydrogen system is studied by molecular dynamics simulation. This system is peculiar in that the free path of molecules is larger than the characteristic size of nanopores. Interaction between hydrogen molecules is described by the adaptive intermolecular potential developed for the description of hydrocarbon systems. Radial distributions of gas density and molecule velocity in nanopores of different size are calculated. The influence of the nanopore wall molecular hydrogen interaction on the kinetic properties of gas and adsorption properties of a nanoporous material is studied.

При исследовании динамики адсорбции-десорбции паров тяжелой воды в нанопорах SiO2 аэрогеля с порами диаметром 50 нм на фурье-спектрометре высокого разрешения обнаружено поглощение димерами D2O. Показано, что отличие спектра поглощения тяжелой воды в аэрогеле от жидкой D2O обусловлено наличием дополнительных поглощающих структур: димеров и пристеночной воды.

A series of alkali and alkaline-earth metal ion complexes with the tetraoxa[8]circulene sheet which possess single- and double-decker structure has been designed and studied by the DFT computational method. Bader's topological analysis of the electron density distribution function has been also performed for the studied complexes with the aim to determine their peculiar electronic features. The obtained computational results indicate the definite selectivity in respect to complexation of the s-block metal ions with the tetraoxa[8]circulene-formed nanopores of various sizes. The coordination bonds of the s-block metal centers with the neighbouring oxygen atoms in the studied complexes possess predominantly ionic nature and can be interpreted as low-covalence closed-shell interactions. The total complexation energy for the studied systems has been estimated to be in a wide range of 9–60 kcal mol−1 which indicates their different stability depending on the nanopore size and metal ion radii. For these reasons the synthesis of the tetraoxa[8]circulene sheets is an important task because of their potential applications as biomimetic-type nanopores representing synthetic ionic channels.

При исследовании динамики адсорбции-десорбции паров тяжелой воды в нанопорах SiO2 аэрогеля с порами диаметром 50 нм на фурье-спектрометре высокого разрешения обнаружено поглощение димерами D2O. Показано, что отличие спектра поглощения тяжелой воды в аэрогеле от жидкой D2O обусловлено наличием дополнительных поглощающих структур: димеров и пристеночной воды.

На сегодняшний день серьезной экологической проблемой является повсеместное появление масел в почве, промышленных сточных и грунтовых вод. Удаления масляных загрязнений из сточных вод представляет собой проблему, особенно когда они присутствуют в низких концентрациях. Данное исследование направлено на оценку эффективности применения микрофильтрационных мембран с нанопорами в качестве эффективного материала для поглощения масла из промышленных сточных вод.

A computer-aided simulation of the behavior of molecular gas-phase hydrogen in spherical nanopores was accomplished. The calculations were performed within the frame of molecular dynamics. Interaction between hydrogen molecules is described on the basis of adaptive intermolecular reactive empirical bond-order (AIREBO) potential. The interaction of gas with the walls of nanopores was calculated using the Lennard-Jones potential. The paper also contains the calculated distributions of gas density and velocities of molecules for different temperatures and pressures. The paper states that the adsorption properties of gas systems in nanopores can be described by varying the parameters of the potential of interaction with pore walls.

Исследованы продукты обжига полимера на основе фурановой смолы, модифицированного поверхностно-активным веществом и растворителем. Материалы изучены с помощью электронной микроскопии. Выявлена область составов растворов, в которой образуется биконтинуальная структура в виде связанной трехмерной сетки из капель полимера. Размер капель изменяется от 0,3 до 1,5 мкм. Calcinations products of the polymer based on furan resin modified with a surfactant and a solvent have been investigated. Materials structure has been studied by electron microscopy. The region of solution composition in which the bicontinuous structure is formed as a three-dimensional network of linked polymer droplets has been disclosed. The droplet size ranges from 0.3 to 1.5 micrometers. Жеребцов Дмитрий Анатольевич – кандидат химических наук, инженер, кафедра физической химии, Южно-Уральский государственный университет. 454080, г. Челябинск, пр. им. В.И. Ленина, 76. E-mail: zherebtsov_da@yahoo.ru Сапожников Сергей Борисович – доктор технических наук, проф., кафедра «Прикладная механика, динамика и прочность машин», Южно-Уральский государственный университет. 454080, г. Челябинск, пр. им. В.И. Ленина, 76. E-mail: ssb@susu.ac.ru Галимов Дамир Муратович – заместитель директора научно-образовательного центра «Нанотехнологии», Южно-Уральский государственный университет. 454080, г. Челябинск, пр. им. В.И. Ленина, 76. E-mail: galimovdm@ya.ru Смолякова Ксения Романовна – кандидат химических наук, доцент, кафедра «Химическая технология», Южно-Уральский государственный университет. 454080, г. Челябинск, пр. им. В.И. Ленина, 76. E-mail: ka_satka@mail.ru Винник Денис Александрович – кандидат технических наук, доцент, кафедра физической химии, Южно-Уральский государственный университет. 454080, г. Челябинск, пр. им. В.И. Ленина, 76. E-mail: denisvinnik@gmail.com Михайлов Геннадий Георгиевич – доктор технических наук, проф., кафедра физической химии, Южно-Уральский государственный университет. 454080, г. Челябинск, пр. им. В.И. Ленина, 76. E-mail: mikhailov-gg@mail.ru Вахитов Максим Григорьевич – кандидат технических наук, доцент, кафедра «Конструирование и производство радиоаппаратуры», Южно-Уральский государственный университет. 454080, г. Челябинск, пр. им. В.И. Ленина, 76. E-mail: max_v_333@mail.ru D.A. Zherebtsov, South Ural State University, Chelyabinsk, Russian Federation, zherebtsov_da@ yahoo.com S.B. Sapozhnikov, South Ural State University, Chelyabinsk, Russian Federation, ssb@susu.ac.ru D.M. Galimov, South Ural State University, Chelyabinsk, Russian Federation, galimovdm@ya.ru K.R. Smolyakova, South Ural State University, Chelyabinsk, Russian Federation, ka_satka@inbox.ru D.A. Vinnik, South Ural State University, Chelyabinsk, Russian Federation, denisvinnik@gmail.com G.G. Mikhailov, South Ural State University, Chelyabinsk, Russian Federation, mikhailov-gg@mail.ru M.G. Vakhitov, South Ural State University, Chelyabinsk, Russian Federation, max_v_333@mail.ru