Научная деятельность

• Информационно-аналитические системы в материаловедении и новые подходы к созданию материалов.

• Химические накопители энергии и суперконденсаторы.

• Диффузия и диффузионные процессы в металлических сплавах.

• Термодинамическое моделирование в сложных металлургических системах.

• Высокотемпературные капиллярные эффекты: смачивание, растекание и пропитка.

• Системы квантовых точек и квантовые нейронные сети.

• Получение и свойства наносистем и коллоидных растворов металлов и их оксидов.

• Термодинамические и кинетические свойства поверхностей раздела.

• Полимер-матричные композиционные материалы.

• Проводящие полимерные и эластомерные материалы.

Информационно-аналитические системы в материаловедении и новые подходы к созданию материалов (зав. кафедрой к.ф.-м.н. А.И. Салимон)

Проводятся исследования в области информационно-аналитических систем в материаловедении, а также в разработке новых композиционных, гибридных и биомиметических материалов на основе высоко-функциональных полимеров и природного сырья. Отдельным направлением является создание новых методов структурного анализа материалов с высоким разрешением и режимах in situ и operando.

Химические накопители энергии и суперконденсаторы (доц. И.С. Кречетов, доц. Т.Л. Лепкова)

Исследование свойств материалов для электродов суперконденсаторов (удельная поверхность, емкость, накопленная энергия) и возможность их использования в сочетании с водными и органическими электролитами. Развитие методов создания новых углеродных материалов для электродов суперконденсаторов, в том числе их природного сырья, а также их термической и термохимической модификации.

Диффузия и диффузионные процессы в металлических сплавах (проф. Б.С. Бокштейн; проф. А.О. Родин)

На данный момент работы ведется ряд работ по исследованию диффузионных процессов в многокомпонентных и многофазных системах.

Исследования диффузии в многокомпонентных высокотемпературных ОЦК металлах и сплавах на их основе (Ti-Zr-Hf-Mo-Nb-Ta) показывают, что замедления диффузионных процессов, которое наблюдали некоторые исследователи в высокоэнтропийных сплавах, в таких системах не происходит, а коэффициенты диффузии близки к коэффициентам диффузии в бинарных системах и даже выше.

Изучаются вопросы диффузионного фазообразования в металлических системах Cu-Sn, Cu-Zn, Al-Cu, a также при процессах азотирования и цементации сталей и никелевых сплавах.

Для двух и более компонентных систем развиваются подходы для моделирования сложных диффузионных процессов. Разработан алгоритм анализа для диффузии в системах с сильной зависимостью коэффициента диффузии от концентрации.

За последние годы проведены работы по построению модельных описаний процессов деформации и термообработки крупномасштабных изделий из малолегированной стали. На базе построенной модели описания диффузионного роста фаз построена модель предсказания механических свойств стали, учитывающая твердорастворный, дислокационный, дисперсионный и зернограничный вклады в упрочнение стали.

Проводятся исследования процессов на поверхностях раздела и развиваются методы изучения поверхностных явлений при высоких температурах в металлических системах, а именно:

проводятся измерения изотерм и политерм поверхностной энергии в двухкомпонентных системах, изучение фазовых переходов на поверхностях;

проводятся измерения скорости диффузионной ползучести металлических поликристаллических систем на основе серебра, меди, никеля, изучается влияние поверхностных фазовых переходов на диффузионную ползучесть, развиваются работы по экспериментальным измерениям поверхностной и зернограничной диффузии;

создано и эксплуатируется оборудование для прямых высокотемпературных исследований взаимодействия твердых фаз с расплавами, включая смачивание, растекание, кинетику пропитки, измерения проводятся с помощью высокоскоростной съемки и измерения капиллярных сил;

развивается научное направление изучения капиллярных эффектов в среде плазмы;

разрабатываются методы синтеза МАХ-фаз, изучаются их свойства и создаются композиционные материалы на их основе.

Системы квантовых точек, квантовые нейронные сети и искусственный интеллект; квантовая теория поля (проф. Н.Е Капуткина)

В качестве элементной базы для квантовых вычислительных систем могут использоваться сквиды, ионные ловушки, полупроводниковые структуры. Значительным потенциалом для применения в системах обработки информации обладают системы квантовых точек (КТ) в связи с масштабируемостью технологии производства массивов КТ, миниатюрностью отдельных элементов, а также возможностью контролировать их состояние путем приложения внешних электрических и магнитных полей.

Когерентные осцилляции между различными квантовыми состояниями могут сохраняются вплоть до температур в несколько десятков градусов Кельвина. Наблюдаемый эффект перепутывания при слабом диполь-дипольном взаимодействии и сильной диссипации может быть интересен для массивов квантовых точек, работающих в качестве нейронных сетей и клеточных автоматов. Используя различные конфигурации связей, можно получить различные классификации пространства квантовых состояний трехкубитового регистра, т. е. реализовать классификационную функцию квантовой нейронной сети.

Проводились численные и аналитические исследования эффективности обучения квантовых систем в присутствии термостата. Показано, что эффективное обучение возможно только в пределе классического обучения, когда изменение состояния обучающейся системы не приводит к существенному изменению состояния учителя.

Получение, свойства коллоидных растворов металлов и их оксидов. Разработка новых материалов на основе нанодисперсных систем и технологий. (доц. Г.Ф. Фролов)

На основе разработанных методик получения нетоксичных нанодисперсных водных композиций на основе соединений титана, тантала, меди, железа и серебра с требуемыми биоцидными свойствами проводятся следующие основные работы:

• разработка стоматологических материалов с повышенной адгезией и антибактериальными свойствами;
• разработка активных углей с заданными сорбционными свойствами;
• разработка катализаторов различного назначения;
• модификация углеродных материалов для использования в суперконденсаторах;
• модификация активных углей для получения специальных добавок для композитных материалов.

Полимерматричные композиционные материалы (доцент, к.т.н. Степашкин А.А.; доцент Чердынцев В.В.)

Проводятся исследования закономерностей структурообразования, обеспечивающих получение высоконаполненных полимерных композитов с повышенными теплопроводящими и прочностными характеристиками, а именно:

• исследуется влияния типа, содержания, морфологии наполнителей и режимов получения материала на теплопроводность и механические свойства высоконаполненных композитов на полимерной основе;
• ведутся работы по определению перколяционного порога содержания наполнителя в сложнонаполненном полимерном материале с различной морфологией наполнителя;
• развиваются исследования, направленные на формулирование принципов формирования композитов, обеспечивающих оптимальное сочетание теплофизических и прочностных характеристик сетевых наноструктур наполнителя в полимерной матрице.

Кроме того, проводятся и другие работы.

• Разработка композиционных материалов на основе термопластичных матриц (Сверхвысокомолекулярный полиэтилен, полисульфон, полиэфирсульфон, полиэфирэфиркетон, и др.) армированных непрерывными и дискретными углеродными, стеклянными и другими волокнами. Исследование структуры и свойств композиционных материалов.
• Композиционные материалы для систем накопления и хранения энергии на основе термопластичных полимеров наполненных различными типами углеродных материалов, нитридом бора.
• Экспериментальное моделирование деформационного поведения однонаправленных нитей, монослов, композиционных материалов на основе термопластичных полимеров и высокопрочных/высокомодульных волокон
• Исследование особенностей разрушения термопластичных композиционных материалов в условиях квазистатического, динамического и усталостного нагружения.
• Исследование механизмов и скоростей накопления повреждений в композиционных материалах с термопластичными матрицами.
• Углерод-углеродные композиционные материалы, взаимосвязь структуры, технологии получения, свойств в условиях квазистатических, динамических и циклических воздействий.
• Физико-механические и тепловые свойства полимер-матричных композиционных материалов

Проводящие полимерные и эластомерные материалы (доцент, к.т.н. Степашкин А.А.)

Разработка проводящих полимерных и эластомерных материалов для возобновляемых источников энергии. Исследование их структуры и свойств.

1. A. A. Klimont, S. V. Stakhanova, K. A. Semushin, M. V. Astakhov, A. T. Kalashnik, R. R. Galimzyanov, I. S. Krechetov, M. Kundu. Polyaniline-Containing composites based on highly porous carbon cloth for flexible supercapacitor electrodes. J. Synch. Investig. (2017) 11: 940. https://doi.org/10.1134/S1027451017050081.
2. A. K. Khayrullin, V. Nikulkina, A. Rodin, S. Zhevnenko, Peculiarity of Grain Boundary Diffusion of Fe and Co in Cu. Defect and Diffusion Forum 380 (2017) 135-140.
3. B. Bokstein et al., «Kinetics of Phosphorus Segregation in the Grain Boundaries of VVER-1000 Pressure Vessel Steels», Defect and Diffusion Forum, Vol. 375, pp. 125-133, 2017.
4. S.N.Zhevnenko, S.V. Chernyshikh. Surface phase transitions in cu-based solid solutions Applied Surface Science Volume 421, Part A, (2017) Pages 77-81.
5. Altaisky M. V.; Zolnikova N. N.; Kaputkina, N. E.; Krylov, V. A. Lozovik, Yu E. Dattani, N. S. Entanglement in a quantum neural network based on quantum dots. PHOTONICS AND NANOSTRUCTURES-FUNDAMENTALS AND APPLICATIONS, 24 (2017) 24-28 DOI: 10.1016/j.photonics.2017.02.001.
6. Frolov GA, Karasenkov YN, Gusev AA, Zakharova OV, Godymchuk AY, Kuznetsov DV, Latuta NV, Leont’ev VK Germicidal Adhesives with Nanoparticles of Metals for Prevention of Recurrence of Caries Nano Hybrids and Composites 13 (2017) 39-46.

1. Бокштейн Б.С., Бокштейн С.З., Жуховицкий А.А. Термодинамика и кинетика диффузии в твердых телах. Издательство URSS, Изд. 2 2022. 280 с.

2. Бокштейн Б.С., Похвиснев Ю.В., Родин А.О. Физика процессов на поверхностях раздела в металлах и сплавах. Издательство URSS, 2022. 160 с.

3. Бокштейн Б.С. Атомы блуждают по кристаллу Издательство URSS, № 166. Изд. 2 2020. 208 с.

4. Термодинамика неравновесных процессов : учебное пособие / Б. С. Бокштейн, А. Л. Петелин, Ю. В. Похвиснев, Е. А. Новикова. — Москва: изд. дом НИТУ МИСИС, 2023. — 95 с. — ISBN 978-5-907560-87-1.

5. Физическая химия: термодинамика и кинетика : учебник / Б. С. Бокштейн, М. И. Менделев, Ю. В. Похвиснев. — Москва: изд. дом НИТУ МИСИС, 2012. — 258 с. — ISBN 978-5-87623-619-7.

1. СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ДИСКРЕТНО-АРМИРОВАННОГО КОМПОЗИТНОГО МАТЕРИАЛА Патент на изобретение RU 2794758 C1, 24.04.2023. Заявка № 2021128653 от 01.11.2021. Степашкин А.А.

2. СПОСОБ НАПЫЛЕНИЯ ЗАЩИТНЫХ ПОКРЫТИЙ ДЛЯ ИНТЕРМЕТАЛЛИЧЕСКОГО СПЛАВА НА ОСНОВЕ ГАММА-АЛЮМИНИДА ТИТАНА Патент на изобретение RU 2716570 C1, 12.03.2020. Заявка № 2019134452 от 28.10.2019. Задорожный В.Ю., Мазилин И.В., Зайцев Н.Г., Задорожный М.Ю., Сударчиков В.А., Артамонов А.В., Степашкин А.А., Калошкин С.Д.

3. СПОСОБ ГАЗОДИНАМИЧЕСКОЙ СТЕРИЛИЗАЦИИ МАТЕРИАЛОВ МЕДИЦИНСКОГО НАЗНАЧЕНИЯ В СВЕРХКРИТИЧЕСКИХ СРЕДАХ УГЛЕКИСЛОГО ГАЗА С ОДНОВРЕМЕННЫМ ВОЗДЕЙСТВИЕМ МИКРОВОЛНОВОГО ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ

4. Патент на изобретение RU 2813810 C1, 19.02.2024. Заявка от 30.12.2022. Янушевич О.О., Арутюнов С.Д., Калошкин С.Д., Корсунский А.М., Подпорин М.С., Романенко И.И., Салимон А.И., Сенатов Ф.С., Царёв В.Н.

5. СПОСОБ ГАЗОДИНАМИЧЕСКОЙ СТЕРИЛИЗАЦИИ МАТЕРИАЛОВ МЕДИЦИНСКОГО НАЗНАЧЕНИЯ В СВЕРХКРИТИЧЕСКИХ СРЕДАХ УГЛЕКИСЛОГО ГАЗА (ВАРИАНТЫ) Патент на изобретение RU 2803981 C2, 25.09.2023. Заявка № 2022102142 от 31.01.2022. Янушевич О.О., Арутюнов С.Д., Калошкин С.Д., Корсунский А.М., Подпорин М.С., Романенко И.И., Салимон А.И., Сенатов Ф.С., Царёв В.Н.

6. УСТРОЙСТВО ИЗМЕРЕНИЯ ПОВЕРХНОСТНОГО НАТЯЖЕНИЯ И КОЭФФИЦИЕНТА ВЯЗКОСТИ МЕТАЛЛОВ Патент на изобретение RU 2653114 C1, 07.05.2018. Заявка № 2017103475 от 02.02.2017. Жевненко С.Н., Чернышихин С.В.

7. ЭЛЕКТРОЛИТ ДЛЯ ДВУХСЛОЙНОГО ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОГО КОНДЕНСАТОРА / Патент на изобретение RU 2807313 C1, 14.11.2023. Заявка от 30.05.2023. Стаханова С.В., Лепкова Т.Л., Кругликов С.С., Тележкина А.В., Кочетов И.И., Маслоченко И.А., Кречетов И.С., Трухина О.Д.

8. ЭЛЕКТРОЛИТ ДЛЯ ДВУХСЛОЙНОГО ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОГО КОНДЕНСАТОРА И СПОСОБ ЕГО ПРИГОТОВЛЕНИЯ / Патент на изобретение RU 2782246 C1, 25.10.2022. Заявка № 2022105901 от 05.03.2022. Астахов М.В., Галимзянов Р.Р., Кочетов И.И., Кречетов И.С., Кругликов С.С., Лепкова Т.Л., Стаханова С.В., Табаров Ф.С.

1. Материалы для атомной энергетики Свидетельство о регистрации базы данных 2020621519, 25.08.2020. Заявка № 2020620997 от 25.06.2020. Сон Э.Е., Орлов К.А., Очков В.Ф., Баженова И.А., Терешонок Д.В., Смирнова Е.А., Хван А.В., Белов М.П., Левашов П.Р., Шейндлин М.А., Родин А.О.