Санкт-Петербургский горный университет, Санкт-Петербург, Россия:

А. Г. Сырков, профессор кафедры общей и технической физики, докт. техн. наук, эл. почта: Syrkov_AG@pers.spmi.ru
А. Н. Кущенко, ассистент кафедры общей и технической физики, канд. техн. наук, эл. почта: Kuschenko_AN@pers.spmi.ru
М. О. Силиванов, доцент кафедры общей и технической физики, канд. хим. наук, эл. почта: Silivanov_MO@pers.spmi.ru
В. В. Тарабан, доцент кафедры высшей математики, канд. физ.-мат. наук, эл. почта: Taraban_VV@pers.spmi.ru

Проведено сравнительное сопоставление гидрофобности и поверхностных свойств образцов металлов, полученных путем твердотельного гидридного синтеза (ТГС) и наслаивания разноразмерных молекул (НРМ) аммониевых и кремнийорганических соединений. Обнаружено, что дисперсные металлические продукты ТГС существенно (в среднем на порядок) гидрофобнее по сравнению с металлами, модифицированными в парах промышленных гидрофобизаторов. Установлено, что среди металлических продуктов ТГС на основе никеля, меди и железа с карбосилоксановой нанопленкой на поверхности наиболее гидрофобными и жаростойкими на воздухе являются образцы на основе железа. Наивысшую гидрофильность и химическую активность показали образцы на основе никеля, обладающие довольно развитой поверхностью (около 50 м²/г). Выявленные закономерности регулирования поверхностных свойств и гидрофобности металлических продуктов синтеза связаны с наиболее прочным междуатомным химическим взаимодействием металл – кремний в поверхностном слое образцов на основе железа, подтвержденным методом рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии (РФЭС). При получении металлического продукта последовательным восстановлением исходного твердофазного сырья (руды) в парах метилдихлорсилана (МДХС) и в токе метана МДХС выполняет функции восстановителя и модификатора металлической поверхности. Металл в начальной стадии получения, находясь в восстановительной среде, обладает реакционно-способной поверхностью и активно взаимодействует с молекулами МДХС, содержащими химически стойкие Si – C-группы, с образованием прочной хемосорбционной связи металла с формирующейся в ходе синтеза защитной карбосилоксановой пленкой толщиной не более 4–5 нм. Такой механизм процесса в условиях ТГС позволяет проводить восстановление и полезное модифицирование металла в рамках единого технологического процесса и в одном реакторе.

Работа рекомендована к публикации Оргкомитетом Международного симпозиума «Нанофизика и Наноматериалы» (24–25 ноября 2021 г., Санкт-Петербург, Горный университет).

1. Минеев Г. Г., Минеева Т. С., Жучков И. А., Зелинская Е. В. Теория металлургических процессов. — Иркутск : Изд-во Иркутского гос. техн. ун-та, 2010. — 522 с.
2. Сизяков В. М., Бажин В. Ю., Бричкин В. Н., Петров Г. В. Металлургия цветных металлов. — СПб. : Санкт-Петербургский горный университет, 2015. — 392 с.
3. Шенк И., Люнген Х. Б. Потенциал эффективного применения процессов прямого восстановления и восстановительной плавки в Европе // Черные металлы. 2017. № 2. С. 25–31.
4. Konchus D. A., Sivenkov A. V. A surface structure formation of stainless steel using a laser // Materials Science Forum. 2021. Vol. 1022. P. 126–132.
5. Семенова И. В., Флорианович Г. М., Хорошилов А. В. Коррозия и защита от коррозии. — М. : ФИЗМАТЛИТ, 2010. — 416 с.
6. Чоркендорф И., Наймантсведрайт Х. Современный катализ и химическая кинетика — Долгопрудный : Интеллект, 2010. — 599 с.
7. Yang F, Ding J., Liu H. et al. Study on anti-corrosion technology and corrosion mechanism of liquid gaIn alloy to copper // Materials Reports. 2021. Vol. 35. No. 20. P. 20076–20080, 20112. DOI: 10.11896/cldb.20060249.
8. Ремзова Е. В. Нелинейность химико-физических свойств поверхностно-модифицированных металлов и гетерогенных систем на их основе : дис. … канд. хим. наук. — Воронеж : Воронежский гос. ун-т, 2013. — 140 с.
9. Sivenkov A. V., Nikitina V. O., Serdiuk N. A., Konchus D. A., Pryakhin E. I. Creating a model of diffusion deposition of metal coatings from melts of low-melting metals // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2019. Vol. 560, Nо. 1. P. 1–6. DOI: 10.1088/1757-899X/560/1/012188.
10. Пожидаева С. Д., Агеева Л. С., Иванов А. М. Сравнительная характеристика окисления цинка и олова с участием кислот при комнатных температурах // Записки Горного института. 2019. Т. 235. С. 38–46. DOI: 10.31897/PMI.2019.1.38.
11. Назарова Е. В. Влияние адсорбции аммониевых и кремнийорганических соединений на трибохимические свойства металлов (Al, Cu, Ni) : дис. … канд. хим. наук. — Санкт-Петербург, 2016. — 139 с.
12. Сырков А. Г., Бажин В. Ю., Мустафаев А. С. Нанотехнология и наноматериалы. Физические и минерально-сырьевые аспекты. — Санкт-Петербург : Политех-Пресс, 2019. — 244 с.
13. Ячменова Л. А. Разработка энерго- и ресурсосберегающей технологии получения металличцеских продуктов с применением гидридных восстановителей-модифи ка торов : дис. … канд. техн. наук. — Санкт-Петербург, 2021. — 126 с.
14. New Materials. Preparation, properties and applications in the aspect of nanotechnology. — New York : Nova Science Publishers, 2020. — 264 p.
15. Слинякова И. Б., Денисова Т. И. Кремнийорганические адсорбенты: получение, свойства, применение. — Киев : Наукова думка, 1988. — 192 с.
16. Zhao Y., Xu J. B., Hu J. M. et al. Electrodeposited superhydrophobic mesoporous silica films co-embedded with template and corrosion inhibitor for active corrosion protection // Applied Surface Science. 2020. Vol. 508. P. 145242. DOI: 10.1016/j.apsusc.2019.145242.
17. Yang, Z., Liu X., Tian Y. Novel metal-organic super-hydrophobic surface fabricated by nanosecond laser irradiation in solution // Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects. 2020. Vol. 587. P. 124343. DOI: 10.1016/j.colsurfa.2019.124343.
18. Thanasekaran P., Su C. H., Liu Y. H., Lu K. L. Hydrophobic metal – organic frameworks and derived composites for microelectronics applications // Chemistry – A European Journal. 2021. Vol. 27. P. 16543–16563. DOI: 10.1002/chem.202100241.