Введение к работе
Актуальность работы заключается в развитии физико-химических основ получения ультрадисперсных порошков железа с узким распределением частиц по размерам, определяемым функциональным назначением порошков: использованием в качестве дисперсной фазы наполнителей гибких теплопроводящих элементов, пигментов для высококачественных красителей, а также для изготовления биологически активных препаратов; исследовании физико-химических свойств и биологических особенностей получаемых порошков; организации наукоемкого производства ультрадисперсных порошков железа по оригинальному способу; разработке на основе этих порошков наполнителей гибких теплопроводящих сред, отводящих тепловые потоки от электронных схем; создании биопрепаратов на основе ультрадисперсных порошков железа в результате проведенных систематических исследований биологического характера и статистической обработки данных; освоении выпуска биопрепаратов для растениеводства, животноводства, птицеводства, рыбоводства и кормопроизводства.
Цель работы — развитие физико-химических основ получения ультрадисперсных порошков железа низкотемпературным водородным восстановлением и изучение физико-химических свойств получаемых ультрадисперсных порошков и их биологических особенностей.
В связи с этим были поставлены следующие задачи:
-
определить требования к исходному сырью и условиям его восстановления, обеспечивающим получение порошка железа с частицами ультрадисперсных размеров и узким разбросом частиц по размерам;
-
исследовать процесс низкотемпературного водородного восстановления частиц коллоидных размеров и определить температурно-временные режимы их восстановления, обеспечивающие сохранность ультрадисперсных размеров частиц;
-
исследовать физико-химические свойства получаемых порошков, изучить возможность управления теплопроводящими свойствами порошков и определить требования к дисперсным компонентам, пригодным для использования в теплопроводящих средах, обеспечивающих значения коэффициента теплопроводности на уровне 2,0 Вт/м-К;
-
исследовать биологические особенности ультрадисперсных порошков железа, разработать на их основе высокоактивные биопрепараты нового поколения и определить возможные области их использования на практике.
Научная новизна работы состоит в следующем:
установлены основные требования к ультрадисперсным порошкам железа в качестве функциональных материалов для решения широкого круга задач — получения высококачественных пигментов, наполнителей гибких теплопроводящих сред, высокоэффективных биопрепаратов;
развиты физико-химические основы получения ультрадисперсных порошков железа с размерами частиц, определяемыми функциональным назначением;
выявлены различия процессов низкотемпературного водородного восстановления высокодисперсных и ультрадисперсных железосодержащих соединений;
установлено подчинение процесса низкотемпературного водородного восстановления ультрадисперсного гидроксида железа законам самоорганизации диссипативных структур, экспериментально установлено соответствие точек бифуркаций неравновесным фазовым переходам от гематита к магнетиту и от магнетита к металлическому железу;
на основе изучения основных физических свойств продуктов восстановления оксида и гидроксида железа в зависимости от их химического состава и дисперсности установлена слабая зависимость теплопроводности от химического состава и значительная — от дисперсности, разработан способ управления тешюпроводящими характеристиками изделий;
на основании статистической обработки результатов многолетних опытов показана физиологическая активность ультрадисперсных порошков железа, определен ее характер — стимулирующая активность, установлена экологическая безопасность использования ультрадисперсных порошков железа.
Практическое значение работы. В результате проведенных исследований разработан оригинальный химико-металлургический способ получения ультрадисперсных порошков железа и устройство для его осуществления (патент РФ № 2058223); организовано наукоемкое опытно-промышленное производство ультрадисперсных порошков железа; на основе ультрадисперсных порошков железа разработаны и использованы в пилотном образце суперкомпьютера типа "Эльбрус" гибкие теплопроводящие элементы, обеспечивающие отвод тепла от электронных схем и имеющие коэффициент теплопроводности не ниже 2,0 Вт/м-К; разработаны на основе ультрадисперсных порошков железа экологически чистые высокоэффективные биологически активные препараты, которые зарегистрированы в Министерстве сельского хозяйства и продовольствия РФ под № 000369-ОП, утверждено Наставление по их применению № 13-5-2/603 и Технические ус-
ловия их производства ТУ-931800-001-42720760-96. Предпосевная обработка семян ультрадисперсными порошками защищена патентом РФ № 2056084. Получено положительное решение о выдаче патента Украины на подготовку семян к севу.Ультрадисперсные биопрепараты находят применение в растениеводстве, животноводстве, птицеводстве, рыбоводстве и кормопроизводстве.
Апробация работы. Заключительные этапы работы докладывались на симпозиуме "Синергетика. Структура и свойства материалов", посвященном 100-летию со дня рождения И. А. Одинга, Москва, 1996; на секции "Ультрадисперсные порошки" Международного аэрозольного симпозиума, Москва, 1996; на Межрегиональной конференции с международным участием "Ультрадисперсные порошки, материалы и наноструктуры", Красноярск, 1996; на III Совещении программы Минатома РФ "Получение, исследование свойств и применение ультрадисперсных материалов — нанокристаллов", Москва, 1997; на Международной конференции "Новейшие процессы и материалы в порошковой металлургии", Киев, 1997; на IV Всероссийской конференции "Физикохимия ультрадисперсных систем", г. Обнинск, 1998; на Международной научно-практической конференции "Проблемы развития рыбного хозяйства на внутренних водоемах в условиях перехода к рыночным отношениям", Минск, 1998; на II Межрегиональной научно-тенической конференции "Ультрадисперсные порошки, материалы и наноструктуры", Красноярск, 1999; на семинаре "Ультрадисперсные (нано) материалы", г. Москва, 2000; на семинаре Института сельскохозяйственной радиологии и агроэкологии, г. Обнинск, 2000; на Международной конференции "Нано 2000", г. Сендай, 2000; на Международной конференции "Осетровые на рубеже XXI века, Астрахань, 2000; на V Всероссийской конференции "Физикохимия ультрадисперсных систем", г. Екатеринбург, 2000.
Публикации. По теме диссертации опубликованы 52 статьи в ведущих научных журналах и сборниках трудов. Научная новизна технических решений защищена 21 авторским свидетельством и 3 патентами РФ. На тему диссертации написано 4 монографии.
ОБЪЕМ И СТРУКТУРА ДИССЕРТАЦИИ