• Добавить в закладки
  • Facebook
  • Twitter
  • Telegram
  • VK
  • Печать
  • Email
  • Скопировать ссылку
11.05.2022
Сколтех
7 231

Предложен эффективный метод синтеза сверхтвердого материала

4.6

Ученые из Сколтеха и Томского политехнического университета предложили эффективный и экономичный метод синтеза сверхтвердого материала — пентаборида вольфрама. Он может применяться в различных отраслях промышленности, в том числе в технологиях бурения.

Предложен эффективный метод синтеза сверхтвердого материала / ©Getty images

Статья с описанием результатов исследования опубликована в журнале Inorganic Chemistry. Бориды вольфрама не случайно привлекли внимание ученых: по твердости, термостойкости, низкой теплопроводности и другим механическим свойствам эти соединения значительно превосходят другие материалы, не имевшие аналогов по этим характеристикам на протяжении почти ста лет.

Существующие сегодня методы синтеза борида вольфрама требуют использования вакуума или инертной атмосферы и высокого давления, что ведет к увеличению производственных затрат и ограничивает возможности как по масштабированию метода, так и по организации самого производства.

«Высший борид вольфрама WB5−x обладает чрезвычайно высокой износостойкостью, и мы пытались найти эффективный метод, позволяющий синтезировать этот материал в больших объемах, — рассказывает первый автор статьи, старший преподаватель Проектного центра по энергопереходу и ESG Сколтеха Александр Квашнин. — Мы не только потратили на эту работу много времени и сил, но и столкнулись с немалыми трудностями при определении отдельных фаз вещества в синтезированных образцах.

Большой подмогой для нас стали вычислительные методы, используя которые мы смогли досконально исследовать условия синтеза и структуру полученного материала. В результате нам удалось получить двухфазный образец, содержащий соединения WB2 и WB5−x».

«Предсказанные коллегами из Сколтеха кристаллические фазы боридов вольфрама были успешно синтезированы оригинальным безвакуумным электродуговым методом на разработанном в Томском политехническом университете плазменном реакторе. Его главные особенности — простота конструкции и используемой методики, отсутствие необходимости использования высокотехнологичных дорогостоящих узлов и деталей. По нашим оценкам, эта методика экономит до 90 процентов электрической энергии при работе в сравнении с прямыми аналогами, по крайней мере на уровне лабораторных объемов синтеза», — говорит научный сотрудник Научно-исследовательского центра «Экоэнергетика 4.0» ТПУ Александр Пак.

Исследование проводилось с использованием специально разработанной экспериментальной системы, основу которой составляют графитовый анод (стержень) и графитовый катод в форме тигля. Исходную смесь вольфрама и бора уплотняли и помещали на дно катода. Между анодом и катодом поджигали электродуговой разряд в открытой воздушной среде.

При этом кислород воздуха окислял углерод, образуя автономную газовую среду в полости тигля; температура за счет горения дуги поднималась, и происходил синтез различных фаз боридов вольфрама — в зависимости от соотношения исходных компонентов и режимов плазменной обработки. Отсутствие необходимости в использовании вакуумного оборудования — главное преимущество разработанного метода, который в перспективе можно будет внедрять на крупносерийном производстве.

«Мы дополнительно доработали наш метод таким образом, чтобы производить тонкую настройку параметров эксперимента для контроля состава материала, что позволило добиться увеличения содержания WB5−x в образце до 61,5 процентов по объему», — отмечает Квашнин.

Разработанный безвакуумный метод — первый шаг на пути создания недорогой и контролируемой технологии синтеза сверхтвердого борида вольфрама WB5−x с превосходными механическими свойствами в больших объемах для широкого спектра промышленных применений. По мнению ученых, синтезированный борид вольфрама также можно будет использовать для отбора углекислого газа из промышленных выбросов и производства «голубого» водорода. Основное преимущество борида вольфрама WB5−x как катализатора — возможность его повторного использования в экспериментальной системе. 

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Сколковский институт науки и технологий — негосударственный технологический университет, расположенный в инновационном центре Сколково. Институт был создан в 2011 году при поддержке Массачусетского технологического института. Модель института предусматривает тесную интеграцию технологического образования, исследовательской работы и предпринимательских навыков. Институт ведёт обучение по программам магистратуры и PhD, рабочий язык — английский.
Подписывайтесь на нас в Telegram, Яндекс.Новостях и VK
Предстоящие мероприятия
Вчера, 18:52
Мария Азарова

Два фешен-гиганта, одни из самых известных в мире массмаркета, — шведская компания H&M и испанская Zara — оказались косвенно причастны к разрушению окружающей среды Бразилии. К такому выводу пришли авторы крупного расследования, изучившие различные данные, в том числе полученные под прикрытием.

4 часа назад
Юлия Трепалина

Бактерии, обитающие в кишечнике, не только участвуют в пищеварении, но и воздействуют на иммунитет и поведение. Ученые из КНР показали, что у больших панд микробиота кишечника влияет на способность самцов к спариванию. Ранее другая группа исследователей выяснила, что микрофлора кишечника может быть связана со сниженным сексуальным влечением и у людей.

2 часа назад
Алиса Гаджиева

В Теотиуакане обнаружили следы нескольких древних землетрясений. Первые из них способствовали процветанию города, а последнее — его падению.

12 апреля
Полина Меньшова

Особенности личности — в частности, степень экстравертности — влияют на то, кто с большей вероятностью будет одиноким, а кто вступит в отношения. Типы личности также связаны с уровнем общей удовлетворенности жизнью. К таким выводам пришли ученые из Канады.

Вчера, 18:52
Мария Азарова

Два фешен-гиганта, одни из самых известных в мире массмаркета, — шведская компания H&M и испанская Zara — оказались косвенно причастны к разрушению окружающей среды Бразилии. К такому выводу пришли авторы крупного расследования, изучившие различные данные, в том числе полученные под прикрытием.

12 апреля
Игорь Байдов

Некоторым насекомым становится сложнее находить себе пары внутри вида из-за роста концентрации «вредного» тропосферного озона. Он разрушает выделяемые этими животными половые феромоны, что может привести к «неправильному спариванию» и появлению бесплодного потомства. Такая ситуация опасна катастрофическим сокращением численности насекомых в мире. Об этом в своей статье рассказали биологи из Германии.

18 марта
Игорь Байдов

Грузовой самолет будут использовать для перевозки 90-метровых лопастей ветряных турбин, которые невозможно доставить по суше из-за размеров. Предполагается, что этот аппарат произведет революцию в сфере возобновляемых источников энергии.

8 апреля
Василий Парфенов

Режим работы, количество трудовых часов в неделю и экономическую стабильность профессии прочно ассоциируют с благополучием человека. Количественно и качественно определить эти взаимосвязи получается редко — нужны большие выборки респондентов и длительное время наблюдений. Автор новой научной работы использовал долговременное исследование более чем семи тысяч американцев, чтобы выявить основные эффекты паттернов трудовой деятельности на психическое и физическое здоровье работающих людей.

28 марта
Игорь Байдов

Американская компания JetZero, которая обещает произвести фурор в гражданской авиации, получила сертификат летной годности на испытания уменьшенной копии разрабатываемого ею сверхэффективного реактивного авиалайнера со «смешанным крылом». Предстоящая программа летных испытаний будет направлена на оценку летно-технических характеристик самолета, его устойчивости и управляемости.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Подтвердить?
Причина отклонения
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.

Понятно
Жалоба отправлена

Мы обязательно проверим комментарий и
при необходимости примем меры.

Спасибо
Аккаунт заблокирован!

Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.

Понятно
Что-то пошло не так!

Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.

Понятно
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.
Ваша заявка получена

Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно
Ваше сообщение получено

Мы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: