Разработки и предложения института для обеспечения импортонезависимости Российской Федерации

1.

Институт физической химии и электрохимии
им. А.Н. Фрумкина
Российской академии наук
Разработки и предложения института для
обеспечения импортонезависимости
Российской Федерации

2.

Импортонезависимость – фронтир текущего периода в российской науке
Наша цель:
Создание условий для скорейшей коммерциализации разработок института и внедрения их в
производство для обеспечения импортонезависимости во многих отраслях промышленности
Направления:
1. Обратный инжиниринг.
2. Организация производства малых партий продукции в области малотоннажной химии, защиты
от коррозии, сорбентов, наночастиц для фармакологии, натрий-ионных и литий-ионных
источников тока, полимеров, и многое другое.
3. Проведение различных анализов структуры материалов, состава реагентов, взаимодействия
различных веществ с органическими и неорганическими материалами, а также оценка влияния
на биологические объекты.
4. Разработка научного оборудования.

3.

Примеры технологических проектов
Технология адсорбированного природного газа (АПГ)
На стадии внедрения
Партнер – ПАО «Газпром»
Создано новое направление бизнеса
для Заказчика
Эффективная альтернатива
существующим технологиям СПГ и КПГ
Высокая социально-экономическая
значимость (газификация, экологичный
транспорт)
Новые материалы
Адсорбционные сенсоры для медицины
Адсорбционный газовый
терминал
Автомобиль на адсорбированном
природном газе
Аттестация адсорбционных фильтров отчистки
газовых сдувок АЭС
Сенсоры для портативного
анализатора содержания маркеров
различных социальных заболеваний,
таких как сахарный диабет
Разработана методика экспериментального
исследования свойств фильтров-уловителей
на атомных станциях и продления их сроков
службы
Партнер – ГК «Росатом»
Поиск партнера
Разработка внедрена

4.

Примеры технологических проектов
Прецизионное измерительное оборудование
адсорбция веществ в пористых материалах
механические свойства пористых сред
диффузионные свойства
Промышленность
Энергетика
Пищевая отрасль
Химическая индустрия
Добыча ПИ
Наука
Экология
Химия и материалы
Нанотехнологии
Электроника
Медицина
Парфюмерная отрасль
Фармацевтика
Биотехнологии
Косметология

5.

П Р И М Е Р Ы
Разработка
технологий
Устройство для испытания
элементарных ячеек волокнистых КМ
Реверсинжиниринг
Определение технологических причин
дефектов многослойной упаковки
Разработка
материалов
Расшифровка материала крыльчатки
высокотемпературной турбины
Адгезив для ремонта трубопроводов
Примеры технологических проектов
Технологии создания полимерных материалов
Приборостроение
К Е Й С О В

6.

Примеры технологических проектов
Технологии создания источников тока
Литий-ионные аккумуляторы – это наиболее популярные перезаряжаемые источники тока. Дальнейшее
повышение удельной емкости литий-ионного аккумулятора может быть обеспечено применением более
энергоемких функциональных материалов. Натрий-ионные аккумуляторы смогут составить конкуренцию
литий-ионным аккумуляторам в первую очередь по стоимости и доступности сырья.

7.

Примеры технологических проектов
Технологии создания источников тока
Германий (Ge) – новый анодный материал для литий-ионных и натрий-ионных аккумуляторов.
Удельная теоретическая емкость при внедрении лития в германий в 4 раза больше удельной
емкости графита – коммерческого материала литий-ионного аккумулятора. Германий
характеризуется высокой электронной проводимостью, что способствует его работе при высоких
плотностях тока. Технология синтеза германия электролизом из водных растворов снижает
стоимость конечного продукта.
2000
0
0
10
C
24
1C = 1500 мА/г
500
16
C
4C
2C
1C
Q, мАч/г
1000
8C
Qdegr=0.6% за цикл
1500
20
Номер цикла
30

8.

Примеры технологических проектов
Технологии создания источников тока
ИФХЭ РАН имеет достаточный опыт, задел, запатентованные разработки и оборудование для
изготовления опытных образцов литий-ионных и натрий-ионных аккумуляторов.

9.

Примеры технологических проектов
Технологии нанесения любых гальванических и химических покрытий из водный и неводных сред
Существующая проблема: на отечественном рынке гальванических технологий большую
долю занимают либо полностью импортные процессы нанесения покрытий и обработки
поверхности, либо основанные на импортных зашифрованных компонентах (реагентах и
добавках).
Одним из основных преимуществ зарубежных поставщиков является также предоставление
вместе с технологией и «химией» качественного технического сопровождения проекта и
сервиса.
Результаты фундаментальные и прикладных исследований, проводившихся в ИФХЭ РАН
за более чем ее 90-летнюю историю, лежат в основе многих промышленных
гальванических процессов:
хромирование;
никелирование;
меднение и производство
печатных плат;
серебрение;
цинкование;
нанесение олова и олововисмут;
химическое никелирование;
металлизация диэлектриков;
композиционные покрытия;
и др.

10.

Примеры технологических проектов
Технологии нанесения любых гальванических и
химических покрытий из водный и неводных сред
Электрохирургический инструмент
Гальванические покрытия
для медицинских изделий и
оборудования
Примеры работ лаборатории:
Покрытия запорной арматуры
Решения для защитнодекоративного и
износостойкого хромирования
на основе Cr(VI) и Cr(III)
Жаростойкие и
износостойкие химические
и композиционные
покрытия на основе никеля
и хрома
Обработка ситаллов
Алмазный режущий инструмент с
гальванической связкой: обработка ситаллов,
керамики, стоматологический инструмент и др.
Переработка техногенных
отходов, рециклинг
Переработка литий-ионных
аккумуляторов

11. 1. Летучие ингибиторы коррозии (ЛИК) ИФХАН .

Примеры технологических проектов
Технологии парофазной защиты металлов от атмосферной коррозии органическими ингибиторами коррозии
1. Летучие ингибиторы коррозии (ЛИК) ИФХАН .
По эффективности превосходят лучшие мировые аналоги.
Нетоксичны и технологичны.
Полностью решают проблему импортозамещения в своей области.
Их применение на практике регламентируется ГОСТ 9.014 -78 «Временная
защита металлоизделий».
• Позволяют решать широкий спектр практических задач по антикоррозионной
защите металлов.
• Используются на практике.
Консервация топливных баков
Консервация газовых турбин
Модули ингибированного
воздуха

12. 2. Технологии камерной защиты металлов.

Примеры технологических проектов
Технологии парофазной защиты металлов от атмосферной коррозии органическими ингибиторами коррозии
2. Технологии камерной защиты металлов.
• Не имеют аналогов в мире.
• Требуют лишь кратковременной герметизации источника ингибитора и
защищаемого изделия.
• Обеспечивают эффективную защиту широкого спектра металлов и сплавов.
• Отличаются низким расходом ингибитора и отсутствием отходов.
• Полностью готовы к промышленному внедрению.
Образцы металлов после натурных
коррозионных испытаний в течении 9 месяцев
(сталь) и 25 месяцев (медь, латунь) на
Московской коррозионной станции.

13.

Примеры технологических проектов
Технологии противообледенительных супергидрофобных покрытий для авиации и элементов инфраструктуры
Проблемой большинства покрытий, ориентированных на защиту
от атмосферного обледенения, является низкая эксплуатационная
долговечность.
В работах ИФХЭ РАН показано, какие свойства покрытий
способствуют долговечности функциональных свойств. Разработана
стратегия получения супергидрофобных покрытий, основанная на
тонкой настройке режимов лазерной обработки, позволившая
получить материалы с рекордными показателями по временам
задержки кристаллизации и формирования инея, а также
механической стойкости к внешним механическим нагрузкам [1,2].
Трехлетние испытания в открытых атмосферных условиях
свидетельствуют о том, что разработанная стратегия
позволяет преодолеть основные недостатки
противообледенительных покрытий, о которых сообщалось
в мировой литературе, и приводит к стойкости льдофобных
свойств при разрушающих атмосферных воздействиях.
[1] ACS Nano, 2019, 13(4), 4335
[2] ACS Nano, 2017, 11 (10), 10113

14.

Примеры технологических проектов
Технологии создания антибактериальных покрытий
Используя метод лазерной абляции, получены
супергидрофильные и супергидрофобные
покрытия, проявляющие повышенную
цитотоксичность по отношению к ряду
патогенных бактерий-возбудителей
больничных инфекций
1 сутки
6 суток
Показано, что режимы
экстремального смачивания
металлических материалов
позволяют достичь сильного
бактерицидного эффекта.
Применение таких материалов
для поверхностей касания в
лечебных учреждениях будет
способствовать подавлению
распространения ИСМП.
ACS Appl. Nano Mater. 2018, 1, 1348−1359
Colloids and Surfaces B 185 (2020) 110622

15.

Примеры технологических проектов
Технологии создания фармакологических наночастиц
Продукт
Дисперсии,
содержащие
сферические
наночастицы Au
или их конъюгаты
с тиолированными
соединениями
Основные характеристики
Диаметр: 3 50 нм
Концентрация: 0.05 5 мг/мл
= 500 540 нм
Дисперсионная среда: вода,
полярные органические растворители
Тип конъюгата – по запросу
Дисперсии,
содержащие
наностержни Au
или их конъюгаты
с тиолированными
соединениями
Диаметр: 5 10 нм
Длина: 20 80 нм
Концентрация: 0.05 5 мг/мл
= 600 1100 нм
Дисперсионная среда: вода,
полярные органические растворители
Область применения
Биомедицина: контрастирующие агенты
для оптической когерентной и
компьютерной томографии;
сенсибилизаторы лучевой
и лазерной терапии, носители
лекарственных препаратов и др.
Сенсорика: создание сенсоров,
работающих на эффекте гигантского
комбинационного рассеяния или
локализованного плазмонного резонанса,
активные элементы в плазмонном ПЦР и
др.
Создание новых устройств и материалов
фотоники, плазмоники и
термоплазмоники.
Стандарты для просвечивающей
электронной микроскопии и др.
Тип конъюгата – по запросу
Дисперсии,
содержащие
сферические
наночастицы Ag
Диаметр: 10 30 нм
Концентрация: 0.05 5 мг/мл
= 400 420 нм
Дисперсионная среда: вода, этанол
Биомедицина: бактерицидные материалы.
Сенсорика: создание сенсоров,
работающих на эффекте гигантского
комбинационного рассеяния или
локализованного плазмонного резонанса.
Создание новых устройств и материалов
фотоники, плазмоники

16.

Продукт
Основные характеристики
Дисперсии частиц
Au(Ag)-ядро/SiO2оболочка
Дисперсионная среда: вода,
полярные органические растворители
Дисперсии
мезопористых
частиц кремнезема
Тип пористой структуры:
гексагонально упорядоченная
Толщина оболочки: 5 20 нм
Диаметр: 80 160 нм
Концентрация: 0.1 10 мг/мл
Дисперсионная среда: вода, этанол
Тип пористой структуры: радиальная
Диаметр: 30 60 нм
Концентрация: 0.1 10 мг/мл
Дисперсионная среда: вода, этанол
Область применения
Биомедицина: контрастирующие агенты
для оптической когерентной и
компьютерной томографии;
сенсибилизаторы терапии, носители
лекарственных препаратов и др.
Сенсорика: создание сенсоров,
работающих на эффекте гигантского
комбинационного рассеяния или
локализованного плазмонного резонанса,
активные элементы в плазмонном ПЦР и
др.
Создание нанолазеров и других устройств
и материалов фотоники, плазмоники и
термоплазмоники.
Биомедицина: контрастирующие агенты
для ультразвуковой диагностики, носители
фотосенсибилизаторов и других
лекарственных препаратов.

17.

Примеры технологических проектов
Технологии переработки тяжелых нефтяных остатков
Комплексные хлоридные катализаторы на поверхности оксидов алюминия и железа
Intens. [a.u.]
Идентифицированы кластеры хлоридов металлов, обладающие
активностью в реакциях обессеривания и деструкции тяжелых
нефтяных остатков
160.611
6000
5000
NaxAl(Fe)yClz
197.616
4000
3000
2000
269.642
286.650
232.616
213.620
1000
184.717
302.857
248.633
323.836
360.825
0
150
175
200
225
250
275
300
325
350
375
m /z

18. Проблема появления «аммиачных домов»

Примеры технологических проектов
Технологии нейтрализации аммиака в бетоне
Проблема появления «аммиачных домов»
Проблема :
Причина:
Применение
карбамида
(мочевины)
в
качестве
противоморозной добавки в
бетон в ходе строительства
привело к эмиссии аммиака и
появлению
домов,
непригодных
для
эксплуатации/заселения
•ГОСТ
допускает
добавление
карбамида (мочевины) в строительный
бетон, в качестве противоморозной
добавки;
• ~ 20% валового состава бетонов
составляют пластификаторы и добавки,
в том числе и продукты их
трансформации
Решение:
Различные технологии
нейтрализации аммиака в бетоне
Следствие:
• Необходимо
осуществлять
прогноз
остаточного
содержания аммиака в бетоне;
• Необходим
контроль
за
содержанием
карбамида
(мочевины) в бетоне, а также
других
добавок
и
пластификаторов

19. Масс-спектр фракции смыва с бетона строительного объекта

Создана технология очистки бетона от карбамида
Intens. [a.u.]
Масс-спектр фракции смыва с бетона строительного объекта
H2
C
4000
+
SO3Na
SO3Na
n
H2O
+
SO3Na
n
CH2O
n
368.554
(NH2)2CO + H2O
3000
CO2 + 2NH3
|C10H8S3O9| H+
2000
98.766
|C10H8S3O8| H+
(NH2)2CO·K+
284.356
353.387
(NH2)2CO·Na+
82.776
112.685
340.489
1000
311.358
59.820
150.821
134.813
0
50
100
150
200
250
300
350
m /z
д3