ГРАНТЫ

В рамках проекта были решены следующие задачи:

1. Разработано программное обеспечение для расчета каталитического реактора парциального окисления метана, сухой, углекислотной и паровой конверсии метана.
2. Проведено компьютерное CFD моделирование твердооксидного топливного элемента методом конечных объемов.
3. Спроектированы технологические линии генерации водорода и электричества на основе высокотемпературного твердооксидного топливного элемента (с помощью пакета Aspen HYSYS).
4. Разработана клиент-серверная информационная система функциональных материалов и технологий для водородной энергетики.
5. Произведен поиск новых материалов для электрохимических устройств с использованием машинного обучения.

Разработано программное обеспечение с графическим интерфейсом для осуществления связи со спектрофотометрами Datacolor 550/600 и сканирования спектров отражения, а также база данных для хранения данных цветовых компонентов (колорантов) и цветовых рецептур.

В рамках проекта были решены следующие задачи:

1. Выполнено компьютерное моделирование твердооксидного топливного элемента дискового типа.
2. Разработаны компьютерные модели технологических энергоустановок с получением водорода и электроэнергии в твердооксидном топливном элементе.
3. Произведены расчет и оптимизация параметров топливного процессора на базе модели каталитического реактора для выбранных типов каталитических реакторов.
4. Проведена разработка модели, расчет и оптимизация параметров дожигателя на базе модели каталитического реактора с никелевым катализатором.
5. Разработана модель, проведен расчет и выбор параметров теплообменника для топлива и окислителя.

В рамках проекта были решены следующие задачи:

1. Выявлен механизм, создана компьютерная кинетическая модель реакции селективного окисления CO.
2. Проведено CFD моделирование топливного элемента методом конечных объемов.
3. Выявление и моделирование механизмов деградации катализатора топливного элемента.
4. Проведено моделирование и оптимизация биотопливного элемента.
5. Проведено компьютерное моделирование получения водорода методом электролиза.

На третьем году проекта были получены следующие результаты:

1. Исследован механизм кинетических реакций получения первичного золя.
2. Разработана математическая модель кинетики механизма реакций получения первичного золя.
3. Определены феноменологические коэффициенты в выражении для потока агрегации («константы» агрегации для системы CeO2–ZrO2 (при их соотношениях 4/1, 9/1, 1/1, 1/4)).
4. С использованием разработанного программного модуля и найденных значений: феноменологических коэффициентов, параметров структурных составляющих расчет кинетики агрегации частиц систем CeO2–ZrO2 (при их соотношениях 9/1; 4/1; 1/1; 1/4) определены времена выхода на стационарное состояние, определены оптимальные условия для получения частиц с размерами не более 10 нм.
5. Обобщены все полученные результаты. Построены зависимости, проведена корреляция для параметров структурной составляющей для всех исследуемых систем.

Результаты работ по второму этапу:

1. Создано интегро-дифференциальное уравнение баланса числа частиц нанокластеров (наночастиц), учитывающее одновременно явления: диффузии нанокластеров, агрегации нанокластеров (это уравнение является важным, так как явление агрегации происходит в пространстве).
2. На основе термодинамического подхода определена зависимость для ядра «коагуляции» (агрегации), отражающая истинную физико-химическую сущность протекающих явлений в прослойке между частицами (этот результат имеет научную значимость).
3. Для гидрозолей смешанных оксидов CeO2–ZrO2 (составов 9/1; 1/1; 1/4) определены значения параметров структурной составляющей расклинивающего давления в прослойке в широкой области pH среды.
4. Создано программное обеспечение, позволяющее: а) рассчитывать предельный устойчивый размер частиц; б) моделировать кинетический процесс агрегации.

Проведено экспериментальное исследование по получению керамоматричного композиционного материала SiC-ZrO2-Y2O3-УНТ. Разработано программное обеспечение, состоящее из программных модулей процесса измельчения и механоактивации и модуля процесса искрового плазменного спекания. Представлена технологическая схема получения композитов на основе карбида кремния, модифицированного углеродными нанотрубками и упрочненного частицами карбида кремния стабилизированными оксидом иттрия.

Результаты работ по первому этапу:

На основании термодинамического принципа анализа гетерогенной системы, в которой происходит явления агрегации наночастиц, получена в явном виде движущая сила агрегации, отражающая все составляющие: энергию броуновского движения (для столкновения частиц), энергию сил Ван-дер-Ваальса для притяжения частиц, энергию электростатических сил, структурную составляющую. Впервые применен вариационный принцип минимума производства энтропии (принцип И. Пригожина) для определения предельного размера при агрегации. Разработан алгоритм и программный модуль для определения параметров структурной составляющей расклинивающего давления. Определены параметры структурной составляющей для системы CeO2-ZrO2 (при соотношении компонентов 4/1). Спрогнозированы области значений pH, для которых не проводились экспериментальные исследования, в которых система CeO2-ZrO2 (4/1) является агрегативной устойчивой, а размеры частиц находятся в интервале (3-13 нм).

В работе созданы фундаментальные основы технологии получения функциональных керамоматричных композитов на основе неоксидных керамических матриц (карбид кремния) с упрочняющей добавкой из диоксида циркония частично стабилизованного оксидом иттрия. Исследована кинетика процессов измельчения, механоактивации и консолидации методом одноосного горячего прессования керамоматричных композитов на основе карбида кремния. Разработаны математические модели процессов измельчения, механоактивации и консолидации с учетом физико-химической сущности протекаемых явлений. В результате выполнения проекта получен керамоматричный композит SiC-ZrO2-Y2O3.

Результаты работ по третьему этапу, выполненные за счет средств субсидии:

1. Проведены экспериментальные исследования кинетических параметров процесса высокоэнергетического механического смешения-дезагрегации добавок-легантов с бескислородными керамическими матрицами: 1) – из SiC; 2) – эвтектическая композиция: ZrB2-ZrC, и армирующей составляющей в виде допированных УНТ на реологические свойства композиционной шихты.
2. Проведены экспериментальные исследования кинетических и термодинамических параметров процесса горячего (одноосного) спекания для получения мелкокристаллической структуры композита состава: ZrB2 – ZrC/-экранирующая добавка частично стабилизированный ZrO2, армированных допированными УНТ, с содержанием эвтектики [ZrB2 – ZrC] ≥ 55%.
3. Проведены экспериментальные исследования кинетических параметров процесса консолидации керамоматричных композитов SiC/-экранирующая добавка MgAl2O4, с содержанием SiC ≥ 65,5%, армированного допированными азотом нанотрубками методом искрового плазменного спекания.
4. Разработана Программа и методики исследовательских испытаний экспериментальных образцов керамоматричных композитов на основе бескислородных керамических матриц состава: - SiC/ экранирующая добавка MgAl2O4, армированного легированными нанотрубками; ZrB2 – ZrC/-экранирующая добавка частично стабилизированный ZrO2, армированных допированными УНТ.
5. Изготовлены и проведены испытания экспериментальных образцов керамоматричных композитов состава: - SiC/ экранирующая добавка MgAl2O4, армированного легированными нанотрубками; ZrB2 – ZrC/-экранирующая добавка частично стабилизированный ZrO2, армированных допированными УНТ.
6. Разработаны лабораторные регламенты получения композитов на основе бескислородной керамической матрицы: а) из карбида кремния SiC ≥ 65,5%/- экранирующая добавка MgAl2O4 и армирующего компонента в виде легированных азотом нанотрубок; б) эвтектического состава в системе: [ZrB2-ZrC] ≥ 55%, армированного легированными азотом нанотрубками и экранирующей добавкой на основе частично стабилизированного ZrО2.
7. Проведены исследования кинетики процесса консолидации композитов состава: B4C-дисперсионно упрочненный наночастицами карбида кремния и армирующей структурой в виде легированных нанотрубок.
8. Разработана Программа и методики исследовательских испытаний экспериментальных образцов керамоматричных композитов состава: B4C/-наночастицы карбида кремния, армированного легированными нанотрубками.
9. Изготовлены и проведены испытания экспериментальных образцов керамоматричных композитов на основе бескислородной керамической матрицы состава: B4C/-наночастицы карбида кремния, армированного легированными нанотрубками.
10. Разработан лабораторный регламент получения экспериментальных образцов композитов на основе бескислородной керамической матрицы из карбида бора (B4C), армированного допированными азотом УНТ и наночастицами карбида кремния.
11. Спроектирована логика взаимодействия составных компонентов модуля поиска, анализа и добычи информации по нанокомпозитам.
12. Проведено компьютерное моделирование процесса распылительной сушки.
13. Разработан программный модуль расчета физико-химических свойств керамоматричного композита.
14. Проведено компьютерное моделирование и определены оптимальные параметры процессов: распылительной сушки и измельчения, ИПС спекания в процессах получения композитов на основе бескислородных матриц.
15. Проведена отладка и тестирование разработанной информационной системы в области нанокомпозитов.
16. Разработан проект технического задания на ОТР по теме: «Разработка технологии опытного производства получения керамоматричного композита на основе бескислородной матрицы карбида кремния, армированного углеродными нанотрубками, с повышенной термостойкостью и трещиностойкостью».
17. Проведены модельная (с применением специализированного программного обеспечения) и экспериментальная оценка поведения разрабатываемых композитов состава B4C-Al/Mg-nanoW в условиях радиационного воздействия.
18. Разработана Программа и методики исследовательских испытаний, экспериментальных образцов керамоматричных композитов состава: B4C-Al/Mg-nanoW.
19. Изготовлены и проведены испытания экспериментальных образцов керамоматричных композитов на основе бескислородной керамической матрицы состава: B4C-Al/Mg-nanoW.
20. Разработан лабораторный регламент получения экспериментальных образцов композита на основе B4C-nanoW, армированного пластифицирующим металлическим сплавом Al/Mg.
21. Разработан проект технического задания на проведение ОТР по теме «Разработка технологии композита B4C-Al/Mg-W для радиационной защиты внешней бортовой электроники космических аппаратов».
22. Разработаны рекомендации по использованию результатов ПНИ в реальном секторе экономики.
23. Проведена оптимизация технологических решений получения керамоматричных композитов на основе Al2O3 дисперсионно-упрочненной наночастицами частично стабилизированного ZrO2 и армирующими нанотрубками, методом одноосного горячего прессования для последующей адаптации разрабатываемых процессов к промышленному производству.
24. Проведена оптимизация технологических решений получения керамоматричных композитов на основе бескислородной карбидной матрицы (SiC), легированной субмикронными эвтектическим структурами – модификаторами, и армированного УНТ, методом горячего одноосного прессования.

Результаты работ по третьему этапу, выполненные за счет внебюджетных средств:

25. Проведены экспериментальные исследования по подбору условий формования текстурированных пресс-порошков состава B4C-нано карбид кремния, армированного углеродными нанотрубками.
26. Проведена оптимизация отжига компаундов на основе бескислородной матриц из карбида бора, модифицированного наночастицами карбида кремния и армированного углеродными нанотрубками.
27. Проведены исследования по отработке технологии спекания элементов заготовок-компаундов состава B4C-нано карбид кремния-углеродные нанотрубки, методом одноосного горячего прессования.
28. Разработана Программа и методики исследовательских испытаний, экспериментальных образцов керамоматричных композитов состава: B4C-нано карбид кремния-углеродные нанотрубки.
29. Изготовлены и проведены испытания экспериментальных образцов композита состава: B4C-нано карбид кремния-углеродные нанотрубки.

Результаты работ по третьему этапу, выполненные за счет средств субсидии:

1. Результаты исследований характеристик углеродных нанотрубок;
2. Описание математической модели процесса углекислотной конверсии попутных нефтяных газов в реакторе с высокопористым ячеистым материалом (ВПЯМ);
3. Алгоритм расчета процесса углекислотной конверсии с использованием пакета ANSYS;
4. Результаты вычислительного эксперимента по моделированию процесса углекислотной конверсии из попутных нефтяных газов в реакторе с высокопористым ячеистым материалом;
5. Описание изготовления образца лабораторного газогенератора с организацией циклического воздействия;
6. Результаты экспериментальных исследований в лабораторном мембранном каталитическом реакторе по разработанной программе и методике;
7. Описание сопоставления результатов расчета вычислительного эксперимента в реакторе с высокопористым ячеистым материалом с мембранным каталитическим реактором;
8. Результаты испытаний газогенератора на лабораторном стенде;
9. Описание анализа результатов работы Университета Колумбии по циклической закачке газа;
10. Описание методики увеличения нефтедобычи за счет использования совмещенного процесса, состоящего из стадий: а) циклического термогазохимического воздействия; б) циклической закачки пара;
11. Результаты определения оптимальных режимов работ мембранного каталитического реактора (с катализатором на основе карбида вольфрама и молибдена) для процесса углекислотной конверсии попутных нефтяных газов;
12. Описание технико-экономической оценки рыночного потенциала полученных результатов;
13. Описание рекомендаций и предложений по использованию результатов работы в реальном секторе экономики;
14. Отчет о дополнительных патентных исследованиях;
15. Программа и методики исследований углеродных нанотрубок, допированных азотом;
16. Программа и методики экспериментальных исследований мембранного каталитического реактора;
17. Конструкторская документация образца реактора с высокопористым ячеистым материалом (в случае целесообразности);
18. Программа и методики испытаний газогенератора;
19. Проект ТЗ на ОТР: «Создание технологии увеличения добычи нефти за счет термогазохимического воздействия и циклической закачки газа»;
20. Описание модели пилотного масштаба для колумбийского месторождения;
21. Описание необходимых свойств горной породы и жидкостного флюида;
22. Результаты оптимизации процесса циклической закачки дымовых газов или азота с водяным паром по параметрам эксплуатации;
23. Сравнение методов циклической закачки водяного пара и циклической закачки дымовых газов или азота с водяным паром;
24. Оценка экономической эффективности циклической закачки дымовых газов или азота с водяным паром в зависимости от объема производства.

Осуществлено исследование кинетического механизма реакций гидрирования с переносом водорода. На основе имеющихся моделей периодического реактора идеального смешения и проточного реактора и составленных кинетических моделей для реакции гидрирования бензальдегида разработаны программные модули для нахождения конверсии реагентов. Построены зависимости степени превращения бензальдегида от времени. Проведена оценка разброса результатов с помощью коэффициента детерминации и определен механизм, наилучшим образом описывающий экспериментальные данные.

Разработана математическая модель биотопливных полу-элементов (БТЭ) на основе лакказы и глюкозодегидрогеназы, объединяющая в себе уравнения ферментативной и электрохимической кинетики, материальный баланс и баланс заряда.

1. Разработан анодный катализатор;
2. Разработан прототип конструкции биотопливного элемента;
3. Проведены исследования в биотопливном элементе.

Результаты работ по второму этапу, выполненные за счет средств субсидии:

1. Проведены экспериментальные исследования по выбору составов стеклообразующих добавок, для матрицы композита из оксида алюминия и отработке режимов диспергирования — гомогенизации методом механоактивации: — добавок-легантов в матрице композита с содержанием Al2O3 ≥ 99,5% и — стеклообразующих добавок в матрице композита с содержанием Al2O3 ≥ 96%.
2. Проведены экспериментальные исследования физико-химических и реологических характеристик суспензий — шликеров композитов из оксида алюминия( с содержанием Al2O3 ≥ 99,5% и Al2O3 ≥96%).
3. Выполнена отработка технологии сушки гомогенной композиционной шихты — шликеров композитов из оксида алюминия( с содержанием Al2O3 ≥ 99,5% и Al2O3 ≥96%), методом распылительной сушки.
4. Проведены экспериментальные исследования по отработке технологических характеристик пластифицированных суспензий — шликера(с содержанием Al2O3 ≥ 99,5%); при пленочном литье методом раскатывания на основу.
5. Проведены исследования кинетических параметров процесса ламинирования керамических компаундов (с содержанием Al2O3 ≥ 99,5%).
6. Проведены экспериментальные исследования по отработке процесса предварительного отжига и спекания компаундов из оксида алюминия включающие в себя: 1) определение температурно-временных факторов, обеспечивающих равномерное удаление пластифицирующих добавок по всему объему компаунда; 2) отработка кинетических параметров интенсификации процесса спекания в газовой среде для получения мелкокристаллической структуры, относительно роста кристаллов матрицы.
7. Изготовлены и проведены испытания экспериментальных образцов композитов на основе керамической матрицы из оксида алюминия (с содержанием Al2O3 ≥ 99,5 % и Al2O3 ≥ 99,6 %).
8. Разработана Программа и методики испытаний, полученных экспериментальных образцов композитов на основе оксидной керамической матрицы (с содержанием Al2O3 ≥ 99,5 % и Al2O3 ≥ 99,6 %).
9. Проведено исследование кинетических параметров процессов консолидации и отработка режимов обжига керамоматричных композитов на основе оксида алюминия, армированного дискретными волокнами из ZrO2 и упрочненного частицами частично стабилизированного ZrO2 методом одноосного горячего прессования.
10. Изготовлены и проведены испытания экспериментальных образцов керамоматричных композитов на основе оксидной матрицы (Al2O3, армированного дискретными волокнами и упрочненного частицами частично стабилизированного ZrO2).
11. Проведено исследование кинетических параметров процесса консолидации керамоматричных композитов на основе оксидных керамических матриц составов: — эвтектическая композиция в системе Al2O3-ZrO2-Υ2O3, армированная допированными азотом УНТ и — Al2O3, упрочненный нано частицами частично стабилизированного ZrO2 и армированный допированными азотом нанотрубками, методом искрового плазменного спекания (ИПС).
12. Изготовлены и проведены испытания экспериментальных образцов керамоматричных композитов на основе оксидной матрицы (эвтектика в системе: Al2O3-ZrO2-Υ2O3, армированная допированными азотом УНТ и — Al2O3, упрочненный нано частицами частично стабилизированного ZrO2 и армированный допированными азотом нанотрубками).
13. Разработана Программа и методики испытаний, полученных экспериментальных образцов композитов на основе оксидной керамической матрицы (эвтектика в системе: Al2O3-ZrO2-Υ2O3, армированная допированными азотом УНТ и — Al2O3, упрочненный частицами частично стабилизированного ZrO2 и армированный допированными азотом нанотрубками), полученных методами ИПС и одноосного горячего прессования.
14. Разработаны лабораторные регламенты получения экспериментальных образцов композитов: a) на основе оксидной керамической матрицы из оксида алюминия, армированного легированными УНТ и дисперсионно-упрочненного частицами частично стабилизированного ZrO2; б) на основе оксидной керамической матрицы из оксида алюминия, армированного дискретными волокнами из ZrO2 и дисперсионно-упрочненного частицами частично стабилизированного ZrO2; в) на основе оксидной керамической матрицы эвтектического состава в системе: Al2O3-ZrO2-Y2O3, армированного легированными азотом УНТ.
15. Разработана предметная онтология в области нанокомпозитов информационной системы (создание классов и свойств классов).
16. Разработан программный модуль моделирования процесса измельчения (высокоэнергетического смешения).
17. Разработана математическая модель для прогнозирования свойств композита.
18. Разработан программный интеллектуальный модуль поиска, добычи и хранения информации из Интернет-источников мирового научного сообщества.
19. Разработана математическая модель распылительной сушки гомогенной композиционной шихты.
20. Разработан программный модуль процесса ИПС спекания композитов.
21. Разработана схема алгоритма решения уравнений математической модели моделирования физико-химических свойств композитов.
22. Спроектирована и разработана ультразвуковая оснастка для воздействия на консолидируемый композит состава B4C — Al/Mg — nanoW.
23. Проведены экспериментальные исследования реологических характеристик прессуемости порошковых композиционных смесей состава: B4C — Al/Mg — nanoW с оптимизированным содержанием компонентов от условий внешнего энергетического воздействия (ультразвуковых колебаний, температуры, давления).
24. Исследованы структурные характеристики консолидированных композитов состава: B4C-Al/Mg-nanoW, с выявлением закономерностей между свойствами консолидированного композита, режимами консолидации и параметрами межчастичного взаимодействия при компактировании, включающие в себя: пористость; свойства межзёрененных границ; фазовый состав; размер областей когерентного рассеяния и их микронапряжений.
25. Проведены исследования по оптимизации режимов получения композитного материала состава B4C — Al/Mg — nanoW по критериям лучшего сочетания их прочностных и структурных свойств.

Результаты работ по второму этапу, выполненные за счет средств Индустриального партнера:

26. Разработан лабораторный регламент получения экспериментальных образцов композитов на основе оксидной керамической матрицы из оксида алюминия (с содержанием Al2O3≥96%) дисперсионно-упрочненных субмикронными частицами стеклообразующего минерализатора с низким порогом кристаллизации, обеспечивающего растягивающие непрерывные структуры в матрице композита.
27. Разработан лабораторный регламент получения экспериментальных образцов композитов на основе оксида алюминия (с содержанием Al2O3≥99,5%), легированного окислами-модификаторами.

Результаты работ по второму этапу, выполненные за счет внебюджетных средств:

28. Выбран оптимальный состав сырья для керамоматричного материала из оксида алюминия (с содержанием AI2O3 ≥99,5%) как материала для подложек интегральных микросхем.
29. Разработана конструкторская документация на технологическую оснастку и изготовлена технологическая оснастка для керамоматричного материала из оксида алюминия (с содержанием AI2O3 ≥99,5%).
30. Изготовлены экспериментальные образцы — подложка керамоматричного материала из оксида алюминия, дисперсионно упрочненного легантами — модификаторам методом пленочного литья и проведены исследования электрофизических и механических характеристик экспериментальной образцов.
31. Приобретена установка для измерения ρ и tgδ образцов экспериментальной партии подложек из выбранного состава сырья.

Результаты работ по второму этапу, выполненные за счет средств субсидии:

1. Разработана лабораторная методика получения мембранных катализаторов на основе карбидов вольфрама и молибдена для процесса углекислотной конверсии попутных нефтяных газов.
2. Изготовлены мембраны для газогенератора по разработанной документации.
3. Изготовлены образцы разработанного твердого топлива для организации циклического воздействия.
4. Разработаны программы и методика экспериментальных исследований твердотопливных композиций с организацией циклического воздействия.
5. Получены допированные азотом углеродные нанотрубки с использованием каталитического пиролиза попутных нефтяных газов.
6. Получен мембранный катализатор на основе карбидов вольфрама и молибдена для процесса углекислотой конверсии попутных нефтяных газов.
7. Проведены экспериментальные исследования по созданию механизма кинетики углекислотной конверсии попутных нефтяных газов.
8. Создан Программный модуль для поиска кинетических параметров углекислотной конверсии попутных нефтяных газов.
9. Проведены экспериментальные исследования твердого топлива с организацией циклического воздействия по разработанной программе и методике.
10. Разработана программа и методика по испытанию мембран.
11. Проведены испытания мембран по разработанной программе и методике.
12. Разработана программа и методика экспериментальных исследований мембранных катализаторов на основе карбидов вольфрама и молибдена для процесса углекислотой конверсии попутных нефтяных газов.
13. Определены кинетические параметры элементарных стадий процесса углекислотной конверсии попутных нефтяных газов.
14. Разработана эскизная конструкторская документация лабораторного образца газогенератора для организации циклического воздействия.
15. Проведены экспериментальные исследования мембранных катализаторов на основе карбидов вольфрама и молибдена.

Работы Иностранного партнера, выполненные за счет внебюджетных средств:

16. Определен состав дымовых газов после парогенераторов.
17. Рассчитано удельное количество попутного нефтяного газа и образующихся дымовых газов на единицы водяного пара.
18. Проведены исследования процессов улавливания и хранения дымовых газов.
19. Проведен анализ процессов улавливания азота в воздухе.
20. Проведен анализ закачки дымовых газов либо азота в лабораторном масштабе по литературным данным.

В ходе этого проекта в 2017 году получены следующие результаты: определены энергии активации реакций процесса углекислотной конверсии метана на катализаторе.

Проект продолжается в 2017 году.

В ходе этого проекта в 2017 году были получены следующие результаты:

Разработана математическая модель биотопливных полу-элементов (БТЭ) на основе лакказы и глюкозодегидрогеназы, объединяющая в себе уравнения ферментативной и электрохимической кинетики, материальный баланс и баланс заряда.

Результаты работ по первому этапу, выполненных за счет средств субсидии:

1. Проведен аналитический обзор научно-технической, нормативной, методической литературы, затрагивающей проблему создания нового типа передовых керамоматричных композитов с добавлением армирующих и упрочняющих структур. Проведены патентные исследования по ГОСТ 15.011 – 96.
2. Сформулирован выбор и обоснование направления исследований.
3. Разработаны технологические требования для материалов разрабатываемых композитов, исходных порошковых материалов и допированных углеродных нанотрубок и дискретных поликристаллических волокон из диоксида циркония.
4. Разработаны Программы и методики и проведены структурно-фазовые исследования исходных материалов.
5. Выбран состав модификатора-добавки для матрицы композита на основе оксида алюминия.
6. Проведены исследования кинетических и термодинамических параметров процесса кристаллизации добавки модификатора в матрице композита на основе оксида алюминия.
7. Разработан лабораторный регламент по получению добавок модификатора (эвтектических добавок).
8. Проведены экспериментальные исследования по легированию углеродных нанотрубок для устранения проблем интеграции в керамическую матрицу и распределения в виде непрерывных наноструктур.
9. Проведены исследования оптимальных режимов получения легированных углеродных нанотрубок.
10. Изготовлены экспериментальные образцы легированных (допированных азотом) углеродных нанотрубок.
11. Разработаны Программы и методики исследований свойств полученных допированных азотом экспериментальных образцов углеродных нанотрубок.
12. Проведены исследования по определению свойств полученных допированных азотом экспериментальных образцов углеродных нанотрубок.
13. Спроектирована информационная система в области нанокомпозитов, в том числе: разработана структуры функциональных подсистем, инфологической и даталогической моделей базы данных, блок-схем алгоритмов основных программных модулей.
14. Разработана математическая модель процесса измельчения, блок-схемы алгоритма решения уравнений математической модели.
15. Разработана математическая модель процесса импульсно-плазменного спекания керамоматричных композитов на основе кислородных и бескислородных матриц, армированных УНТ; блок-схема алгоритма решения уравнений математической модели.
16. Разработана комплексная характеризация исходных порошковых компонентов (порошков матричного сплава Al/Mg, карбида бора, вольфрама) по их морфологическим, дисперсным и структурным свойствам.
17. Построены дискретно-элементные модели упаковки порошковых смесей B4C-Al/Mg-W с различным содержанием компонентов с использованием экспериментальных данных характеризации. Модельная оптимизация количественного содержания компонентов порошковой смеси B4C-Al/Mg-W по критериям максимальной плотности и координационного числа при минимальных затратах на деформацию и перемещение частиц в смеси.
18. Проведено исследование процессов химического взаимодействия компонентов порошковой смеси друг с другом и с содержащей кислород атмосферой при различных давлениях и температуре; выработка рекомендаций по защите компонентов смеси от окисления в процессе консолидации.
19. Проведены исследования свойств прессуемости отдельных компонентов и их смесей B4C-Al/Mg-W с различным содержанием в рамках Механистической модели прессования с выявлением основных характеристик материалов: уплотняемости, прессуемости, коэффициента характеристик; определение границ наступления и окончания основных этапов и стадий уплотнения, на которых с разной степенью преобладают процессы взаимной упаковки частиц или их деформации.
20. Построены конечно-элементные модели процесса консолидации исследуемых материалов B4C-Al/Mg-W с последующей оптимизацией кинематической схемы их прессования в изделия заданной формы в различных условиях внешнего воздействия.
21. Спроектирована и разработана принципиально новая прессовая оснастка, реализующая возможность прессования изделий давлениями, превышающими значения пределов прочности материала пресс-форм. 3D-прототипирование прессовой оснастки; выявлены проблемные узлы, оптимизированы её массогабаритные и прочностные характеристики. Разработана эскизная конструкторская документация на изготовление лабораторной прессовой оснастки для воздействия на консолидируемый композит состава (B4C + Al/Mg + nanoW).
22. Написан промежуточный отчет о ПНИ.
23. Проведены исследования по отработке технологии сушки-гранулирования композитной шихты (на основе оксидных матриц, армированных эвтектическими стеклообразующимися структурами).
24. Проведены исследования термодинамических и кинетических параметров консолидации керамоматричных композитов на основе оксидных матриц.
25. Проведены испытания экспериментальных образцов оксидных керамоматричных композитов по разработанным программам и методикам.

Результаты работ по первому этапу, выполненных за счет средств субсидии:

1. Проведен аналитический обзор литературы
2. Сделан обоснованный выбор направлений дальнейших исследований
3. Проведены патентные исследования
4. Выполнено проектирование разрывных мембран для блока воспламенения в составе газогенератора.
5. Разработана эскизная документация для изготовления разрывных мембран.
6. Разработан состав твердотопливных композиций с циклическим термогазохимическим воздействием на призабойную зону.
7. Разработана лабораторная методика для создания твердотопливных композиций с организацией циклического воздействия.
8. Разработана математическая модель кинетики углекислотной конверсии попутных нефтяных газов.
9. Разработана лабораторная методика получения допированных азотом углеродных нанотрубок.

Результаты работ по первому этапу, выполненных за счет внебюджетных средств:

1. Выполнено исследование процесса циклической закачки пара.
2. Дана оценка физико-химических эффектов, возникающих при закачке дымовых газов.
3. Определены параметры с наибольшим влиянием на процесс циклической закачки дымовых газов.
4. Выполнена оценка свойств горной породы и органического флюида.
5. Выполнен обзор публикаций.

Проект запущен в 2017 году.

В ходе этого проекта в 2016 году были получены следующие результаты:

1. Проведены экспериментальные лабораторные исследования по конструированию анода.
2. Разработана математическая модель адсорбции лакказы на углеродных материалах различной дисперсности.

В ходе этого проекта в 2016 году получены следующие результаты:

1. Разработана математическая модель и программный модуль для расчета искрового плазменного спекания композита на основе α - Al2O3, армированного УНТ и определены оптимальные режимы.
2. Разработана промышленная технологическая схема получения композитов на основе α - Al2O3, армированных УНТ, методом свободного спекания в проточной среде аргона.

В ходе выполнения этого проекта в 2016 году были проведены следующие работы на основе разработанных ранее в 2015 году программных модулей:

1. был осуществлен расчет: – электронных свойств идеальных нанотрубок различной геометрии; – электронных свойств нанотрубок с точечными дефектами замещения; – электронных свойств нанотрубок, содержащих множественные дефекты замещения; – электронных свойств нанотрубок, состоящих из атомов золота;
2. были изучены для роста алмазной пленки: – процесс формирования кристаллической алмазной пленки методом CVD; – влияние важнейших стадий на качество формирования алмазной пленки; – влияние латеральных взаимодействий на формирование димерных рядов; – влияния скоростей реакций миграции вниз на количество дефектов.
3. были рассчитаны для микропокрытий: – кинетические параметры сахарного покрытия на таблетки; – генерация пористого слоя покрытия; – скорости полива, испарения влаги с поверхности пленки, диффузии в покрытии, кристаллизации в покрытии.
4. были определены для процесса формирования наночастиц оксида титана: – кинетические параметры для двух механизмов агрегации OH – OH, OH – OR; – преобладающего механизма агрегации; – влияние pH, концентрации электролита на функцию распределения частиц по размерам и на средний размер; – оптимальные соотношения для реагентов для получения наночастиц диоксида титана с размером 14-15 нм.
5. были рассчитаны для массопереноса в нанопоре мембраны: - зависимости коэффициентов диффузии компонентов: аргона, водорода, метана от параметров: диаметра поры, температуры, давления в поре; - оптимальные параметры для разделения смеси CH4 – H2.

В ходе этого проекта в 2016 году получены следующие результаты:

На основе разработанных алгоритмов и блок-схем создан программный модуль для расчета химических превращений в нанопоре мембраны.

В ходе этого проекта в 2016 году была разработана математическая модель процесса деградации с целью прогнозирования рабочего ресурса топливного элемента, которая включает в себя основные механизмы деградации платинового катализатора: электрохимическое растворение наночастиц платины, рост частиц за счет созревания Оствальда, миграцию частиц по углеродному носителю, коалесценцию мелких частиц, диффузию ионов платины в иономере и их уход в мембрану.

• Создание высокопроизводительного программного обеспечения для суперкомпьютерного моделирования новых материалов с заданными свойствами
• Синтез методами вакуумного и искрового плазменного спекания и анализ свойств нанокомпозитов на основе керамических матриц, армированных углеродными нанотрубками
• Создание высокоактивных и стабильных катализаторов на основе нанотрубок и модифицированной платины для топливных элементов
• Экспериментальные и кинетические исследования, математическое моделирование углекислотной конверсии метана в мембранном реакторе с мембранным катализатором

Студенты кафедры ИКТ проходят обучение на промышленных суперкомпьютерах, занимаются моделированием различных процессов с использованием высокопроизводительных вычислений, изучают системы автоматизированного проектирования.

• Синтез методами вакуумного и искрового плазменного спекания и анализ свойств нанокомпозитов на основе керамических матриц, армированных углеродными нанотрубками
• Создание высокопроизводительного программного обеспечения для суперкомпьютерного моделирования новых материалов с заданными свойствами
• Создание высокоактивных и стабильных катализаторов на основе нанотрубок и модифицированной платины для топливных элементов
• Проведение полного комплекса исследований по созданию энергоэффективного экологически безопасного энергетического комплекса малой мощности на основе электрохимического блока (топливного элемента) рекуперации отходящих газов производства углеродных нанотрубок

• Разработка научных основ термогазохимического воздействия на нефтяные и газоконденсатные скважины с целью повышения компонентоотдачи и новых технологий утилизации попутных нефтяных газов
• Разработка программно-информационного комплекса в области процессов химической технологии, водородной энергетики, наноиндустрии
• Разработка процессов утилизации отходов фосфорной промышленности и ресурсосберегающих, гибких технологий получения широкого класса фосфоросодержащих продуктов. Разработка информационной системы для создания безотходных производств фосфоросодержащих продуктов
• Разработка фундаментальных основ каталитического процесса получения углеродных нанотруб и водорода в непрерывных реакторах шнекового типа (производительностью 1 кг/час) с применением для разделения водородсодержащих газов каталитических материалов
• Фундаментальные исследования каталитических систем и создание лабораторного образца высокопористого ячеистого катализатора с наноструктурированным покрытием для детоксикации отходящих газов, содержащих СО и оксиды азота
• Проведение полного комплекса исследований по созданию энергоэффективного экологически безопасного энергетического комплекса малой мощности на основе электрохимического блока (топливного элемента) рекуперации отходящих газов производства углеродных нанотрубок

• Создание программно-информационного комплекса для решения прикладных задач в нанотехнологиях, водородной энергетике, биоинформатике, нефтехимии и химической технологии
• Создание программного информационного комплекса для получения катализаторов нового поколения
• Разработка методов создания и исследование наноструктурированных электрокаталитических систем, с уменьшенным содержанием платины, при использовании новых типов носителей (нанотрубки, оксиды титана) и электродов ТЭ на их основе, оптимизированных путем моделирования процессов, с целью создания топливных элементов нового поколения, со сниженной стоимостью
• Направленный синтез высокопористых и высокопроницаемых каталитических систем ячеистой структуры для процессов каталитической очистки сбросных газов химических и металлургических производств от СО, СН и NOx
• Разработка программно-информационного комплекса в области процессов химической технологии, водородной энергетики, наноиндустрии
• Разработка процессов утилизации отходов фосфорной промышленности и ресурсосберегающих, гибких технологий получения широкого класса фосфоросодержащих продуктов. Разработка информационной системы для создания безотходных производств фосфоросодержащих продуктов
• Исследование и моделирование явлений, протекающих в порах при мембранном разделении
• Разработка фундаментальных основ каталитического процесса получения углеродных нанотруб и водорода в непрерывных реакторах шнекового типа (производительностью 1 кг/час) с применением для разделения водородсодержащих газов каталитических материалов
• Фундаментальные исследования каталитических систем и создание лабораторного образца высокопористого ячеистого катализатора с наноструктурированным покрытием для детоксикации отходящих газов, содержащих СО и оксиды азота
• Организация школ «Юный программист» и «Юный физик» для учащихся средних школ Северо-Западного округа с целью проведения ранней профориентации школьников
• Разработка и исследование ячеечно-нейросетевых моделей для прогнозирования загрязнения воздуха типовыми техногенными источниками выбросов при нестационарных внешних условиях

• Разработка программного обеспечения для расчетов в наноиндустрии
• Разработка информационно-вычислительной системы параметрического анализа базовых моделей химической кинетики, термокинетики и макрокинетики
• Создание программно-информационного комплекса для решения прикладных задач в нанотехнологиях, водородной энергетике, биоинформатике, нефтехимии и химической технологии
• Создание программного информационного комплекса для получения катализаторов нового поколения
• Разработка методов создания и исследование наноструктурированных электрокаталитических систем, с уменьшенным содержанием платины, при использовании новых типов носителей (нанотрубки, оксиды титана) и электродов ТЭ на их основе, оптимизированных путем моделирования процессов, с целью создания топливных элементов нового поколения, со сниженной стоимостью
• Направленный синтез высокопористых и высокопроницаемых каталитических систем ячеистой структуры для процессов каталитической очистки сбросных газов химических и металлургических производств от СО, СН и NOx
• Разработка программно-информационного комплекса в области процессов химической технологии, водородной энергетики, наноиндустрии
• Разработка процессов утилизации отходов фосфорной промышленности и ресурсосберегающих, гибких технологий получения широкого класса фосфоросодержащих продуктов. Разработка информационной системы для создания безотходных производств фосфоросодержащих продуктов
• Исследование и моделирование явлений, протекающих в порах при мембранном разделении
• Разработка фундаментальных основ каталитического процесса получения углеродных нанотруб и водорода в непрерывных реакторах шнекового типа (производительностью 1 кг/час) с применением для разделения водородсодержащих газов каталитических материалов
• Фундаментальные исследования каталитических систем и создание лабораторного образца высокопористого ячеистого катализатора с наноструктурированным покрытием для детоксикации отходящих газов, содержащих СО и оксиды азота

• Комплексные исследования в области создания и перспектив применения нового поколения полимерных нанокомпозиционных материалов, модифицированных углеродными нановолокнами, слоистыми алюмосиликатами
• Исследование химического взаимодействия продуктов горения смесевых твердотопливных композиций с различными породами нефтегазовых месторождений в условиях обработки скважин твердотопливными газогенераторами
• Разработка и создание экспериментального образца установки непрерывного действия для получения углеродных нанотруб из углеводородного сырья с участием научных организаций Франции
• Разработка программного обеспечения для расчетов в наноиндустрии
• Разработка информационно-вычислительной системы параметрического анализа базовых моделей химической кинетики, термокинетики и макрокинетики
• Исследование физико-химического воздействия продуктов горения энергетических материалов на состояние призабойной зоны пласта и продуктивность малодебитных нефтяных скважин
• Создание программно-информационного комплекса для решения прикладных задач в нанотехнологиях, водородной энергетике, биоинформатике, нефтехимии и химической технологии
• Создание программного информационного комплекса для получения катализаторов нового поколения