Направления научной деятельности

Научно-педагогические кадры

На кафедре работают: 7 докторов наук, 2 доцента (докторанта) и 4 кандидата наук.

Направления

Кафедра осуществляет подготовку:

  • бакалавров по направлению 04.03.01 “Химия”, профилю “Химия твердого тела и материаловедение”;
  • магистров по направлению 04.04.01 “Химия”, профилю “Химия твердого тела”;

Аспирантура:

Кафедра осуществляет подготовку аспирантов по специальности “Физическая химия”.

Основные направления научной деятельности кафедры

Кафедра ведет научные исследования в области химии твердого тела и химического материаловедения по направлениям:

1. Получение и изучение свойств наноразмерных и наноструктурированных полиметаллических систем (порошки, пленки, структуры «ядро-оболочка», композиты)

Лаборатория «Получение, изучение свойств и перспектив практического применения частиц металлов нанометровых размеров». Научный руководитель: чл.-корр. РАН, д.х.н., профессор Захаров Ю.А.; сотрудники: к.х.н., зав. лаб. Колмыков Р.П.; к.х.н., вед. инженер Иванов А.В., к.х.н., вед. инженер Датий К.А., вед. инженер Федорова Н.М.; аспиранты - Вальнюкова А.С., Кубылинская А.А., Иванов Н.В. (работы совместно с кафедрой аналитической и неорганической химии)

Основные результаты: Впервые организованы системные исследования синтеза и свойств технически перспективных наноразмерных многокомпонентных систем переходных металлов, получены новые фундаментальные результаты по особенностям их свойств. Изучены химические и фазовые составы промежуточных и конечных (целевых) продуктов, установлены схемы (модели) процессов получения полиметаллических порошков взаимных систем Pt, Fe, Co, Ni, Cu, Cd,а также систем «магнитное ядро-благородная оболочка» методом жидкофазного восстановления смесей водных растворов солей металлов, исследована морфология частиц, построены фазовые портреты систем, рассмотрены их магнитные характеристики и выполнено изучение и анализ особенностей свойств наноразмерных полиметаллов относительно массивных (макроразмерных) аналогов и установление перспектив использования оптимизированных по свойствам наночастиц в качестве новых функциональных материалов (магнитных, электродных) с высоким уровнем характеристик.

Лаборатория «Рентгеноструктурный анализ наноразмерных систем», научный руководитель  к.х.н, доцент Пугачев В.М.; сотрудник к.ф.-м.н., инженер-исследователь В.Г. Додонов, учебный мастер Винокурова Зинаида Георгиевна.

Основные результаты исследований: выполнен рентгенофазовый анализ (РФА) синтезируемых наноразмерных материалов, измерение параметров кристаллической решетки, изучение дисперсности материалов. Используются как классические подходы к интерпретации получаемых экспериментальных результатов, так и собственные разработки. Специалисты лаборатории сотрудничают и с другими исследователями и лабораториями по изучению строения и свойств самых разнообразных материалов.

В результате исследований, проведенных по данному научному направлению за последние 5 лет, было получено 4 патента, защищено 6 кандидатских диссертаций, опубликовано более 50 статей в журналах, рекомендованных ВАК, из них более 20 в журналах, индексируемых WoSи Scopus, материалы исследований апробированы в более чем в 60 докладах конференций с международным участием.

Лаборатория «Компьютерное моделирование строения и свойств наноструктур». Руководитель: к.х.н., доцент Якубик Д.Г.

Основные результаты: Выполнены расчеты структуры кластеров кобальта и никеля содержащих от 100 до 6000 атомов, определены области температурной стабильности различных структур (икосаэдры, гцк-кубооктаэдры, усеченные гпу-бипирамиды); рассчитаны профили рассеяния рентгеновских лучей этими кластерами. Материальная база для выполнения научных исследований в этом направлении – вычислительный кластер КемГУ 2 очереди по 32 ядра на базе процессоров Intel Xeon E5410 и Intel Xeon E5630.

Всего по научному направлению за 5 лет опубликовано более 60 научных работ; готовится к защите 2 докторских диссертации, защищено 10 кандидатских диссертаций; научные разработки подтверждены 5 патентами. Научная работа поддержана Российским фондом фундаментальных исследований (2 гранта), МИНОБРНАУКИ (Проект № 2384: Наноразмерные и энергетические материалы – базовая часть государственного задания) и др.

2. Физико-химические процессы в азидах тяжелых металлов, инициированные действием электрического и магнитного полей

Научный руководитель: д.ф.-м.н., профессор Крашенинин В.И.; в состав научной группы входят: д.ф.-.м.н., профессор Кузьмина Л.В., к.ф.-м.н., доцент Газенаур Е.Г, ведущий инженер Светлищева Ольга Петровна.

Основные результаты: обнаружено разложение азидов серебра и свинца, инициированное слабыми магнитным (от 0,5 Э до 10 кЭ ) и бесконтактным электрическим (от 0,01 В/см до 5 В/см) полями. Предложена концепция протекания данного процесса, согласно которой он обусловлен либо генерацией вторичных электрон-дырочных пар в ходе цепной химической реакции, либо инжекцией в кристалл неравновесных дырок.

Обнаружено эффективное действие слабых электрических (~1 мкВ/см) и магнитных (~5 Э) полей на скорость твердофазной химической реакции, разработан метод управления скоростью разложения нитевидных кристаллов азидов магнитным и электрическим полями. Возможно, что в перспективе это выльется в принципиально новую химию – химию снятия запретов по спину, симметрии и др. Обнаружено принципиально новое явление – долгоживущая твердотельная электронно-дырочная плазма, которая генерирует разложение в азидах тяжелых металлов при пространственном ее совмещении с реакционными областями, образующимися в местах выхода дислокаций на поверхность.

Всего по научному направлению за 5 лет опубликовано более 30 научных работ; защищено 3 докторских и 3 кандидатские диссертации; научные разработки подтверждены 2 патентами. Научная работа поддержана Российским фондом фундаментальных исследований (3 гранта), Научными программами «Университеты России» (2 гранта), ФЦП «Интеграция» (2 гранта), Издано15 учебных и учебно-методических пособий.

3. Математическое моделирование кинетики твердофазных реакций

Руководитель направления: Кригер Вадим Германович, д.ф.-м.н., профессор. Состав группы: 2 доктора наук, 3 кандидата наук, 4 аспиранта.

Сфера научных интересов – разработка теории и механизмов химических реакций в твердых телах, исследование кинетики быстропротекающих (взрывных) процессов в энергетических материалах, разложение которых идет с выделением значительной энергии.

Основные научные результаты: впервые рассмотрена фундаментальная задача о механизмах трансформации в кристалле энергии, выделяющейся при разложении энергетических материалов. Показано, что наряду с диссипацией этой энергии в тепло, возможными каналами ее превращений является размножение  электронных возбуждений и образование собственных дефектов решетки, что приводит к развитию в кристалле разветвленной цепной реакции. Разработаны детальные механизмы термического, фото, радиационного разложения, механизмы цепного и теплового взрыва при импульсных и стационарных воздействиях, что позволяет поставить и исследовать целый ряд фундаментальных для химии и физики твердого тела проблем.

Всего опубликовано более 450 научных работ, из них около 130 – в изданиях, индексируемых в международных базах научного цитирования Web of science и Scopus и отечественных журналах, входящих в перечень ВАК. За последние 6 лет защищено 5 кандидатских диссертаций. Научные разработки подтверждены 3 патентами и 7 свидетельствами о государственной регистрации программ для ЭВМ. Научная работа поддержана Российским фондом фундаментальных исследований (11 грантов), Международным Научным Фондом «Open society institute» (4 гранта), научными программами «Университеты России» (4 гранта), ФЦП «Интеграция» (2 гранта), ФЦП (4 поддержанных проектов) и др. Издано 13 учебных пособий, разработан ряд учебно-методических комплексов.

В целом, ежегодно сотрудники кафедры публикуют не менее 40 статей в научных изданиях (Web of Science, Scopus, ВАК), получают по 2-3 патента на изобретение, полезную модель либо свидетельство о государственной регистрации; принимают участие в 10-12 научных конференциях различного уровня; принимают участие в 5-6 грантах и проектах на сумму 4-6 млн. руб.

Патенты

  • Каленский А.В., Ананьева М.В., Звеков А.А., Боровикова А.П., Никитин А.П. Расчет оптических характеристик композитов на основе диэлектрика и наночастиц металла  // Свидетельство о государственной регистрации № 2015612260 от 16.02.2015 г
  • Каленский А.В., Ананьева М.В., Боровикова А.П., Звеков А.А., Никитин А.П. Нелокальный цепной взрыв в нитевидных кристаллах// Свидетельство о государственной регистрации №2015619432 от 03.09.2015 г.
  • Каленский А.В., Ананьева М.В., Боровикова А.П., Звеков А.А., Зыков И.Ю. Расчет спектральных закономерностей коэффициентов эффективности поглощения наночастиц металла// Свидетельство о государственной регистрации №2015660230 от 24.09.2015 г.
  • Кригер В.Г., Каленский А.В., Ананьева М.В., Звеков А.А. Способ регулирования порога инициирования оптического детонатора // патент на изобретение RUS. № 2538263. 26.06.2013.
  • Каленский А.В., Звеков А.А., Ананьева М.В., Никитин А.П., Зыков И.Ю., Боровикова А.П., Кригер В.Г. Капсюль-детонатор на основе светочувствительного взрывчатого вещества // Патент на полезную модель RUS. № 157624. 22.07.2015. Зарегистрирован в Государственном реестре полезных моделей Российской Федерации 13.11.2015.
  • Колмыков Р.П., Захаров Ю.А., Пугачев В.М., Додонов В.Г. Наноструктурированный порошок твердого раствора кобальт-никель и способ его получения // патент на изобретение RUS. № 2568858, опубликован 20.11.2015. (заявка № 2013147585/02, 24.10.2013)
  • Датий К.А/ Пат. 2566140 Российская Федерация, МПК В 22 F 9/00, B 82 B 3/00, C 22 C 30/00.Магнитный наноструктурированный порошок железо-кобальт-никель  / Захаров Ю.А., Датий К.А., Пугачев В.М., Богомяков А.С.; заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВПО «Кемеровский государственный университет» и ФГБУН «Институт углехимии и химического материаловеедния» СО РАН - N 2014111571/02; заявл. 25.03.14; опубл. 20.10.15, Бюл. N 29.

Материальная база для выполнения НИР и НИРС

Для обеспечения практикумов по дисциплинам профиля «Химия твердого тела и материаловедение» и магистерской программы «Химия твердого тела» на кафедре имеются учебные, учебно-научные лаборатории (электрофизических исследований; синтеза и исследования ультрадисперсных материалов; моделирования кинетики твердофазных реакций; физико-химических процессов в электрическом и магнитном полях, рентгеноструктурного анализа); cпециализированный дисплейный класс на 8 посадочных мест, оснащенный необходимым мультимедийным оборудованием, программным обеспечением).

Основное оборудование:

  • Комплекс оборудования для изучения электрохимических и электрофизических явлений (Oxford, Великобритания);
  • Рентгендифрактометры ДРОН-3, ДИФРЕЙ-401, КРМ-1
  • Химические реакторы синтеза AntonParr;
  • Вакуумное, прессовое оборудование;
  • Установки изучения фотолюминесценции и фотопроводимости в твердых телах.

Комплекс оборудования ЦКП при КемНЦ СО РАН, включающий следующее оборудование:

  1. Адсорбционное оборудование: ASAP-2400 Micromeritics;
  2. Электронные микроскопы (просвечивающий микроскоп JEM-2010, сканирующий микроскоп FEI-NANOSEM-200);
  3. Анализаторы размеров частиц: дифракционный микроанализатор размеров частиц Anaysette 22 Comfort, дифракционный лазерный анализатор Mastersiser 2000;
  4. ЯМР-спектрометр Advance-300;
  5. Рентгеновские дифрактометры: Brucker D8 ADVANCE; дифрактометр Shimadzu XRD-6000;
  6. Последовательный рентгенофлуоресцентный волнодисперсионный спектрометр Shimadzu XRD-1800;
  7. ИК-Фурье спектрофотометр Shimadzu IRAffinity-1;
  8. Прибор для синхронного термического анализа Setaram LabSys Evo;
  9. Ультразвуковой диспергатор УЗД1-0,4/22;
  10. Раман-спектрометр (КР) Horiba Jobin Yvon LabRAM HR80.
  11. Спектрометры эмиссионные с индуктивно-связанной плазмой iCAP6300 и iCAP6000 с гидридной приставкой и системой для микроволнового разложения проб для многоэлементного анализа;
  12. 12. Атомно-абсорбционный спектрометр Spectr AA-640 ZGTA и Spectr AA-240FS (Varian), Z 8000 и AAS-30 (Perkin Elmer).