2 апреля 2021

Исследования молодых ученых ПИЯФ помогут защитить металлы от коррозии

Стипендия имени Г.М. Драбкина для молодых ученых в 2021 году была присуждена за исследование слоистых двойных гидроксидов (СДГ) – перспективных материалов, которые могут хранить и выделять соединения, замедляющие коррозию - ингибиторы коррозии. Работа была выполнена аспиранткой отдела исследований конденсированных состояний Марией Юзвюк под руководством к.ф.-м. н. И.А. Зобкало.

«Используемые в настоящее время защитные покрытия содержат в себе токсичные соединения, - поясняет Мария Юзвюк, – поэтому ученые ведут активный поиск новых материалов, которые могли бы успешно противостоять коррозии и при этом быть экологичными. Исследуемые нами соединения, слоистые двойные гидроксиды, имеют в этом смысле очень хороший потенциал».

СДГ обладают высокой анионообменной активностью – при попадании в агрессивную среду они начинают выделять ингибиторы и поглощать коррозионные частицы, тем самым обеспечивая металлу усиленный защитный эффект.

В ходе in situ синхротронного эксперимента (DESY, Гамбург) были исследованы процессы анионообмена в СДГ, выращенном на цинковой подложке: нитрат-анионы (NO3) заменялись на анионы хлора (Cl), сульфата (SO42–), которые являются стимуляторами коррозии, и ванадата (VOx), напротив, замедляющего коррозию.

Анализ кинетики анионного обмена был проведен с использованием универсальной модели Аврами-Ерофеева. Анионные обмены NO3 – Cl, NO3 – SO являются двухстадийными реакциями и протекают через формирование промежуточной фазы – СДГ, в котором частично сохраняются нитрат-анионы, но уже имеются гостевые анионы – хлорид или сульфат.

Первая и вторая стадии реакций характеризуются, соответственно, двумерным и одномерным диффузионно-контролируемым процессом с замедлением зародышеобразования.

Обмен NO3 – VOx приводит к формированию двух кристаллических фаз с различными анионами ванадата, предположительно V4O124– и V2O74–.

Формирование двух разных СДГ-VOx в результате обмена NO3 – VOx является одностадийным двумерным процессом с мгновенным зародышеобразованием. До конца реакции частично сохраняется родительская фаза СДГ-NO3.

Полученные в данной работе результаты планируется использовать для разработки защитных покрытий на основе СДГ.

Петербургский институт ядерной физики имени Б.П.Константинова (ПИЯФ) был основан в 1956 году как филиал знаменитого Ленинградского физтеха и в 1971 году стал уже самостоятельным институтом, носящим имя своего основателя. В институте проводятся фундаментальные научные исследования в области физики элементарных частиц и высоких энергий, ядерной физики, физики конденсированных сред, молекулярной и радиационной биофизики. Кроме того, ведутся исследования в прикладных областях, где применение самых передовых научных решений приводит к принципиально новым разработкам в области приборостроения, медицины и экологии. В институте действуют три базовых экспериментальных установки - реакторы ПИК и ВВР-М и протонный ускоритель. В настоящее время ПИЯФ организационно подчинён Курчатовскому институту