Исследование взаимодействия ультрафиолета и озона с водоотталкивающими покрытиями для предотвращения их деградации

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 21-73-10283

НазваниеИсследование взаимодействия ультрафиолета и озона с водоотталкивающими покрытиями для предотвращения их деградации

Руководитель Емельяненко Кирилл Александрович, Кандидат физико-математических наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физической химии и электрохимии им. А. Н. Фрумкина Российской академии наук , г Москва

Конкурс №61 - Конкурс 2021 года «Проведение исследований научными группами под руководством молодых ученых» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными

Область знания, основной код классификатора 03 - Химия и науки о материалах; 03-603 - Фундаментальные основы создания новых металлических, керамических и композиционных материалов

Ключевые слова Супергидрофобность, супергидрофильность, стойкость к озону и ультрафиолетовому излучению, смачивание, коронный разряд, химическая стойкость, долговечность, лазерная обработка

Код ГРНТИ81.33.33

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Последнее поколение супергидрофобных покрытий и материалов на их основе демонстрирует краткосрочную эффективность для задач снижения потерь электроэнергии вызванных коронным разрядом при ее транспортировке по линиям электропередач, уменьшения накопления льда, а также при борьбе с контактной контагиозностью. Необходимость решения указанных проблем является довольно острой: так годовые потери электроэнергии на коронный разряд в электрических сетях РФ составляют более 4 млрд. кВт*ч; обледенения проводов и инженерных конструкций приводят к многодневным перебоям в подаче электроэнергии и работе транспортной инфраструктуры (примером такой аварии может служить изоляция острова Русский зимой 2020-2021 года); обледенение летательных аппаратов может приводить к катастрофам, в то время как существующие методы борьбы с образованием льда дорогостоящи и не экологичны; внутрибольничные инфекции ежегодно уносят жизни миллионов людей. Однако, на текущий момент, представленные в литературе покрытия оказываются неприемлемы для индустриального применения из-за быстрой деградации в условиях реальной эксплуатации. Воздействия озона и ультрафиолета, которые часто сопровождают друг друга, являются одними из самых опасных, с точки зрения потери супергидрофобных свойств, так как окисление озоном приводит к увеличению поверхностной энергии материала (необходимой для поддержания гетерогенного режима смачивания, т. е. собственно супергидрофобности), в то время как ультрафиолет способствует разложению молекул гидрофобного агента. Однако, поскольку в последние годы в нашей лаборатории удалось решить основные проблемы первых поколений супергидрофобных покрытий и разработать ряд подходов по созданию высокостойких супергидрофобных и супергидрофильных покрытий, проявляющих химическую и механическую стойкость, есть основания полагать, что в результате выполнения проекта удастся получить первые эффективные и экономически привлекательные покрытия стойкие также и к воздействию озона и ультрафиолета. В данной работе предполагается создать ряд новых покрытий для алюминиевых сплавов марок А0, АМг2 и Д16 активно используемых в электроэнергетике и авиастроении. В рамках данного проекта планируется детально проанализировать механизм деградации супергидрофобных, супергидрофильных, а также супергидрофобных покрытий с пропиткой («SLIPS») под действием как отдельных, так и комбинации разрушающих факторов (озон, ультрафиолет, коррозионная нагрузка и другие). Помимо исследований в лабораторных условиях, будет изучена деградация в рамках натурных испытаний в условиях реального коронного разряда и интенсивной антибактериальной обработки. Будет исследована роль морфологии покрытий и влияние фазового и химического составов поверхностных слоев покрытий с экстремальным смачиванием, а также покрытий с пропиткой на их устойчивость. С помощью ИК-спектроскопии планируется исследовать процессы адсорбции и десорбции озона на различных покрытиях, что позволит различить перманентное разрушение структуры покрытия и временную гидрофилизацию. Работа по проекту будет вестись в следующих направлениях: 1. Исследование деградации покрытий с экстремальным смачиванием под действием негативных факторов сопровождающих коронный разряд и антибактериальную обработку при различных режимах эксплуатации 2. Оптимизация лазерных режимов обработки, путем направленного поиска параметров обработки, позволяющих получить требуемый фазовый и химический состав поверхности. 3. Исследование применимости «скользких» пористых покрытий с пропиткой на основе углеводородных и фторуглеродных масел («SLIPS») для создания стойких полифункциональных покрытий. 4. Разработка методов быстрого восстановления полифункциональных покрытий на базе супергидрофобных покрытий после продолжительного воздействия совокупности разрушающих факторов.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Домантовский А.Г., Чулкова Е.В., Емельяненко К.А., Маслаков К.И., Емельяненко А.М., Бойнович Л.Б. Evolution of Superhydrophilic Aluminum Alloy Properties in Contact with Water during Cyclic Variation in Temperature Materials, Materials 2022, 15(7), 2447; (год публикации - 2022)
10.3390/ma15072447

2. Домантовский А.Г., Емельяненко К.А., Емельяненко А.М., Бойнович Л.Б. The Influence of Prolonged High-Concentration Ozone Exposure on Superhydrophobic Coatings in Static and High-Speed Flow Atmospheres Materials, 15 16 5725 (год публикации - 2022)
10.3390/ma15165725

3. Емельяненко К.А., Домантовский А.Г., Платонов П.С., Коченков П.С, Емельяненко А.М., Бойнович Л.Б. The durability of superhydrophobic and slippery liquid infused porous surface coatings under corona discharge characteristic of the operation of high voltage power transmission lines Energy Reports, Volume 8, November 2022, Pages 6837-6844 (год публикации - 2022)
10.1016/j.egyr.2022.05.035

4. Домантовский А.Г., Чулкова Е.В., Емельяненко К.А., Маслаков К.И., Емельяненко А.М., Бойнович Л.Б. Evolution of Superhydrophilic Aluminum Alloy Properties in Contact with Water during Cyclic Variation in Temperature Materials, Materials 2022, 15(7), 2447; (год публикации - 2022)
10.3390/ma15072447

5. Емельяненко К.А., Емельяненко А.М., Бойнович Л.Б. Laser nanoengineered coatings for efficient energy transportation through corona discharge suppression Optics & Laser Technology, Volume 171, 110394 (год публикации - 2024)
10.1016/j.optlastec.2023.110394

6. К.А. Емельяненко, А.М.Емельяненко, Л.Б. Бойнович Применение покрытий на высоковольтных проводах для снижения потерь на корону Энергетик (год публикации - 2024)

7. К. А. Емельяненко, А. М. Емельяненко, Л. Б. Бойнович Влияние условий приложения сдвиговой нагрузки на измеряемую прочность адгезии льда к супергидрофобным поверхностям Коллоидный журнал, Т.86,№3 (год публикации - 2024)

Публикации