​Проект «Цитируемые ученые ТПУ» подводит итоги публикационной активности ученых Томского политехнического университета за летний период. Самый высокоцитируемый соавтор статей ученых ТПУ имеет индекс Хирша 75, а самый высокорейтинговый журнал — импакт-фактор 9,405 (Green Chemistry, Q1).

 

Инженерная школа энергетики

 

Рентгенометрия сплава Zr–2.5Nb при циклических нагрузках

Журнал: International Journal of Fatigue, Q1, ИФ 3,673

Людмила Любимова, доцент НОЦ И.Н.Бутакова, Александр Ташлыков, доцент НОЦ И.Н.Бутакова, Константин Буваков, доцент НОЦ И.Н.Бутакова.

«Актуальность исследований связана с необходимостью обеспечения надежности, безопасности и конкурентоспособности производства тепловой и электрической энергии с применением ядерных энергетических установок. Анализ аварий, особенности протекания коррозионных процессов, случаи разгерметизации технологических каналов, опыт эксплуатации тепловыделяющих элементов требуют проведения дополнительных исследований по моделированию и изучению влияния эксплуатационных факторов на структурную стабильность оболочек с целью сохранения низкого коэффициента захвата нейтронов, повышения коррозионной стойкости циркония в теплоносителе, технологичности, трещиностойкости в условиях эксплуатации в активной зоне реакторов», — говорится в статье.

В данной работе представлен комплекс исследований по установлению влияния термоциклических и механических циклических нагрузок, имитирующих факторы эксплуатационного воздействия, на структурную стабильность сплава циркония и дилатации кристаллических решеток. Показано, что при холодном циклическом деформировании в первый момент приложения нагрузки сплав Zr–2.5Nb характеризуется значительной мгновенной деформации. В диапазоне эксплуатационных температур (250 – 350 °С) обнаружен эффект аномальных термических деформаций кристаллических решеток сплава циркония, характерных для фазовых переходов I и II рода. Отсутствие фазовых превращений в этом диапазоне температур позволяет предположить наличие причинно-следственной связи эффектов аномальных термических расширений кристаллических решеток циркония с изменением ориентировок и фазовыми превращениями в границах зерен. Выполненные расчеты показали наличие аномального изменения распределений кристаллитов по размерам при данной температуре. Установлено совпадение температур, связанных с размерными эффектами, и явлениями типа блистеринга и флекинга. Гипотеза о зернограничных превращениях косвенно подтверждается результатами второго термоцикла, в процессе которого в диапазоне 550–650 °С обнаружен второй скачок термических деформаций кристаллических решеток, не связанный со структурными фазовыми переходами. Высказано предположение, что аномальные деформации могут повлиять на свойства защитных окисных пленок диоксида циркония и коррозионную стойкость сплава.

Результаты работы могут быть использованы проектными и научно-исследовательскими организациями с целью переоценки и актуализации рентгено-дифракционных подходов к диагностике материалов ядерной энергетики.

«Статья имеет важное значение, поскольку основой безопасности и экономичности топливных циклов ядерных реакторов является стабильность механических и коррозионных характеристик оболочечных материалов ТВЭЛов», — отмечают авторы.

Инженерная школа информационных технологий и робототехники

 

Полиметакрилатные сенсоры для цифрового цветометрического экспресс-анализа природных и техногенных объектов на содержание опасных веществ

Журнал: IEEE Sensors Journal, Q1, ИФ 3,076

Сергей Муравьев, профессор отделения автоматизации и робототехники ИШИТР, Наталия Гавриленко, доцент отделения автоматизации и робототехники ИШИТР, Надежда Саранчина, доцент отделения контроля и диагностики ИШНКБ, Павел Баранов, доцент, и.о. руководителя отделения электронной инженерии ИШНКБ.

«В классе оптических химических сенсоров перспективными для быстрого количественного определения веществ, являются оптоды, изменяющие цвет при взаимодействии с определяемым компонентом. В качестве такого оптода предложено использовать полиметакрилатную матрицу (ПММ), обеспечивающую возможность сорбировать определяемое вещество из анализируемого объекта», — говорят исследователи.

 

По словам авторов статьи, по сравнению с твердофазной спектрофометрией ПММ позволяет быстрее и дешевле получать и измерять аналитический сигнал в форме интенсивности окраски оптода с использованием таких средств, как цифровая фотокамера, офисный сканер или устройство на базе полупроводникового фотоприемника.

Эта технология реализована в виде цифрового цветометрического анализатора (ЦЦ-анализатора) для определения микроколичеств веществ в растворах. ЦЦ-анализатор позволяет определять концентрации широкого спектра веществ (например, селен (IV), хром (VI), суммарное содержание тяжелых металлов (медь, никель, цинк, железо, кадмий, свинец), никель (II), кобальт (II, III), нитрит-ионы, пероксид водорода и др.) в пробах воды различного происхождения, пищевых продуктах, косметологических и фарм- препаратах и т.д.

Исследовательская школа физики высокоэнергетических процессов

 

Исследование влияния числа Вебера на вторичный распад капель органоводоугольных топлив

Журнал: Fuel, Q1, ИФ 5,128

Андрей Минаков, Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе СО РАН, Анна Шебелева, Сибирский Федеральный Университет, Павел Стрижак, профессор ИШФВП, Михаил Чернецкий, Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе СО РАН, Роман Волков, доцент ИШФВП

Одними из перспективных альтернативных топлив для производства энергии являются дисперсные системы, которые состоят из воды, измельченного угля или горючего отхода его переработки, химических добавок, а также отходов нефтепереработки. Такие топлива называют органоводоугольными (ОВУТ). При сжигании реализуется их распыл в камере сгорания, который сопровождается первичным распадом струи, формируются капли, которые вследствие действия аэродинамических сил претерпевают деформацию, а также происходит распад капли.

«Установление зависимости данного процесса от свойств топлива и условий организации подачи топлива в камеру является первоочередной задачей при разработке новых технологий сжигания. В настоящей работе представлены результаты исследований вторичного распада капель ОВУТ с использованием численного моделирования. Методика моделирования вторичного дробления капель основана на VOF методе для разрешения на межфазной границе, LES модели для описания турбулентности и технологии адаптированных динамических сеток.  Установлены режимы распада капли в зависимости от числа Вебера в диапазоне от 7 до 220. Исследована структура течения за каплями. Установлены зависимости размеров и безразмерного времени начала распада капли от числа Вебера», — говорится в публикации.

Фото: трансформация и распад капли ОВУТ при впрыске топлива в камеру сгорания со скоростью 25 м/с

 

Исследовательская школа химических и биомедицинских технологий

 

Пьезоэлектрические 3D-волокнистые скаффолды на основе полигидроксибутирата минерализованные кальций карбонатом в ультразвуке: формирование неорганической фазы, адгезия и пролиферация остеобластов

Журнал: ACS Applied Materials and Interfaces, Q1, ИФ 8,456

Роман Чернозем, инженер-исследователь Научно-исследовательского центра «Физическое материаловедение и композитные материалы», Мария Сурменева, старший научный сотрудник Научно-исследовательского центра «Физическое материаловедение и композитные материалы», Светлана Шкарина, ТПУ, Лоза Катерина (индекс Хирша 12), Эппле Маттиас (индекс Хирша 56), Ульбрихт Маттиас (индекс Хирша 53), университет Дуйсбург-Эссен, Сецилия Анджелика, Краузе Барбель, Баумбах Тило (индекс Хирша 34), Технологический институт Карлсруэ, Анатолий Абалымов, Богдан Паракхонский, Университет Гента, Андрей Скиртач (индекс Хирша 48), Университет Гента, Роман Сурменев, ведущий научный сотрудник, директор Научно-исследовательского центра «Физическое материаловедение и композитные материалы».

В рамках данного исследования впервые показано влияние пьезоэлектрического потенциала поверхности, генерируемого вследствие механической деформации, на механизмы формирования неорганической кальций карбонатной фазы в 3D-объеме скаффолда, имитирующей внешний клеточный матрикс.

«Хорошо известно, что кость обладает пьезоэлектрическими свойствами, также в нашем организме существует большое количество электро-стимулируемых клеток. Поэтому в качестве имплантатов костной ткани перспективно использовать пьезоэлектрические материалы, которые способны генерировать электрический заряд на своей поверхности при периодической механической нагрузке без использования внешних источников энергии. В свою очередь, это позволяет стимулировать клетки к восстановлению поврежденного участка кости, а также за счет электростатического взаимодействия притягиваются ионы, содержащиеся в окружающей среде, к поверхности скэффолдов, что позволяет ускорить образование кристаллической неорганической фазы, близкой по составу к костной ткани», — отмечают авторы.

 

Таким образом, результаты, представленные в статье, демонстрируют возможность ускорения регенерации поврежденного участка кости за счет использования пьезоэлектрических биосовместимых пористых материалов, что позволит сократить время на реабилитацию пациентов. Кроме того, используемые в данной работе полимеры, являются биоразлагаемыми, то есть повторное операционное вмешательство не потребуется с целью извлечения имплантата, что также сокращает расходы на лечение пациентов.

Окисление древесно-экстрактивного бетулина до биологически активных оксо-производных с использованием нанесенных золотых катализаторов

Журнал: Green Chemistry, Q1, 9,405

Екатерина Колобова, старший научный сотрудник ИШХБМТ, Екатерина Пакриева, младший научный сотрудник ИШХБМТ, Алексей Пестряков, профессор ИШХБМТ, Carabineiro Sonia-Alexandra Correia, Университет Порто, Нина Богданчикова (индекс Хирша 33), Национальный автономный университет Мексики, А.Н. Харланов, Московский государственный университет приборостроения и информатики, С.О. Казанцев, Институт физики прочности и материаловедения Сибирского отделения РАН, Hemming J. (индекс Хирша 24), Abo Academy University, Maki-Arvela P. (Индекс Хирша 44), Abo Academy University, Murzin D. Yu. (Индекс Хирша 58), Abo Academy University.

Уточняется, что данное исследование выполнялось в рамках гранта РНФ для молодых ученых. В его рамках был получен ряд принципиально новых результатов, которые имеют как фундаментальное, так и прикладное значение.

Так, впервые было показано, что каталитические системы на основе золота, нанесенного на модифицированный оксидами переходных металлов оксид титана, являются перспективными катализаторами жидкофазного окисления бетулина с целью получения его оксо-производных (бетулон, бетулоновый и бетулиновый альдегиды), обладающих ценными биологически активными свойствами (иммуностимулирующими, антиоксидантными, гепатопротекторными, противоспалительными, антивирусными и так далее) и представляющих исключительный интерес для косметической, пищевой, а в особенности для фармацевтической промышленности, в качестве прекурсоров для создания лекарственных препаратов нового поколения.

 

«Было доказано, что гетерогенно-каталитическое окисление бетулина может быть реализовано в мягких условиях: атмосферное давление, относительно низкая температура (100 - 140 градусов C), использование синтетического воздуха в качестве дешевого и доступного окислителя, без использования щелочных добавок или инициаторов. Проведено комплексное сравнительное исследование Au/MxOy/TiO2 каталитических систем; изучена динамика изменения структурных, электронных и каталитических свойств этих систем в зависимости от ряда факторов (природа носителя/модификатора, атмосфера предварительной обработки и так далее). Исследованы особенности формирования активной поверхности Au/MxOy/TiO2 катализаторов. На основе полученных данных подобраны условия, стабилизирующие активные состояния золота на поверхности носителя», — отмечается в статье.

Инженерная школа ядерных технологий

 

Сравнительное исследование выхода изотопов водорода из Ti, Zr, Ni, Pd, Pt при тепловом, электрическом и радиационном нагреве

Журнал: International Journal of Hydrogen Energy, Q2, ИФ 4,084

Юрий Тюрин, профессор отделения экспериментальной физики ИЯТШ, Владимир Сыпченко, старший преподаватель отделения экспериментальной физики ИЯТШ, Николай Никитенков, профессор отделения экспериментальной физики ИЯТШ, Чжан Хунжу, аспирант отделения экспериментальной физики ИЯТШ, Иван Чернов, профессор-консультант отделения экспериментальной физики ИЯТШ.

В статье рассмотрены процессы неравновесной стимуляции выхода изотопов водорода из металлов, обусловленные аккумулированием энергии водородной подсистемой кристаллов. Неравновесный нагрев ускоряет выход изотопов водорода из металлов и смещает максимальную интенсивность выхода водорода в область низких температур.

Фото: 1-Термо- и (2) радиационно-стимулированный выход водорода из никеля, (3) - теоретическая аппроксимация кривой 2

Поведение водорода в металлах становится все более многоплановой междисциплинарной проблемой на стыке физики и химии твердого тела. Расширение круга изучаемых проблем обусловлено расширяющимся использованием систем металл-водород:  накопление водорода в гидридах и его использование в качестве экологически чистого топлива, материаловедческие аспекты применения водорода в ядерной, термоядерной и водородной энергетике, использование систем металл-водород для получения новых материалов с особой микроструктурой и улучшенными механическими свойствами, управления пластическими свойствами металлов, для очистки водорода и разделения его изотопов», — говорится в публикации.

Покрытия из никеля и хрома, полученные с помощью магнетронного распыления, для оболочек толерантного ядерного топлива

Журнал: Surface and Coatings Technology, Q1, ИФ 3,192

Дмитрий Сиделёв, инженер-исследователь НОЦ Б.П. Вейнберга, Егор Кашкаров, ассистент отделения экспериментальной физики ИЯТШ, младший научный сотрудник Международной научно-образовательной лаборатории технологии водородной энергетики, Максим Сыртанов, ассистент отделения экспериментальной физики ИЯТШ, младший научный сотрудник Международной научно-образовательной лаборатории технологии водородной энергетики, Валерий Кривобоков, руководитель центра НОЦ Б.П. Вейнберга.

Настоящая работа посвящена поиску состава защитного покрытия для оболочек тепловыделяющих элементов (ТВЭЛов) активной зоны ядерных реакторов, устойчивых в условиях аварийных ситуаций.

«Была получена серия покрытий в плазме магнетронных диодов с различным соотношением никеля и хрома на подложках из циркониевого сплава (Э110), далее проводились испытания сформированных материалов, моделирующие штатное использование оболочек ТВЭЛов и высокотемпературное окисление в условия аварии с потерей теплоносителя», — отмечают исследователи.

 

Эксперимент показал, что покрытия с большим содержанием хрома (более 45 ат. %) значительно снижают проникновение водорода в цирконий, предотвращая его охрупчивание. Нанесение металлического хромового покрытия повышает стойкость сплава Э110 к высокотемпературному окислению. В этом случае формируется оксид циркония толщиной не более 8 мкм, для покрытий с содержанием никеля — 75 мкм и больше. Анализ механических свойств образцов показал, что Cr покрытие более хрупкое в сравнении с Ni-Cr пленками, однако после окисления образец с покрытием из хрома имеет более высокие механические характеристики, сохраняет свою целостность.

На основе полученных результатов и анализа характеристик плазменного оборудования рассмотрены перспективы применения магнетронных распылительных систем для создания промышленной технологии нанесения защитных покрытий для создания толерантных к аварийным условиям оболочек тепловыделяющих элементов.

Моделирование поглощения изотопов водорода металлами в условиях не скомпенсированного давления

Журнал: International Journal of Hydrogen Energy, Q2, ИФ 4,084

Евгений Нестеров, старший научный сотрудник Лаборатории №31 ядерного реактора, Наталья Варламова, научный сотрудник Лаборатории №31 ядерного реактора, Евгений Чихрай, Саулет Аскербеков, Кенжина Инеш, Казахский национальный университет им. Аль-Фараби, Юрий ГордиенкоВадим Бочков, Институт атомной энергии Национального ядерного центра Республики Казахстан.

«Интерес к исследованиям взаимодействия изотопов водорода с материалами определяется широким кругом проблем, которые возникают в таких развивающихся областях промышленности и энергетики, как ядерная и термоядерная энергетика, водородная энергетика, нефтехимическая промышленность, водородные источники питания для автомобилей, беспилотников и прочее», — сообщают авторы статьи.

Так, в настоящем исследовании представлена разработанная модель, позволяющая описать процесс поглощения изотопов водорода исследуемым образцом при следующих условиях: образец с известными геометрическими размерами насыщается из газовой фазы изотопами водорода при исследуемой температуре в камере известного объема в условиях не скомпенсированного давления при известном начальном давлении и составе газовой смеси изотопов водорода.

 

Модель была успешно применена для описания экспериментов по поглощению изотопов водорода ванадиевым сплавом V4Cr4Ti. В дальнейшем модель может быть использована для описания поглощения одно/многокомпонентных смесей изотопов водорода (других газов) в материалах. Возможно, использование модели для оценки профиля растворенного водорода и/или дейтерия в материалах ТЯР и ЯР; оборудования нефтехимических производств и прочее.

Ароматичность и фотофизика тетрасила- и тетрагерман-аннелированные тетратиенилены, как новые представители класса гетеро[8]циркуленов

Журнал: Physical Chemistry Chemical Physics, Q1, ИФ 3,567

Глеб Барышников (индекс Хирша 21), Королевский технологический институт, Швеция, Рашид Валиев, ассистент ИШХБМТ, Виктор Черепанов, Томский государственный университет, Наталья Карауш (индекс Хирша 11), Черкасский национальный университет им. Богдана Хмельницкого, Валентина Минаева (индекс Хирша 17), Борис Минаев (индекс Хирша 38), Черкасский национальный университет им. Богдана Хмельницкого, Огрен Ханс (индекс Хирша 75), Университет Упсалы.

«Гетеро[8]циркулены — уникальный класс молекул, обладающих значительной химической и термической стабильностью. Они используются в технологии OLEDs и в других приложениях органической электроники. Ароматичность и фотофизику данного класса молекулы мы исследуем с 2016 года. В данной работе мы количественно охарактеризовали ароматичность данных молекул через магнитно-индуцированные токи», — говорят авторы исследования.

Так, впервые были проанализированы фотофизические свойства данных молекул. Было показано, что эти молекулы являются актуальными в области фотодинамической терапии (технология лечения против онкологических заболеваний), а также в области технологии органических светодиодов, так как обладают значительным квантовым выходом в триплетные электронные состояния.

Похожие новости

  • 25/09/2019

    Ученые ТГУ нашли новые пульсации в пламени «горелки» для тяжелого топлива

    Исследования нового устройства, созданного в Институте теплофизики Сибирского отделения Российской академии наук и предназначенного для бессажевого сжигания тяжёлого углеводородного топлива с паровой газификацией, провели на механико-математическом факультете.
    352
  • 31/12/2017

    Топ-10 исследований российских ученых 2017 года по версии РНФ

    Около 35 тысяч российских ученых проводили и проводят фундаментальные исследования при поддержке Российского научного фонда (РНФ). Ежемесячно в российских и зарубежных СМИ выходят десятки новостей об их достижениях.
    3226
  • 07/11/2019

    Более 30 студентов и аспирантов ТПУ получили стипендии Президента и Правительства РФ

    ​В числе стипендиатов Президента РФ — четыре студента и семь аспирантов Томского политехнического университета. Стипендию Правительства России будут получать 13 студентов и семь аспирантов. В течение учебного года, помимо основной, они ежемесячно будут получать дополнительную стипендию.
    305
  • 23/11/2017

    Сибирские ученые модернизировали метод расчета движения жидкостей

    ​Исследователи из Сибирского федерального университета (СФУ) в сотрудничестве с коллегами из Московского государственного университета и Сибирского отделения РАН предложили использовать для гидродинамических расчетов систему из нескольких графических процессоров вместо центрального.
    1085
  • 29/04/2019

    Команда российских ученых выдвинула гипотезу о существовании жизни на Венере

    Ученые из Института космических исследований РАН, Института катализа имени Г. К. Борескова СО РАН и НГУ выдвинули гипотезу о существовании жизни на Венере. К таким выводам исследователей привела новая обработка панорамных изображений поверхности Венеры, полученных советскими аппаратами «Венера-9», «Венера-10», «Венера-13» и «Венера-14» в 1975—1982 годах.
    889
  • 29/08/2016

    В Новосибирске будут производить шагающие экзоскелеты для инвалидов

    ​Заместитель генерального директора по инновационному развитию "Инновационного медико-технологического центра" (Новосибирского медтехнопарка) Анатолий Аронов на круглом столе в рамках форума "Новосибирск- город безграничных возможностей" рассказал, что будут производить резиденты второй очереди медицинского промышленного парка.
    2935
  • 15/02/2018

    Томские ученые доказали эффективность нового метода диагностики заболеваний мозга

    ​Издательство Nature Publishing Group опубликовало результаты исследований ученых ТГУ, подтверждающие эффективность нового метода диагностики заболеваний головного мозга. Уникальный способ неинвазивной оценки состояния оболочек нервных волокон (миелина) при помощи магнитно-резонансной томографи (МРТ) был разработан под руководством профессора Университета Вашингтона, научного руководителя лаборатории нейробиологии НИИ ББ ТГУ Василия Ярных.
    1711
  • 19/09/2019

    НГУ и ИЯФ СО РАН представили на форуме «Технопром» инновационную методику лечения рака

    ​​C 18 сентября в рамках VII Международного форума технологического развития «Технопром» Новосибирский государственный университет и Институт ядерной физики им. Г. И. Будкера представят стенд, посвященный совместной работе центра бор-нейрозахватной терапии онкологических заболеваний.
    513
  • 20/02/2019

    Новосибирские ученые исследовали воздействие мощного терагерцового излучения на мышечные ткани

    ​Ученые Института химической кинетики и горения им. В.В. Воеводского СО РАН (ИХКГ СО РАН) и Новосибирского государственного медицинского университета совместно с коллегами из Института ядерной физики им.
    822
  • 09/04/2019

    Сибирские ученые оптимизируют работу электронных дисплеев органическими полупроводниками

    ​Ученые Новосибирского государственного университета (НГУ) займутся исследованием свойств органических полупроводников (материалов, используемых в электронике), чтобы повысить эффективность используемых сейчас электронных дисплеев, сообщил ТАСС руководитель лаборатории органической оптоэлектроники НГУ Евгений Мостович.
    809