Основные направления научных исследований: Исследования в области материаловедения, инженерной физики, нанодисперсных и композиционных материалов.

Перечень грантов, хоздоговорных и иных тем научных исследований:

• Государственное задание Министерства образования и науки РФ на выполнение НИР, проект «Разработка принципов создания и технологий синтеза материалов и изделий с многоуровневой (нано-микро-мезо-макро) структурой на основе нанодисперсных порошков, сплавов и соединений металлов, полуметаллов и полупроводников, математического обеспечения и информатики в области сквозных цифровых технологий». (2020-2022 гг.);
• Грант Российского научного фонда: «Исследование влияния высокоэнергетических процессов в плазме дугового разряда низкого давления на морфологические, магнитные и электрофизические свойства синтезируемых наночастиц CuO и NiO». (2020-2022 гг.);
• Грант Российского фонда фундаментальных исследований: «Фундаментальные исследование процессов плазмохимического синтеза новых функциональных наноматериалов на основе металлорганических каркасных структур для фотокаталитического окисления паров органических веществ и очистки воздуха». (2019-2021 гг.);
• Грант Российского фонда фундаментальных исследований: «Фундаментальные исследования нелинейных динамических систем для вакуумных дуговых разрядов низкого давления». (2019-2021 гг.);
• Грант Российского фонда фундаментальных исследований: «Физико-химические процессы и математическое моделирование вакуумно-дугового синтеза нанопорошков и покрытий на основе квазикристаллического сплава системы Al-Cu-Fe». (2018-2020 гг.);
• Грант Российского фонда фундаментальных исследований: «Математическое моделирование взаимосвязанных физических процессов в динамических плазменных системах вакуумно-дугового реактора». (2018-2020 гг.);
• Грант Российского научного фонда: «Исследование процессов вакуумно-плазменного формирования искусственных центров пиннинга в ВТСП керамике и создание на её основе активных элементов силовой электротехники нового поколения». (2019-2020 гг.).

Оснащенность лабораторным оборудованием

На базе кафедры создана и функционирует уникальная научная установка «Комплекс плазмохимического синтеза и анализа наноструктур».

Комплекс предназначен для синтеза наноразмерных объектов, покрытий, композиционных материалов и структур, а также проведения исследования их структурных, физико-химических, электрофизических и электрохимических свойств. В плазмохимическом комплексе применяется метод генерации активных плазм различного состава, управление ими при помощи электрических и магнитных полей с последующим получением НМ методом конденсации из плазменной фазы.

Плазмохимический комплекс построен по легко перенастраиваемому модульному принципу и состоит из:

• Высокопроизводительного плазмохимического реактора низкого давления, позволяющего синтезировать наноструктурированные покрытия и нанодисперсные порошки металлов, сплавов, соединений с неметаллами; универсального мультикатодного генератора металлической и газовой плазмы, позволяющего генерировать потоки высокоионизированной плазмы;
• Универсального устройство для плазменной обработки порошковых материалов, позволяющего в едином технологическом цикле проводить очистку, травление активацию, имплантацию, плакирование частиц порошковых полимерных материалов;
• Устройства контроля и автоматизации, позволяющее с высокой точностью контролировать и поддерживать технологические параметры, регулировать в широком диапазоне структурные, физико-химические, электрофизические и электрохимические свойства получаемых материалов, исследовать быстропротекающие плазмохимические процессы; модуля питания сильноточных плазменных устройств;
• Вспомогательного технологического модуля; системы вакуумной откачки и высокоточной многоканальной системы поддержания давления рабочих газов в плазмохимическом реакторе;
• Приборов для исследования физико-химических свойств получаемых материалов, в данном оборудовании реализованы практически все современные методы непрерывного контроля условий формирования, включая RHEED — методику in situ анализа структурных свойств.

Главным преимуществом плазмохимического комплекса является повышение качества и химической чистоты получаемого нанопорошка и расширение технологических возможностей устройства при получении нанодисперсных порошков простых тугоплавких металлов и сложнокомпозиционных материалов и сплавов, наноструктурированых покрытий. Кроме того, в основу принципа работы УНУ заложены методы, позволяющие реализовывать современные способы получения различных пленочных материалов с заданными структурой и составом воздействие на поверхность ускоренными пучками высокоэнергетических ионов, при котором происходит ионная имплантация в приповерхностные слои различных элементов, что позволяет воздействовать на кристаллическую структуру этого слоя, легировать его дополнительными элементами, меняя функциональные свойства поверхности.

В состав комплекса входит следующее оборудование:

1. Установка плазмохимического синтеза наноструктурных материалов
   Фирма-изготовитель: ИСЭ СО РАН г. Томск, Россия;
   Год выпуска: 2005.
2. Сканирующий зондовый микроскоп СММ-2000
   Фирма-изготовитель: Завод ПРОТОН;
   Год выпуска: 2020.
3. Потенциостат-гальваностат «Р-45Х» с модулем частотного анализатора
   Фирма-изготовитель: Electrochemical Instruments;
   Год выпуска: 2020.
4. Анализатор наноструктур CPS DC24000
   Фирма-изготовитель: «NETZSCH», Германия;
   Год выпуска: 2009.
5. Прибор для динамического механического анализа DMA 242
   Фирма-изготовитель: «NETZSCH, Германия;
   Год выпуска: 2007.
6. Приборы синхронного термического анализа ТГ-ДТА/ДСК STA/
   Фирма-изготовитель: «NETZSCH,Германия;
   Год выпуска: 2007.
7. Просвечивающий электронный микроскоп JEOL JEM-2100/
   Фирма-изготовитель: JEOL, Япония;
   Год выпуска: 2007.
8. Растровый электронный микроскоп JEOL JSM-6490 LV
   Фирма-изготовитель: JEOL, Япония;
   Год выпуска: 2007.
9. Рентгеновский дифрактометр Bruker Advance D8
   Фирма-изготовитель: Bruker Corporation;
   Год выпуска: 2007.

• Нанотвердомер «НаноСкан 4Д-Компакт» (Нанотвердомер предназначен для измерений твердости материалов по шкалам индентирования в соответствии с ГОСТ Р 8.748-2011);
• Весы аналитические ViBRA HT-124RCE с комплектом для гидростатического взвешивания;
• Аналитические весы МИДЛ МЛ-НЬЮТОН ЛС RS-232;
• Шкаф сушильный ШС-80-МК (Смоленское СКТБ СПУ);
• Термоизмеритель ТМ-12м.5 (Сибэкоприбор);
• Источник питания АКИП-1149-80-240;
• Синхронный усилитель SR-830 (Stanford Research Systems);
• Осциллограф Актаком ADS-2221MV;
• Микровольтметр селективный В6-9;
• Генератор сигналов 2-х канальный;
• Пирометр АКИП-9311;
• Сосуды Дьюара СДП-35/60 и переливающие устройства к нему;
• Комплектующие к печи;
• Мельница шаровая для особо тонкого измельчения МЛ-1М;
• Электрохимическая ячейка Э-6С для потенциостата-гальваностата Р-45Х;
• Пресс ручной;
• Печь муфельная LOIP LF-5/13-V2;
• Печь трубчатая LOIP;
• Печь муфельная ЭКПС 5(50+1100С, объем 5 л.) (Смоленское СКТБ СПУ);
• Источник питания Owon 3032;
• Источник питания Owon 3063;
• Магнитометр АТЕ-8702;
• Мультиметр DT-9969;
• Станок намоточный;
• Станок сверлильный.

Основные результаты научной работы

• Создано новое поколение сверхпроводящих нанокомпозитов с высоким уровнем и уникальным сочетанием комплекса служебных характеристик сверхпроводимости (пик-эффект, повышенная плотность критического тока, полевая ширина гистерезиса), механической прочности (трещиностойкость, ударная стойкость) и повышенной теплопроводности для использования в качестве токонесущих элементов в силовых электрических устройствах. Это достигнуто за счет введения в сверхпроводящую керамику YBa2Cu3O7 геометрически резко анизотропных вискерс-подобных включений CuO, Al2O3, MoO и нанотрубок CNT действующих на пиннинг вихревых линий магнитного потока.
• Синтезированы и комплексно исследованы физико-химические, магнитные и электрофизические свойства наночастиц CuO и NiO. Определена роль размерных и поверхностных эффектов, остаточных напряжений в формировании магнитных и электрофизических свойств наноразмерных частиц, а также развиты теоретические и практические подходы в изучении физико-химических процессов их формирования.
• Разработан метод синтеза металлоорганических каркасов (МОК) на основе оксида циркония с применением плазмы дугового разряда низкого давления, а также проведена оценка фотокаталитического окисления паров органических веществ и очистки воздуха с помощью синтезированных наноматериалов.
• Решена проблема в области исследований процессов формирования наночастиц оксида циркония в плазменном потоке дугового разряда низкого давления. Проведено математическое моделирование процессов и механизмов расплавления и диспергирования расплавленного материала катода, подачи жидких капель этого материала в плазму, высокоскоростного охлаждение жидких наночастиц, формируемых в плазме до их отвердевания, и последующее осаждение полученных твердых наночастиц на подложку. Изучена структура и физико-химические свойства синтезированных наноструктурных материалов на основе оксида циркония.
• Исследовано, как повышение давления в плазмохимическом реакторе влияет на физические параметры и магнитные свойства синтезированных в нем наночастиц оксида меди. При меньшем давлении размер наночастиц варьировался от 15 до 60 нанометров, магнитные свойства практически не отличались от параметров объемного материала. В случае давления в 0,02 атмосфер размеры колебались от 15 до 45 нанометров, а параметры оксида меди сильно изменились. Он обладал магнитной твердостью, то есть долго сохранял свою намагниченность, причем она оказалась повышенной.
• Сотрудники кафедры ЮНЕСКО СФУ и Федерального исследовательского центра Красноярского научного центра СО РАН создали материал для сверхпроводника, позволяющий снизить до минимума сопротивление при передаче электрического тока. Полученный материал будет экологически безопасным и уменьшит стоимость оборудования, созданного на основе сверхпроводника. Благодаря открытию, по мнению ученых, будут созданы предпосылки для разработки высокоэффективных видов электротехники.

Участие научно-педагогических работников в работе диссертационных советов

При кафедре открыт и функционирует совет по защите кандидатских и докторских диссертаций Д 24.2.404.02 по специальности 2.6.5 «Порошковая металлургия и композиционные материалы» (технические науки). Председатель — А.В. Минаков, ученый секретарь — И.В. Карпов