Федеральное государственное бюджетное учреждение науки
Институт химической физики
им. Н.Н.Семенова Российской академии наук

 
 
Достижения











Важнейшие результаты  2015 года


ВАЖНЕЙШИЕ РЕЗУЛЬТАТЫ, ПОЛУЧЕННЫЕ В УЧРЕЖДЕНИИ РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК ИНСТИТУТЕ ХИМИЧЕСКОЙ ФИЗИКИ ИМ. Н.Н. СЕМЕНОВА РАН В ОБЛАСТИ ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПРИКЛАДНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ В 2015 ГОДУ


ФГБУН Институт химической физики им. Н.Н. Семенова РАН
Раздел V "Химические науки и науки о материалах":
Подраздел 44 "Фундаментальные основы химии"
Работа выполнена в рамках Гос. задания ИХФ РАН
№ 44.1 «Фемтохимия»
Руководитель: д.х.н., проф. Надточенко В.А.

Субдифракционное наноструктурирование поверхности в ближнем поле фемтосекундного импульса

Продемонстрировано субдифракционное структурирование боросиликатного стекла с использованием фемтосекундных импульсов в ближнем поле оптически захваченных микросфер совмещённое с последующей химической обработкой. Поверхность стекла обрабатывалась одиночными усиленными импульсами на длине волны 780нм и с длительностью 30 фс, которые фокусировались на поверхность образца через стеклянные микросферы, находящиеся в оптической ловушке, и далее поверхность подвергалась селективному травлению в нагретом растворе KOH. Травление позволяло получать на поверхности стекла более воспроизводимые кратеры меньших размеров. Показаны воспроизводимые кратеры размером 70 нм (?/11). Двухмерные структуры с разрешением 100 нм (?/8) были записаны на поверхности стекла поточечно с помощью перемещения микросферы оптической ловушкой. Исследован механизм, лежащий в основе селективного травления стекла в зоне воздействия лазера, с помощью масс-спектрометрии. Обнаружено, что возможной причиной повышенной химической активности обработанных лазером участков может быть обеднение их кислородом.

Рис. 1 АСМ-изображение воспровизводимого кратера (а) и его поперечные сечения вдоль осей X и Y. Кратер был получен с помощью кварцевой микросферы диаметром 1.15 мкм. Плотность энергии импульса 0.93 Дж/см2

Рис. 2 Трехмерное изображение надписи “ICP” на поверхности боросиликатного стекла. Размер масштабной линейки 500 м, средняя глубина борозды 20 нм. Надпись получена с помощью кварцевой микросферы диаметром 1.15 мкм, плотность энергии импульса 0.98 Дж/см2

Список работ 2015 г.

  1. A.M.Shakhov, A.A. Astafiev, D.O. Plutenko, O.M. Sarkisov, A.I Shushin, V.A. Nadtochenko. Femtosecond Optical Trap-Assisted Nanopatterning through Microspheres by a single Ti:Sapphire Oscillator.
    The Journal of Chemical Physics C, 2015, 119, 12562-12571
    Impact Factor. 4.835.
  2. A.Shakhov, A.Astafiev, A.Gulin, V. Nadtochenko. Femtosecond Nanostructuring of Glass with Optically Trapped Microspheres and Chemical Etching
    ACS Appl. Mater. Interfaces 2015, 7, 27467?27472doi 10.1021/acsami.5b09454)
    Impact Factor. 6.723
  3. А.В. Айбуш, А.А. Астафьев, Ф.Е. Гостев, Н.Н. Денисов, А.А. Титов, И.В. Шелаев, А.м. Шахов, В.А. Надточенко. Импульсный разогрев воду у поверхности золотых наночастиц: фемтосекундная лазерная спектроскопия релаксации энергии водного коллоида плазмонных наночастиц в условиях сильного возбуждения.
    Химия Высоких Энергий, 2015, т.49, 5, 377-381

Доклады на конференциях
  1. A.A. Astafiev, V.A. Nadtochenko, A.A. Osychenko, A. M. Shakhov. Femtosecond Laser Material Processing and Optporation of Cell Membrane with Dielectric Micropsheres and Optical Tweezer. Optical Problems of Biophotonics – 2015. Proceedings. 173-174, Institute of Applied Physics RAS, Nizhny Novgorod, 2015.

Патенты
  1. А.М. Шахов, А.Н. Костров, А.А. Осыченко, А.А. Астафьев, В.А. Надточенко. Способ введения диэлектрических микроконтейнеров в клетки млекопитающих с использованием фемто-пикосекундных импульсов лазерного излучения. Регистрационный № 2015129870

Раздел V "Химические науки и науки о материалах":
Подраздел 44 "Фундаментальные основы химии"
Работа выполнена в рамках Гос. задания ИХФ РАН
№ 44.8 «Фундаментальные исследования процессов превращения энергоемких материалов и разработка научных основ управления этими процессам»
Руководитель: д.ф.-м.н. Фролов С.М.

Переход горения в детонацию
в системе газ - пленка жидкого горючего
Впервые экспериментально получен переход горения в детонацию в системе "газ (кислород) - пленка жидкого горючего (н-гептан)" при зажигании относительно слабым источником (взрывающейся проволочкой), который генерирует квазиакустическую волну давления. В серии опытов с разной энергией зажигания в прямом канале прямоугольного сечения 50х22 мм (рис. 1) получен воспроизводимый переход горения в детонацию на расстоянии 0,9 м от источника зажигания (рис. 2). Измеренная скорость детонационной волны не зависела от энергии зажигания и составила около 1900 м/с. Полученный результат имеет важнейшее значение для техники взрывобезопасности и для проектирования жидкостных ракетных двигателей нового поколения с управляемым детонационным горением топливной смеси.

Рис. 1 Вид установки "Детонационная труба ГКП"



Рис. 2 Записи давления в одном из опытов с переходом горения в детонацию в системе «газ – пленка». Сверху вниз: записи датчиков, более удаленных от источника зажигания

Раздел V "Химические науки и науки о материалах": Подраздел 46 "Физико-химические основы рационального природопользования и охраны окружающей среды на базе принципов «зеленой химии» и высокоэффективных каталитических систем, создание новых ресурсо- и энергосберегающих металлургических и химико- технологических процессов, включая углубленную переработку углеводородного и минерального сырья различных классов и техногенных отходов, а также новые технологии переработки облученного ядерного топлива и обращения с радиоактивными отходами"
Работа выполнена в рамках Гос. задания ИХФ РАН
№ 46.14 «Разработка научных основ экологически безопасных технологий получения химических веществ и материалов, в том числе, наноматериалов, с использованием нетрадиционных способов воздействия на вещество (твердофазные процессы, фотохимия, сверхкритические флюиды) и быстрых химических и физических процессов в турбулентных потоках»
Руководитель: д.х.н., проф. Соловьева А.Б.

Полимерная композиция для препаратов
с контролируемым высвобождением действующего вещества

Впервые получены композиции, в которых триарилимидазолы, обладающие нейропротекторной и противоопухолевой активностью, введены в матрицу биоразлагаемого природного полисахарида – хитозана в среде сверхкритического диоксида углерода в присутствии 0.1-0.2 мас.% воды. Полученные композиции обеспечивают варьируемый выход биологически активного вещества в буферный раствор с рН 1.6, моделирующий среду желудочного сока. Из рисунка 1 видно, что модельный гидрофобный триарилимидазол – гидроксилофин после связывания с хитозаном растворяется в буферном растворе. Полное время его выхода в раствор около 48 час. Скорость выхода на начальном участке зависит от молекулярной массы хитозана Mw. В клеточных экспериментах показано, что биологически активные аналоги гидроксилофина, содержащие оксиметильные заместители в трех фенильных циклах, введенные в матрицу хитозана, обладали высокой цитотоксичностью по отношению к клеткам Skov-3 (карцинома яичников человека).

Рис. 1 Содержание гидроксилофина (ГДИ) в буферном растворе (рН-1,6) как функция времени выдерживания в нем плёнок хитозана с Mw ?3.5x105 и толщиной 60 мкм (1) и Mw ?5.0x104 и толщиной 50 мкм (2) 1