Кафедра неоргани­ческой и физической химии - одна из старейших

  • 30 апреля 2011, 11:44
  • Автор: admin
  • Просмотров 2141

При полном или частичном цитировании гиперссылка на сайт www.vyatsu.ru обязательна!

Одной из старейших на химическом факультете является кафедра неоргани­ческой и физической химии.

В 1986 году сюда передается курс аналитической химии, и в кол­лектив влились преподаватели этой дисциплины А.И.Петухова и А.П.Российский. В настоящее время кафедра является одной из ос­новных общетеоретических кафедр факультета. Здесь ведется обуче­ние фундаментальным дисциплинам: общей и неорганической, ана­литической и физической химии, физико-химическим методам анализа, химии поверхностных явлений и дисперсных систем. Для студентов специальности "Технология электрохимических произ­водств" читается спецкурс "Химия твердых электролитов". Подъем учебной и научной деятельности сотрудников можно смело связать с приходом на заведование в 1967 году доцента, кан­дидата химических наук Марины Владимировны Симоновой, зани­мавшей должность шесть лет. В этот период кафедра была выпуска­ющей и готовила выпускников по специальности "Технология неорганических веществ", первый набор на которую был осуществ­лен еще в 1963-64 учебном году. В 1970-71 году произошел после­дний выпуск по очной форме обучения.

Под руководством М.В.Симоновой здесь были созданы основ­ные курсы: общей и неорганической химии, а также физической хи­мии, общей и химической технологии, специальных дисциплин по технологии неорганических веществ. Оборудуются основные лабо­раторные практикумы. Одновременно с этим создается научно-ис­следовательская лаборатория химии и физики полупроводников.

Представьте себе завод, на котором регулярно 30-35 процентов выпускаемой продукции идет в брак. Чрезвычайное происшествие? Нет, это в порядке вещей. Когда-то так было на любом предприя­тии, изготовлявшем полупроводниковые транзисторы. И причина брака коренилась в сложности производства. Кремний, германий - вещества капризные, получать в чистом виде их нелегко, кроме того, они дороги. Заменить бы чем-то.

Можно заменить. Многие твердые вещества являются полупроводниками, надо только "разбудить" в них чти свойства, найти ус­ловия, в которых они проявляются. Как раз над этим задумалась М.В.Симонова вместе со своим мужем Юрием Анатольевичем, со­трудником кафедры радиотехники тогда еще электрофизического фа­культета.

Есть такое химическое соединение - куприт. Это оксид меди, обладающий полупроводниковыми свойствами. Его можно было бы широко использовать в промышленности, если бы он проявлял ста­бильность в их обладании. Но стабильности не наблюдалось, и нуж­но было найти способ, как превращать вещество в устойчивый по­лупроводник. А все дело было в количестве содержащегося в куприте кислорода, что обуславливало электрическую проводимость соеди­нения. Вот будь бы содержание кислорода повыше...

И на кафедре создали установку для насыщения куприта этим необходимым компонентом. В массивную толстостенную кварцевую ампулу в специальной кварцевой же ячейке помещался рабочий об­разец куприта, соединенный с кислородным донором - оксидом же­леза. К получившейся таким образом электролитической системе под­водились электроды. Затем, чтобы ликвидировать влияние на вещество кислорода воздуха, его отсасывали, образуя вакуум. Ам­пулу с образцом разогревали в муфельной печи до тысячеградусной температуры и пропускали через систему куприт-донор электричес­кий ток. Молекулы кислорода переходили из донора в куприт, на­сыщая оксид. Результаты обнадеживали. К исследованиям Симоно­вы привлекли и студентов - Б.Невельского, О.Гусева, В.Рыкова с радиотехнического факультета, В.Кирееву, дипломантку с ЭФФ, Г.Ляпунову с родного химико-технологического. Подключилась и заведующая лабораторий физхимии С.Г .Наумова, лишь недавно за­кончившая факультет и защитившаяся как раз по куприту.

Позже работы по полупроводникам продолжились на других веществах. Сотрудница кафедры С.И.Трейберман и дипломантка А.Коробейникова, например, исследовали оксиды серебра, добиваясь наибольшей проводимости этих соединений. Даже незначительная примесь, какую и измерить-то невозможно, - враг номер один для элек­троники. Попадет посторонняя частица в сердце транзистора, и нич­то уже не вдохнет жизнь в чудесный кристаллик. Поэтому образцы оксидов серебра получены на кафедре чистейшие - в этом секрет наи­большей   проводимости.

Ученые-физхимики строили большие планы. Разработанная ими технология получения полупроводниковых свойств у куприта была лишь одним из первых шагов коллектива, объединившего около двад­цати студентов и преподавателей. Образцы, полученные ими в те годы, были поликристаллическими. Целью же был монокристалл, конечно, лучший во многих отношениях. А конечным итогом Мари­на Владимировна видела транзистор, в изготовлении которого при­менялся бы метод напыления активного вещества, которым являлся куприт, на инертный материал, например, фарфор.

Симоновы волею судеб уехали из Кирова, многое из задуман­ного не доведя до конца. Но начатые ими работы не были свернуты, и опыт прошлого не пропал даром. Г.В.Ляпунова, Л.А.Калинина (Хорохонова), А.П.Леушина защитили кандидатские диссертации. В.М.Лаптев, Т.К.Герасимова, Л.А.Нестерова, Л.Н.Власюк (Глызина) были направлены в аспирантуру. Научное направление, создан­ное М.В.Симоновой, остается на кафедре и после ее отъезда, полу­чая дальнейшее развитие в работах ее учеников.

В настоящее время на кафедре неорганической и физической хи­мии можно выделить несколько научных направлений, находящих­ся в области фундаментальных исследований твердого тела. Вот одно из них - исследования стеклообразных измерительных материалов (руководители - доценты Т.С.Рыкова и А.В.Пазин).

Начать тут надо с экскурса в классические работы академиков Б.П.Никольского и М.М.Шульца по измерению рН - постоянно нуж­ного химикам показателя кислотности или щелочности среды. Уче­ные прибегли к электрохимическим методам. Когда-то господство­вало представление, что подвижные электрические заряды могут быть только в проводниках первого рода - металлах или второго - раство­рах. Но потом обнаружили носители зарядов и в твердофазных системах, которые проводниками никогда не считались. Например, в стекле. И родилась идея стеклянного электрода, с помощью кото­рого можно было бы измерять рН-показатель концентрации ионов водорода в растворах. Для этого создали специальные стекла, спо­собные обмениваться с исследуемым раствором ионами водорода. Этот эффект лег в основу измерения электрического потенциала элек­трода, на основе чего можно было уже судить, кислый раствор в ру­ках у химика или щелочной. Причем с большой степенью точности, что было для исследователя очень важно.

Перспективное направление развивалось работами многих уче­ных, пока химики не задумались: а нельзя ли описанный способ при­менить для измерения содержания в растворе не ионов водорода, а катионов металлов? Такой метод, простой и точный, был очень ну­жен ученым да и производственникам-химикам.

Оказалось, можно, все дело упиралось в создание новых сте­кол, способных обмениваться с электролитом ионами уже не водо­рода, а того металла, содержание которого подвергалось контролю. В этом направлении и развернуты работы на кафедре кировс­кого вуза. Разработаны и практически созданы, в частности, стекла для исследований на свинец и на другие металлы. На кафедре но оз­наченной тематике выполнены и защищены три кандидатские дис­сертации.

Другая ветвь научного поиска - исследования анионопроводящих и катионопроводящих твердых электролитов, чем руководят кан­дидаты наук доценты Л.А.Калинина и А.П.Леушина. А начало ра­боты было положено еще М.В.Симоновой.

Промышленности постоянно требуются новые и новые полу­проводники. Перед химиками ставятся задачи создания этих ве­ществ с заданными свойствами: с определенной величиной прово­димости, подвижности частиц, механическими показателями. Например, некий завод сказал: нужен оксид с катионной проводи­мостью. Задача ученых - создать вещество, в котором анионная и электронная проводимости были бы сведены к минимуму, а катионная была усилена. И начинается работа по увеличению нестехиометрических свойств оксида, ослаблению связей в его катионной и анионной кристаллических подрешетках. Практически это осу­ществляется воздействием на вещество в специальной ячейке  высокой температурой и электрическим током. Для обретения соедине­нием новых качеств недостаточно носителей заряда в нем одного типа, и из одной фазы в другую переводятся или катионы или ани­оны, пока люди не "вылепят" то, что им надо.

Одно из практических применений разработанных кафедрой твердых электролитов с полупроводниковыми свойствами, в чем кировчане являются монополистами в стране, - селективные датчики-анализаторы. Получены химические сенсоры на большое количество элементов, находящихся в газовой, жидкой и твердой фазах. Напри­мер, разработаны анализаторы на газы, содержащие серу и свинец, для одного из куйбышевских предприятий. Выполнялись подобные работы и по хозтеме для Кировского приборостроительного.

Еще интересное дело, которым занималась кафедра - это совме­стные с Московским институтом общей и неорганической химии по­иски в области лазерной техники.

Известно, что главным рабочим элементом в твердотельном ла­зере первоначально служил кристалл рубина, накапливающий в себе световую энергию. Потом появились многочисленные замены его, одни лучше, другие хуже. Неплохо показала себя искусственная шпи­нель - синтетическая имитация естественной шпинели, драгоценно­го камня, близкого по составу к рубину, особенно когда при изго­товлении ее в состав начали добавлять присадки, увеличивающие аккумулирующие свойства, - кадмий, медь. Но капризной оказалась шпинель в изготовлении - кристаллы ее получались неопределенно­го состава.

Разработчики "вышли" на кировских физхимиков, и здесь за­дачу решили, научившись изменять состав твердых черных камеш­ков в направлении требуемой определенности. Шпинель приобрела те свойства, которых не могли добиться в Москве. Этими работами руководила доцент А.П.Леушина.

Вообще, в Кирове держат высокую марку. Например, в отечествен­ной физхимии всегда доминировало мнение, что в твердых сульфидах прочно связан сульфидион и не может быть сульфидпроводящих твер­дых электролитов. А доцент Л.А.Калинина своими исследованиями до­казала существование нестехиомстрических систем, в которых сульфид-ион обретает подвижность. Это новое слово в физхимии; оно сулит создание твердых электролитов с новыми свойствами.

 Под руководством Л.А.Калининой на кафедре выполнены че­тыре работы на соискание ученой степени кандидата химических наук. Два аспиранта работают у А.П.Леушиной. По результатам на­учных трудов имеется более 60 авторских свидетельств на изобрете­ния, по некоторым оформлены патенты. Кафедра ежегодно имеет большое количество публикаций, сотрудники ее принимают актив­ное участие в работе конференций различного уровня.

Кроме того, на кафедре разрабатывается еще одно научное на­правление, связанное с созданием модифицирующих систем на ос­нове алкенилированных фенолов для технических и шинных резин. Это направление возникло с приходом на кафедру молодого препо­давателя А.П.Российского, который продолжает исследования в пла­не докторской диссертации.

Можно сказать, что исследования сотрудников кафедры неорга­нической и физической химии находятся "на острие" научных и тех­нических потребностей человечества, поскольку техника, основанная на применении полупроводников, развивается невиданными темпа­ми. Не вызывают уже изумления появившиеся сначала в Японии, а потом и в других странах электронно-счетные устройства, вмонтиро­ванные в наручные часы, или электронный переводчик с одного язы­ка на другой величиной с папиросную коробку. А в основе всего на­правления так или иначе лежит крохотный кристаллик, обладающий чудесными свойствами, и человек, своим трудом этот кристаллик рож­дающий.

Но не менее важны на производствах инженеры-электрохимики. Увеличение потребности различных отраслей индустрии в этих специ­алистах особенно начало ощущаться с 50-60 годов, когда происходило интенсивное развитие машиностроения: ведь на каждом механическом, автомобильном, авиационном, приборостроительном заводе должен был быть гальванический цех, в котором поверхность деталей подвер­гается финишной обработке путем нанесения защитных, декоратив­ных или специальных металлических, а также анодизационных и фос­фатных покрытий. В радио- и приборной технике расширялось производство печатных плат, изготовление которых в значительной степени базируется на электрохимической технологии. Электрохими­ки требуются на заводах химических источников тока, на предприяти­ях цветной металлургии и химической промышленности.

 

Из книги В.Шишкина "ВятГУ: страницы биографии"

Версия для печати