Модификация поверхности и получение многофункциональных самоощихся супергидрофобных материалов

Краткая информация о проекте по теме “Модификация поверхности и получение многофункциональных самоощихся супергидрофобных материалов”

ИРН АР08052848

 

Актуальность – развитие собственных технологий получения супергидрофобных самоочищающихся материалов из дешевого отечественного сырья в настоящее время является актуальной проблемой для резкоконтинентальных климатических условий Казахстана. Из-за гидрологического, биологического и солевого дисбаланса значительной части Республики существует необходимость создания инновационных эффективных супергидрофобных материалов и технологий. Одним из многообещающих направлений решения этой проблемы является разработка технологии гидрофобизации строительных материалов. Проблема защиты материала от воздействия влаги решается модификацией поверхности материалов гидрофобизирующими покрытиями. Идейной концепцией проекта является создание супергидрофобных самоочищающихся материалов, используемых в строительстве для получения бетона, тротуарной антигололедной плитки, фасадов зданий, кровли и гидроизоляции зданий.

Цель работы – супергидрофобное преобразование стекла, кровельных материалов, плиток для фасадов зданий, поверхностей строительных материалов, таких как бетон, тротуарные плитки. Исследование смачивающих, самоочищающихся, шероховатых, микрофлюидных и адгезионных свойств полученных материалов.

Ожидаемые результаты – при реализации проекта будут получены строительные материалы, которые могут быть использованы для гидроизоляции зданий, покрытия кровли и фасадов зданий, создания гидрофобного бетона и как анти-гололедное покрытие дорог и тротуаров, что весьма актуально при климатических условиях Казахстана.

Ожидаемый научный и социально-экономический эффект - благодаря использованию дешевой технологии супергидрофобного материала и его модификаций за счет усовершенствования технологий повышения уровня и качества жизни населения. Простота, оригинальность и дешевизна способа получения гидрофобных материалов привлекла внимание исследователей во всем мире. Таким образом, предполагаемые исследования являются сектором науки, где возможны с большой вероятностью прорывные результаты, открывающие новые нетрадиционные технологии, полученные с прогнозируемым положительным научным и социально-экономическим эффектом. Использование дешевой технологии повышения уровня качества жизни. Население будет целевым потребителем полученных результатов, в том числе по субъектному составу.

           Полученные научные результаты могут быть применены в строительстве жилых домов, в дорожном строительстве и сельском хозяйстве, коммерциализуемы.

Полученные результаты – были модифицированы поверхности фасадных, бетонных композитных материалов, тротуарной плитки, стекла и изучены гидрофобные свойства полученных материалов, таких как  смачиваемость, самоочищаемость и шероховатость. Были изучены процессы микрофлюидики на поверхности полученных материалов и их адгезионные свойства.

Были оптимизированы условия синтеза композитов SiO2/ТМСS, которые достигли супергидрофобного эфффекта с углом смачивния 165º на стекле и 156º на песке. Наночастицы SiO2 с монодисперсным размером около 200 нм были получены при условии коагуляции с водным раствором NH4OH при рН 9, при дальнейшим внедрений TMCS c pH 3 был получен шероховатая морфология и функциональная группа –Si-O-Si которые имеют гидрофобный эффект.

Эксперименты с изготовлением гидроизолирующего слоя для тротуарной плитки показали хорошие результаты с применением слоя из гидрофобного песка. Поведение капель на обработанных поверхностях свидетельствуют о несмачивающем или трудносмачивающем эффекте. Полученные образцы цементных форм, изготовленные с гидрофобизирующими агентами как силиконовое масло, моторное масло и гидрофобный песок практически не впитывают влагу и приобрели гидроизолирующий слой.

По результатам исследования в 2021 году были опубликованы 2 статьи в международных журналах с импакт фактором:

-  R. Zulkarnay, O. Ualibek, O. Toktarbaiuly, P.W. May. Hydrophobic behaviour of reduced graphene oxide thin film fabricated via electrostatic spray deposition // Bulletin of Materials Science 44, 2021 стр. 1-7. Импакт фактор: 1.30. https://doi.org/10.1007/s12034-021-02381-x

-   R. Kudaibergenova, O. Ualibek, E. Sugurbekov, G. Demeuova, C. Frochot, S. Acherar, G. Sugurbekova. Reduced graphene oxide-based superhydrophobic magnetic nanomaterial as high selective and recyclable sorbent for oil/organic solvent wastewater treatment.  Int. J. Environ. Sci. Technol. (2021). https://doi.org/10.1007/s13762-021-03722-3

Состав исследовательской группы

Токтарбайулы Олзат

Идентификатор - Scopus ID 55509723300, ORCID ID  0000-0003-4594-3435

Список публикаций

  1. Toktarbaiuly, A. Syrlybekov, O. Mauit, A. Kurbanova, G. Sugurbekova, I. Shvets. Magnetic and electronic properties of Fe3O4/PtSe2/Fe3O4 junctions. Materials Today Proceedings. 2021. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2020.11.579

2.                       R. Zulkarnay, O. Ualibek, O. Toktarbaiuly, P.W. May. Hydrophobic behaviour of reduced graphene oxide thin film fabricated via electrostatic spray deposition. Bulletin of Materials Scienc 44, 2021 (1-7). 2021. https://doi.org/10.1007/s12034-021-02381-x

3.                       V.Usov, C. Ó Coileáin, A.N. Chaika, S. I. Bozhko, V.N. Semenov, S. Krasnikov, O. Toktarbaiuly, S. Stoyanov, and I.V. Shvets. Revealing electromigration on dielectrics and metals through the step-bunching instability. Physical Review B. 102, 035407. 2020. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.102.035407

4.                       G.Sugurbekova, Y.Sugurbekov, G. Demeuova, O.Ualibek, A.Kurbanova, O. Toktarbaiuly, O.Mauit. The Effect of Doping on the Structure of Zinc Oxide Obtained by Atomic Layer Deposition. Materials Science Forum 990, 330-336. 2020. DOI: 10.4028/www.scientific.net/MSF.990.330

5.                       O. Mauit, D. Caffrey, A. Ainabayev, A. Kaisha, O. Toktarbaiuly, Y. Sugurbekov, G. Sugurbekova, I. Shvets,   K. Fleischer. Growth of ZnO:Al by atomic layer deposition: Deconvoluting the contribution of hydrogen interstitials and crystallographic texture on the conductivity. Thin Solid Films 690, 137533. 2019. https://doi.org/10.1016/j.tsf.2019.137533

6.                       O. Toktarbaiuly, V. Usov, C. Ó Coileáin, E. Norton, S. Bozhko, V. Semenov, A. Chaika, S. Krasnikov, O. Lübben, B. Murphy, G. Cross, G.K Sugurbekova and I. Shvets. Step bunching with both directions of the current: Vicinal W(110) surfaces versus atomistic-scale model. Physical Review B, 97, 035436. 2018. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.97.035436

7.                       A. Syrlybekov, E. Arca, R. Verre, C. Ó Coileáin, O. Toktarbaiuly, A. Khalid, H. Zhang, and I. V. Shvets. Induced morphological changes of vicinal MgO (100) under high temperature anneal: step formation and surface stability. Surface and Interface Analysis, 47, 969-977. 2015. https://doi.org/10.1002/sia.5805

  1. Usov, S. Stoyanov, C. Ó Coileáin, O. Toktarbaiuly, and I.V. Shvets. Antiband instability on vicinal Si (111) under the condition of diffusion-limited sublimation. Physical Review B, 86, 195317. 2012. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.86.195317

 

Уалибек Орал

Идентификатор - Scopus ID 54941305100

Список публикаций

1.  R. Zulkarnay, O. Ualibek, O. Toktarbaiuly, P.W. May. Hydrophobic behaviour of reduced graphene oxide thin film fabricated via electrostatic spray deposition. Bulletin of Materials Science 44, 2021 (1-7). 2021. https://doi.org/10.1007/s12034-021-02381-x

2.  R. Kudaibergenova, O. Ualibek, E. Sugurbekov, G. Demeuova, C. Frochot, S. Acherar, G. Sugurbekova. Reduced graphene oxide-based superhydrophobic magnetic nanomaterial as high selective and recyclable sorbent for oil/organic solvent wastewater treatment.  Int. J. Environ. Sci. Technol. (2021). https://doi.org/10.1007/s13762-021-03722-3

3.  R. Verre, K. Fleischer, O.Ualibek and I.V. Shvets. “Self-assembled broadband plasmonic nanoparticle arrays for sensing applications”. Applied Physics Letters, 100, 031102 (2012), Impact Factor: 3.6. https://doi.org/10.1063/1.3674982

  1. Ualibek, V. Verre, B. Bulfin, V. Usov, K. Fleischer, J. F. McGilp and I.V. Shvets. “Manipulating and probing the growth of plasmonic nanoparticle arrays using light”. Nanoscale, 5, 4923 (2013), Impact Factor:7.367. https://doi.org/10.1039/C3NR00087G
  2. Verre, M. Modreanu, O. Ualibek, D. Fox, K. Fleischer, C. Smith, H. Zhang, M. Pemble, J. F. McGilp and I. V. Shvets. “General approach to the analysis of plasmonic structures using spectroscopic ellipsometry”. Physical Review B, 87, 235–428 (2013), Impact Factor: 3.836. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.87.235428
  3. Fleischer, O. Ualibek, V. Verre and I. V. Shvets . “Formation of plasmonic nanoparticle arrays rules and recipes for an ordered growth”. Physica Status Solidi (b), 253, 198–205, 8 (2016), Impact Factor: 2.3. DOI: 10.1002/pssb.201552489
  4. Ualibek, E. Rezvani, Bulfin, G. Sugurbekova, G. Duesberg, I. Shvets. “Fabrication of Self-Organized Precisely-Tunable Plasmonic SERS Substrates via Glancing Angle Deposition”. Physica Status Solidi (A). 1700088 (2017). Impact Factor: 2.3. DOI: 10.1002/pssa.201700088
  5. Ualibek, C. Spitas, V. Inglezakis, G. Itskos, "Simulation of the Extensional Flow Mixing of Molten. Aluminium and Fly Ash Nanoparticles". International Journal of Materials and Metallurgical Engineering Vol:11, No:5 (2017)
  6. Ualibek, A.Tikhonov, A. Kurbanova, Igor Shvets and Gulnar Sugurbekova, “Plasmonic resonance sensitivity in phase transition of Ga nanoparticle arrays grown by Glancing Angle Deposition technique”, Nano Engineering and Materials Technologies III, Vol. 947, pp. 71-76, (2019). https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/MSF.947.71
  7. Aidarkhanov, A. Maxim, Z. Ren, Z. Yelzhanova, O. Ualibek, B. Daniyar, A. Saibitihan, M. Balanay, A. Djurisic, C. Surya and A. Ng, “Optimization of Electron Transport Layers for High Performance Perovskite Solar Cells”. IEEE Electron Devices Technology and Manufacturing Conference Proceedings of Technical Papers, 19690123 (2020). DOI: 10.1109/EDTM47692.2020.9118013
  8. Sugurbekova, Y. Sugurbekov, G. Demeuova, O. Ualibek, A. Kurbanova, O. Toktarbaiuly and O. Mauit, "The Effect of Doping on the Structure of Zinc Oxide Obtained by Atomic Layer Deposition". Materials Science Forum Vol. 990, pp. 330-336 (2020). DOI: 10.4028/www.scientific.net/MSF.990.330

Сералин Айдар

Список публикаций

  1. Book chapter. Seralin Aidar, Rehman Asad, Akram Salman, Vandamme Thierry and Anton Nicolas, Chapter 21 of book «Lipid nanocarriers: Formulation, properties, and applications», Elsevier book «Smart Nanocontainers: Fundamentals and Emerging Applications», published on 15.11.2019, Series: Micro and Nano Technologies, ISBN 978-0-12-816770-0
  2. Patent. Obtaining method of hydrophobic material. Seralin A.A., Sugurbekova G.K., May 2016, National Institute of Intellectual Property.

Курбанова Алия

Идентификатор - Scopus ID 57208865374, ORCID ID  0000-0002-1261-4582

Список публикации

  1. Sci.2021, 11(5), 2437; https://doi.org/10.3390/app11052437
  2. Sustainability2020, 12(13), 5489; https://doi.org/10.3390/su12135489