Лаборатория физико-химических процессов в энергетике

И.о. заведующего лабораторией,  д.ф.-м.н. Старинский С.В.

Тематика лаборатории

• Физико-химические процессы формирования композитных и гибридных наноструктурных материалов при воздействии лазерного излучения на вещество и введении универсальных наномодификаторов.

Физико-химические основы технологического использования сверхкритических водных (СКВ) флюидов для экологически чистой конверсии низкосортных топлив (НСТ) в водород, ценные углеводороды и тепло:

• создание лабораторных установок и технологических схем конверсии НСТ в СКВ средах;
• исследование механизмов и кинетики конверсии НСТ в СКВ и СКВ/О2 флюидах.

Физика кластеров и наночастиц:

• разработка новых методов управляемого синтеза наночастиц оксидов металлов в СКВ средах;
• исследование физико-химических свойств кластеров и наночастиц инструментальными и вычислительными методами.

Основные публикации

• Starinskiy S.V., Safonov A.I., Shukhov Y.G., Sulyeva V.S., Korolkov I. V., Volodin V.A., Kibis L.S., Bulgakov A.V. Nanostructured silver substrates produced by cluster-assisted gas jet deposition for surface-enhanced Raman spectroscopy // Vacuum. 2022. v. 199. p. 110929.
• Fedyaeva O.N., Artamonov D.O., Vostrikov A.A. Oxidation of municipal sewage sludge, chicken and swine manure in the water-oxygen fluid flow under uniform heating // J. Supercrit. Fluids. 2022. v. 191. p. 105767.
• Fedyaeva O.N., Morozov S.V., Vostrikov A.A. Supercritical water oxidation of chlorinated waste from pulp and paper mill // Chemosphere. 2021. v. 283. p. 131239.
• Morozov A.A., Starinskiy S.V., Bulgakov A.V. Pulsed laser ablation of binary compounds: Effect of time delay in component evaporation on ablation plume expansion // J. Phys. D: Appl. Phys. 2021. v. 54. p. 175203.
• Starinskiy S.V., Safonov A.I., Sulyaeva V.S., Rodionov A.A., Shukhov Y.G., Bulgakov A.V. An optical method for determination of the mass thickness of thin gold films with arbitrary morphology // Thin Solid Films. 2020. v. 714. p. 138392.
• Starinskiy S.V., Rodionov A.A., Shukhov Y.G., Safonov A.I., Maximovskiy E.A., Sulyaeva V.S., Bulgakov A.V. Formation of periodic superhydrophilic microstructures by infrared nanosecond laser processing of single-crystal silicon // Appl. Surf. Sci. 2020. v. 512. p. 145753.
• Vostrikov A.A., Shishkin A.V., Fedyaeva O.N. Conjugated processes of bulk aluminum and hydrogen combustion in water-oxygen mixtures // Int. J. Hydrogen Energy. 2020. v. 45. p. 1061-1071.
• Fedyaeva O.N., Vostrikov A.A., Shishkin A.V., Dubov D.Y., Sokol M.Y. Effect of sodium carbonate on supercritical water gasification and oxidation of sludge-lignin at continuous counter-feed of the reagents // J. Supercrit. Fluids. 2020. v. 164. p. 104933.
• Starinskiy S.V., Rodionov A.A., Shukhov Y.G., Maximovskiy E.A., Bulgakov A.V. Dynamics of nanosecond-laser-induced melting of tin in vacuum, air and water// Appl. Phys. A. 2019. v. 125, no 734. p. 1-8.
• Fedyaeva O.N., Artamonov D.O., Vostrikov A.A. Effect of H₂O and CO₂ on propane, propene, and isopropanol oxidation at elevated pressures // Combust. Flame. 2019. v. 199. p. 230-240.
• Vostrikov A.A., Fedyaeva O.N., Shishkin A.V., Tretyakov D.S., Sokol M.Y. Features of low-temperature oxidation of hydrogen in the medium of nitrogen, carbon dioxide, and water vapor at elevated pressures // Int. J. Hydrogen Energy. 2018. v. 43. p. 10469-10480.
• Starinskiy S.V., Bulgakov A.V., Gatapova E.Y., Shukhov Y.G., Sulyaeva V.S., Timoshenko N.I., Safonov A.I. Transition from superhydrophilic to superhydrophobic of silicon wafer by a combination of laser treatment and fluoropolymer deposition // J. Phys. D: Appl. Phys. 2018. v. 51, no 25. p. 255307.
• Vostrikov A.A., Fedyaeva O.N., Shishkin A.V., Tretyakov D.S., Sokol M.Ya., Features of low-temperature oxidation of hydrogen in the medium of nitrogen, carbon dioxide, and water vapor at elevated pressure // Int. J. Hydrogen Energy, 2018, v. 43, p. 10469-10480.
• Shishkin A.V., Sokol M.Ya., Dubov D.Yu., Fedyaeva O.N., Effect of a constant electric field on the structure of the oxide layer formed during zinc oxidation by supercritical H2O and H2O/CO2 fluids // J. Advanced Oxidation Technologies, 2018, v. 21, no 1, article ID – 20170049.
• Starinskiy S.V., Shukhov Y.G., Bulgakov A.V. Laser-induced damage thresholds of gold, silver and their alloys in air and water // Applied surface science. – 2017. – 396. – P.1765-1774. – DOI:10.1016/j.apsusc.2016.11.221
• Алексеев А.В., Дубов Д.Ю., Предтеченский М.Р. Влияние углеродных нанотрубок на механические свойства литого алюминия марки а5 // Перспективные материалы. – 2017. – №8. – С. 40-52.
• Старинский С.В., Шухов Ю.Г., Булгаков А.В. Влияние размеров наночастиц на спектр экстинкции коллоидных растворов, полученных при лазерной абляции золота в воде // Квантовая электроника. – 2017. – Т. 47. – №4. – С. 343-346.
• Fedyaeva O.N., Antipenko V.R., Vostrikov A.A., Heavy oil upgrading at oxidation of activated carbon by supercritical water-oxygen fluid // J. Supercritical Fluids, 2017, v. 126, p. 55-64.
• Fedyaeva O.N., Vostrikov A.A., Transformations of pyrite and pyrrhotite in supercritical water // Russ. J. Phys. Chem. B, 2017, v. 11, no 7, p. 1070-1077.
• Vostrikov A.A., Fedyaeva O.N., Kolobov V.I. Conversion of tar in supercritical water-oxygen fluid with soot suppression // J. Engineering Thermophysics, 2017, v. 26, no 1, p. 1-9.
• Krause B., Pötschke P., Ilyin E., Predtechenskiy M. Melt mixed SWCNT-polypropylene composites with very low electrical percolation // Polymer. – 2016. - Vol. 98. - P. 45 - 50.
• Lebedev S.M., Gefle O.S., Amitov E.T., Ilin E.S., Bezrodny A.E., Predtechenskiy M.R. Conductive carbon nanotube-reinforced polymer composites and their characterization // IEEE Trans. Dielectrics and Electrical Insulation. – 2016. - Vol. 23, No. 3. - P. 1723 - 1731.
• Lebedev S.M., Gefle O.S., Amitov E.T., Predtechenskiy M.R., Bezrodny A.E. Electrical properties of carbon nanotube-reinforced polymer composites // Key Engineering Materials. – 2016. – Vol. 685. - P. 569 - 573.
• Vostrikov A.A., Shishkin A.V., Sokol M.Ya., Dubov D.Yu., Fedyaeva O.N., Conversion of brown coal continuously supplied into the reactor as coal-water slurry in a supercritical water and water-oxygen fluid // J. Supercritical Fluids, 2016, v. 107, p. 707-714.
• Fedyaeva O.N., Antipenko V.R., Dubov D.Yu., Kruglyakova T.V., Vostrikov A.A., Non-isothermal conversion of the Kashpir sulfur-rich oil shale in a supercritical water flow // J. Supercritical Fluids, 2016, v. 109, p. 157-165.
• Fedyaeva O.N., Vostrikov A.A., The products of heavy sulfur-rich oil conversion in a counter supercritical water flow and their desulfurization by ZnO nanoparticles // J. Supercritical Fluids, 2016, v. 111, p. 121-128.
• Vostrikov A.A., Fedyaeva O.N., Shishkin A.V., Sokol M.Ya., Kolobov F.I., Kolobov V.I., Partial and complete methane oxidation in supercritical water // J. Engineering Thermophysics, 2016, v. 25, no 1, p. 474-484.
• Predtechenskiy M., Bezrodny A., Bobrenok O., Kochnev A., Kosolapov A., Krechetova N., Saik V. SWCNT vs MWCNT and nanofibers. Applications in Lithium-ion batteries and transparent conductive films // Advanced Materials: TechConnect Briefs. – 2015. - Vol. 1. - P. 115-117.
• Morozov A.A., Evtushenko A.B., Bulgakov A.V. Gas-dynamic acceleration of laser-ablation plumes: Hyperthermal particle energies under thermal vaporization // Appl. Phys. Lett. – 2015. – Vol. 106, No. 5. – P. 054107 (5 pages).
• Vostrikov A.A., Dubov D.Yu., Sokol M.Ya., Properties of nanostructured oxide formed during oxidation of a zirconium wire by supercritical water // Technical Physics Letters, 2014, v. 40, no 4, p. 284-287.
• Fedyaeva O.N., Vostrikov A.A., Sokol M.Ya., Shatrova A.V., Zinc sulfidation by H2S and H2S/H2O supercritical fluids: Synthesis of nanoparticles and catalytic effect of water // J. Supercritical Fluids, 2014, v. 95, p. 669-676.
• Fedyaeva O.N., Shatrova A.V., Vostrikov A.A., Effect of temperature on bitumen conversion in a supercritical water flow // J. Supercritical Fluids, 2014, v. 95, p. 437-443.
• Fedyaeva O.N., Antipenko V.R., Vostrikov A.A., Conversion of sulfur-rich asphaltite in supercritical water and effect of metal additives // J. Supercritical Fluids, 2014, v. 88, p. 105-116.
• Morozov A.A., Evtushenko A.B., Bulgakov A.V. An analytical continuum-based model of time-of-flight distributions for pulsed laser ablation // Appl. Phys. A. – 2013. – Vol. 110, No. 3. – P. 691-696.
• Varlamov Yu. D., Predtechenskii M. R., Ulyankin S. N. Interrelation of anode and cathode processes in electrochemical carbon oxidation in a fuel cell with molten carbonate electrolyte // Journal of Engineering Thermophysics. -  2012. – Vol. 21. -  Issue 1. – P. 16-27.
• Бобренок О. Ф., Предтеченский М.Р. Разработка твердооксидного топливного элемента с пониженными рабочими температурами // Электрохимия. -  2011. - Т.  47, № 4. - С. 511–516.
• Булгаков А.В. Синтез кластеров при импульсной лазерной абляции: Динамика и механизмы формирования // Lambert Academic Publishing, Saarbrücken, Germany. – 2011.- 270 c.  ISBN: 978-3-8443-5392-1.
• Kjellberg M., Johansson O., Jonsson F., Bulgakov A.V., Bordas C., Campbell E.E.B., Hansen K. Momentum-map-imaging photoelectron spectroscopy of fullerenes with femtosecond laser pulses // Phys. Rev. A. – 2010. – Vol. 81, No. 2. – Article 023202 (9 pages).
• Бобренок О.Ф., Предтеченский М.Р. Твердооксидные топливные элементы пленочными электролитами, полученными осаждением из газовой фазы // Электрохимия. – 2010. –Т. 46, № 7. - С. 849–856.
• Булгаков А.В., Евтушенко А.Б., Шухов Ю.Г., Озеров И., Марин В. Импульсная лазерная абляция бинарных полупроводников: Механизмы испарения и генерация кластеров // Квантовая электроника. – 2010. – Т. 40, № 11. – С. 1021-1033.
• Предтеченский М.Р., Варламов Ю.Д., Ульянкин С.Н. Удельные характеристики топливной ячейки на расплаве карбонатов при реализации электрохимического окисления твердых углеводородов // Электрохимия. – 2010. - T. 46, № 8. - C. 927–933.
• Предтеченский М. Р., Тухто О. М., Коваль И. Ю. Плазмохимический реактор с расплавляемыми электродами: от исследований к новым технологиям // Химия высоких энергий. – 2009. - № 3. - С. 149-154.
• Предтеченский М.Р., Варламов Ю.Д., Ульянкин С.Н., Дубов Ю.Д. Реализация прямой конверсии твердых углеводородов в топливной ячейке со свободным электролитом из расплава карбонатов // Теплофизика и аэромеханика. – 2009. – Т. 16. - № 4. - C. 649-660.
• N.M. Bulgakova, A.V. Bulgakov, Numerical study of gas-phase cluster synthesis under ns laser ablation // Proc. SPIE. – 2007. – Vol. 6732. – P. 67320G-1 – 67320G-9.
• Предтеченский М.Р., Пуховой М.В., Смаль А.Н., Ууемаа А.О. Конверсия углей разной степени метаморфизма в сверхкритической воде в присутствии муравьиной кислоты // Теплофизика и аэромеханика. – 2007. – Т. 14, №3. – С.467-476.
• Предтеченский М.Р., Тухто О.М., Коваль И.Ю. Плазмотрон с расплавляемыми электродами и плазмохимический реактор на его основе. // Известия высших учебных заведений. Физика. – 2007. – №9.  С. 154-157.
• Варламов Ю.Д., Мещеряков Ю.П., Предтеченский М.Р., Ульянкин С.Н. Особенности впитывания микрокапель двухслойными пористыми средами // ПМТФ. – 2007. – Т. 48, № 1. – С. 121-130.
• Варламов Ю.Д., Мещеряков Ю.П., Лежнин С.И., Предтеченский М.Р., Ульянкин С.Н. Эволюция паровой каверны при взрывном вскипании жидкостей на пленочном микронагревателе: эксперимент и численное моделирование // ПМТФ. – 2007. – Т. 48, № 4. – С.79-87.
• Варламов Ю.Д., Мещеряков Ю.П., Предтеченский М.Р., Лежнин С.И., Ульянкин С.Н. Особенности взрывного вскипания жидкостей на пленочном микронагревателе // ПМТФ. 2007. - Т. 48, № 2. - С.81-89.
• Предтеченский М. Р., Тухто О. М. Плазмохимический реактор с жидкометаллическими электродами // Химия высоких энергий. - 2006. – Т. 40, №2. - С.1-6.
• Bulgakov A.V., Ozerov I., Marine W. Silicon clusters produced by femtosecond laser ablation: Non-thermal emission and gas-phase condensation // Appl. Phys. A. – 2004. - Vol. 79, N. 4-6. - P. 1591-1594.
• Bulgakova N.M., Bulgakov A.V., Babich L.P. Energy balance of pulsed laser ablation: Thermal model revised // Appl. Phys. A. – 2004. - Vol. 79, N 4-6. - P. 1323-1326.
• Bykov N.Y., Bulgakova N.M., Bulgakov A.V., Lukianov G.A. Pulsed laser ablation of metals in vacuum: DSMC study versus experiment // Appl. Phys. A. – 2004. - Vol. 79, N 4-6. - P. 1097-1100.
• N.M. Bulgakova, A.V. Bulgakov, I.M. Bourakov, N.A. Bulgakova, Pulsed laser ablation of solids and critical phenomena, Appl. Surf. Sci., 2002, Vol. 197-198C, p. 89-92.
• Predtechensky M.R., Varlamov Yu.D., Ul'yankin S.N., Cherepanov A. N., and Popov V.N.  Spreading and solidification of molten metal microdrops deposited on a substrate at moderate Weber numbers // J. Eng. Thermophys., 2002, Vol. 11, No. 1, P. 83–103.
• Bulgakova N. M., Bulgakov A. V. Pulsed laser ablation of solids: Transition from normal vaporization to phase explosion // Appl. Phys. A. – 2001. - V. 73, № 2.  - P. 199-208.
• Predtechensky M.R., Varlamov Yu. D., Ul'iankin S.N., Cherepanov A. N., and Popov V.N. Spreading and Solidification of Liquid Metal Droplets on a Substrate: Experiment, Analytical Model, and Numerical Simulation // International Journal of Microcircuits and Electronic Packaging – 2000. - V. 23. - № 4. - P. 386-392.

Дополнительная информация

Работа сотрудников лаборатории поддерживается следующими грантами:

• Грант РНФ (№ 22-19-20003): Разработка научных основ экологически чистой утилизации обводненных отходов свиноводства и птицеводства посредством их окисления в сверхкритическом водокислородном флюиде (рук. – Федяева О.Н.)
• Грант РФФИ (№21-52-53025): Влияние нано/микротекстур на парообразование при кипении капли воды на слабо перегретой поверхности (рук. – Старинский С.В.)
• Грант РНФ (№20-79-00139): Создание упорядоченных слоев плазмонных наночастиц методом осаждения из газовой фазы на подложки с лазерно-индуцированной периодической структурой (рук. – Старинский С.В.)
• Грант РНФ (№ 18-19-00165): Разработка научно-технических основ утилизации шлам-лигнина в сверхкритическом водокислородном флюиде (рук. – Федяева О.Н.)
• Грант РФФИ (№ 18-29-06005): Кинетика и механизмы окисления гетероциклических ароматических соединений в сверхкритических водных флюидах – основа новых экологически чистых технологий утилизации органических отходов (рук. – Федяева О.Н.)
• Грант РНФ (№ 14-19-00801): Разработка научно-технических основ сжигания низкосортных топлив в сверхкритической воде с целью получения высококалорийного топлива и создания распределенных систем производства тепловой и электрической энергии (рук. – Востриков А.А.)
• Грант РФФИ (№ 12-08-00033): Механизмы конверсии биомассы и битумов в сверхкритической воде в высокоэффективные топлива (рук. – Востриков А.А.)
• Грант РФФИ (№ 13-08-00119): Образование оксидных наночастиц и горючих газов при взаимодействии металлов со сверхкритическими флюидами на основе Н2О и СО2 в постоянном электрическом поле (рук. - Шишкин А.В.)
• Грант РФФИ (№ 14-03-00055): Кинетика и механизмы сопряженных процессов гидрирования и окисления битумов в сверхкритической воде (рук. – Федяева О.Н.)

Список сотрудников