ПЕРСПЕКТИВЫ И ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ РАЗВИТИЯ ЕСТЕСТВЕННЫХ НАУК

ЖАРАТЫЛЫСТАНУ ҒЫЛЫМДАРЫНЫҢ   БОЛАШАҒЫ МЕН НЕГІЗГІ ДАМУ БАҒЫТТАРЫ 
 
 
374
композиционные материалы [1. с.15-19]. На рынке появилось большое количество новых материалов, 
обладающих новыми физическими и эстетическими свойствами. 
Не  смотря  на  то,  что  применение  таких  материалов  направлено  на  удовлетворение  вполне 
определенных  требований  в  большинстве  своем  они    сертифицируются  по  прочностным 
характеристикам,  морозостойкости,  пожаробезопасности  и  т.д.  [2.  с.6].  Однако,  применение  новых 
материалов  направлено  на  удовлетворение  абсолютно  новых  потребительских  запросов,  которые 
чаще  всего  не  находят  отражения  в  рекламных  проспектах  или  прилагаемых  к  строительному 
материалу  сертификатах.  Особенно  это  касается  отделочных  материалов.  Безоговорочно,  что 
физические  характеристики,  от  которых  зависит  прочность  сооружения,  его  теплотехнические  и 
прочие  «классические»  характеристики  строительных  материалов  должны  оставаться  на  уровне, 
определяемыми  ГОСТом.  Как  правило,  эти  характеристики  материалов  интересуют,  в  первую 
очередь,  профессиональных  строителей.  А  рядового  потребителя  эти    характеристики  интересуют 
мало,  поскольку  эти  материалы  не  находятся  на  виду,  а  закрыты  отделочными  материалами.  И 
именно эксплуатационные качества материалов являются областью интереса рядового потребителя 
[3. с.11]. В настоящее время на рынке строительных материалов появилось много новых материалов, 
таких  как  ламинат,  алюкобонд,  изовер,  пластические  массы,  новые  сорта  линолеума  и  т.п. 
Потребителю  важно  не  только  как  будет  выглядеть  строительная  конструкция,  квартира,  офис  или 
производственное  помещение  в  день  сдачи  объекта,  но  и  по  истечении  длительного  времени 
эксплуатации.  Современного  потребителя  интересует  и  то,  как  удобно  будет  производить  уборку 
помещении,  каковы  экологические  свойства  этих  материалов.  Следовательно,  требуется  реальная 
оценка  поведения  отделочных  материалов  во  времени.  В  частности  такими  потребительскими 
качествами  являются  удобство,  простота  и  легкость  гигиенической  уборки  помещений,  поведение 
строительного  материала  под  нагрузкой,  стойкость  материалов  к  истиранию,  так  как  строительный 
материал будет работать не сам по себе, а под влиянием каких-либо тел [4. с.6 - 27]. 
Одним  из  таких  свойств  является  адгезионные  свойства  материала.  Именно  эти  свойства 
определяют  удобство  уборки  помещений,  стойкость  к  действию  моющих  средств,  их  вид  после 
многочисленных уборок, что называется «замываемостью» полов или стен. 
Адгезией  называется  сцепление  разнородных  жидких  или  твердых  тел  в  местах  контакта  их 
поверхностей.  Адсорбционная  теория  адгезии  объясняет  это  явление  межмолекулярным 
притяжением,  обеспечивающим  и  целостность  вещества  (когезии).  Сцепление  двух  поверхностей 
может  иметь химическую,  электрическую,  магнитную природу,  обусловливаться чисто  механическим 
взаимодействием поверхностей или определяться всеми этими факторами. 
В  строительной  практике  адгезионные  свойства  всегда  стремились  увеличить,  поскольку  этим 
определяется прочность и водонепроницаемость конструкций. Это различные цементные, гипсовые и 
алебастровые  смеси,  гудроны,  клеи,  герметики  и  прочее.  Однако  высокие  адгезионные  свойства 
отделочных  материалов  могут  отрицательно  сказаться  во  время  эксплуатации.  На  таких 
поверхностях  накапливается  грязь,  жир,  сажа  и  прочие  вещества,  они  удерживают  запахи  и 
микроорганизмы.  Поэтому  возникают  взаимоисключающие  требования  к  отделочным  материалам. 
Отделочный  материал,  контактирующий  с  опорной  поверхностью  должен  иметь  хорошую  адгезию, 
чтобы  обеспечить  прочность  соединения,  а  часть,  обращенная  внутрь  помещения  должна  иметь 
слабую  адгезию.  В  качестве  примера  можно  назвать  линолеум,  ламинат,  пластмассовые  панелии 
керамическую  плитку.  Однако  эти  свойства  не  имеют  объективной  оценки,  за  исключением  слов 
«хорошо  моется»  в  рекламных  проспектах.  Следовательно,  необходима  разработка  каких  –  то 
оценочных параметров, позволяющих реально оценить эти свойства.  
Механические  свойства  большинства  отделочных  материалов  достаточно  сильно  зависят  от 
времени,  т.е.  от  того,  что  они  быстро  или  медленно  деформируются.  Временная  зависимость  часто 
бывает  достаточно  большой.  Значительное  влияние  на  механические  свойства  оказывает  и 
температура.  Для  строительных  и  отделочных  материалов  необходимо,  чтобы  механические 
свойства материалов не изменялись или изменялись крайне незначительно даже через десятилетия. 
Поэтому характеристика пьезо - реологических, термо - реологических и ударных свойств материалов 
является важной [5.С.78-95]. 
Зависимости времени и давления и/или времени и температуры в таких материалах, являются 
удобным средством для прогнозирования свойств во времени. 
Истираемость  —  способность  материала  изменяться  в  объёме  и  массе  под  действием  исти-
рающих усилий. Истираемость показывает стойкость материала к абразивному износу и оценивается 
потерей  массы  образца материала,  отнесенной  к  единице  его  площади,  или  уменьшением  толщины 
образца материала. Чем выше истираемость, тем менее износостоек материал. 
Причиной истирания поверхностей может быть также молекулярное соприкосновение их на от-
дельных участках, при котором, как полагают, происходит их слияние приваркой. При относительном 
движении  поверхностей  места  приварки  разрушаются,  и  множество  частиц  отрывается  от 
поверхностей трения. 

ПЕРСПЕКТИВЫ И ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ РАЗВИТИЯ ЕСТЕСТВЕННЫХ НАУК 
 
 
375
Сопротивление материала истиранию определяют, пользуясь стандартными методами: кругом 
истирания  и  абразивами  (кварцевыми  песком  и  наждаком).  Однако  для  оценки  многих  отделочных 
материалов эта методика не может быть применена. Дело в том, что значительная часть отделочных 
материалов  имеет  основу,  покрытую  декоративным  слоем.  Для  оценки  стойкости  к  истиранию 
важным  оказывается  не  только  износостойкость  материала  как  такового,  а  время  разрушения 
декоративного  слоя  и  появления  основы.  Существующее  сейчас  деление  материалов  на  классы 
весьма условно и не несет объективной информации.  
Для  этого  требуется  разработка  критериев  объективного  контроля  и  их  лабораторного 
определения.  Определение  реальных  физических  характеристик  отделочных  материалов,  несущих 
количественную  оценку  того    или  иного  свойства  и  основанное  на  приборных  испытаниях,  а  не 
эксплуатационных субъективных характеристиках, является важной и будет востребована.  
 
Литература: 
1. Теличенко В.И. Технология строительных процессов: Учебник для студ. вузов, обуч. по спец. 
«Пром.  и  гражд.  Строит-во»  направление  «Строит-во».  Ч.  2.  /  В.И.  Теличенко,  А.А.  Лапидус,  О.М. 
Терентьев. – М.: Высш. шк., 2003. – 392 с. 
2.  Попов  К.Н.  Строительные  материалы  и  изделия:  Учебник  /  К.Н.  Попов,  М.Б.  Кардо.  –  М.: 
Высш. шк., 2002. – 366 с.: ил.ISBN 5-06-003799-1. 
3.  Квасов  А.С.  Художественное  конструирование  изделий  из  пластмасс:  Учебник  для  вузов.  – 
М.: Высш. шк., 1989. – 239 с. :ил.ISBN 5-06- 000560 – 7. 
4.  Серикова  Г.А.  Современные  отделочные  материалы.  Виды,  свойства,  применение:  РИПОЛ 
классик; М.; 2011. – 211 с.: ил. ISBN 978-5-386-03909-7. 
5.  Макридин  Н.И.,  Вернигорова  В.Н.,  Соколова  Ю.А.“  Современные  методы  исследования 
свойств строительных материалов”: Уч.пос.-М.: Изд-во АСВ, 2003.-240 с. 
 
 
УДК 541.136 
 
ПЕРСПЕКТИВЫ СОЗДАНИЯ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНЫХ  
ВОДОРОДНЫХ ТОПЛИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ 
 
Ярошенко Ф.А. – аспирант, Челябинский государственный университет 
Бурмистров  В.А.  –  д.  ф.-м.  н.,  профессор,  декан  химического  факультета,  Челябинский 
государственный университет 
 
Рассмотрены  направления  развития  материалов  для  низкотемпературных  топливных 
элементов. Повышение температурной устойчивости, механических свойств и снижение газопро-
ницаемости  протонпроводящих  мембран.  Показаны  основные  проблемы  протонпроводящих  и 
каталитических  материалов.  Вымывание  фосфорной  кислоты  из  мембран  на  основе  полибен-
зимидазола.  Отравление  каталитических  центров  и  повышенный  расход  платины  в  каталити-
ческих материалах. Окисление высокодисперсного углеродного носителя кислородом и побочными 
продуктами.  
Ключевые  слова:  протонная  проводимость,  низкотемпературные  топливные  элементы, 
платиновые катализаторы, протонпроводящие мембраны. 
 
Одной  из  основных  проблем  современного  человечества  является  большая  потребность  в 
электрической  энергии,  которая  увеличивается  из  года  в  год.  Согласно,  данным  Международного 
агентства энергетики за период с 1973 по 2008 г. мировое производство энергии выросло более чем в 
два  раза.  Для  получения  энергии  в  разные  периоды  времени  использовали  различные  источники,  в 
начале  19  века  это  была древесина,  в  начале  20  века  это  был  уголь,  за  тем  на  первый  план  вышла 
нефть.  Запасы  данных  энергоносителей  ограниченны,  соответственно  необходимо  развитие  других 
источников энергии. Одним из них является ядерное топливо. Но после недавних аварий на атомных 
реакторах  Чернобыльской  АЭС  и  АЭС  Фукусима  –  1,  развитие  атомной  энергетики  ставится  под 
сомнение.  В  связи  с  этим  человечество  все  больше  обращается  к  альтернативным  и 
возобновляемым  источникам  энергии  (переработка  биологических  отходов,  солнце,  ветер,  вода,  
геотермальные источники) [1]. 
Параллельно с тем стала актуальной и проблема аккумулирования энергии и транспортировки 
с  последующим  использованием  в  портативных  установках,  удаленных  от  электростанций  и  линий 
электропередач.  Одним  из  универсальных  решений  данной  проблемы  стала  разработка  литиевых 
аккумуляторов,  а  также  топливных  элементов  в  которых  энергию  получают  окислением  водорода 
водородсодержащего  топлива  кислородом  воздуха  [2].  Топливные  элементы  представляют  особый 
интерес для автотранспорта, беспилотных летательных аппаратов и др. 

ЖАРАТЫЛЫСТАНУ ҒЫЛЫМДАРЫНЫҢ   БОЛАШАҒЫ МЕН НЕГІЗГІ ДАМУ БАҒЫТТАРЫ 
 
 
376
  Первоначально 
разработки 
топливных 
элементов 
велись 
для 
нужд 
космической 
промышленности [1].  Позже  в  связи  с  повышением  требований  к  выбросам  в  атмосферу,  топливные 
элементы  стали  рассматривать  как  перспективные  источники  получения  энергии  для  мобильных, 
портативных  и  стационарных  установок.  На  сегодняшний  день,  цель  ведущих  разработок  –  это 
повышение  производительности,  надежности,  времени  работы,  снижение  температуры  запуска  и 
стоимости. 
  Основное  внимание  в  последние  годы уделяется  разработке  низкотемпературных  водородно 
–  воздушных  топливных  элементов  на  основе  протонпроводящих  мембран.  Также  большое 
распространение получили топливные элементы в которых в качестве топлива используются спирты 
(метанол,  этанол  и др.)[3,4].  Наибольшее  внимание  уделяется метанольно  –  воздушным  топливным 
элементам.  Однако  они  имеют  удельные  характеристики  значительно  ниже,  чем  у  водородно  – 
воздушных.  В  связи  с  этим  водородно  –  воздушные  топливные  элементы  имеют  наибольшую 
перспективу развития и применения. 
Принципиальная схема водородно – воздушного топливного элемента представлена на рис. 1., 
он  состоит  из  двух  газовых  камер  (через  одну  циркулирует  водород,  а  через  вторую  кислород  или 
воздух 
обогащенный 
кислородом) 
разделенных 
протонпроводящей 
мембраной 
покрытой 
каталитическим (как правило, состоит из платины) и газодиффузионным слоями. 
 
Основным  типом  мембран  для  низкотемпературных  топливных  элементов  являются 
перфторированные  сульфокатионитные  мембраны  типа  Нафион.  Главными  ее  преимуществами 
являются  термическая  и  химическая  стойкость,  высокая  протонная  проводимость  и  прочность  [1]. 
Однако, помимо достоинств имеется и ряд недостатков, таких как снижение протонной проводимости 
при  температурах  выше  90
0
С  и  низкой  влажности, высокая  проницаемость  по  водороду  и  метанолу, 
что  ограничивает  использование  данного  типа  мембран.  Помимо  этого  существует  проблема 
отравления платинового катализатора примесями оксида углерода вплоть до 120
0
С, ограничивающая 
область  применения  низкотемпературных  топливных  элементов[3].  Огромный  интерес  для 
применения  в  топливных  элементах  представляют  мембраны  на  основе  полибензимидазола, 
отличающиеся  высокой  протонной  проводимостью  до  0,13  См/см,  термостабильностью  до  160  – 
200
0
С  [5].  Они  показали  высокую  эффективность  в  составе  топливного  элемента  с  рабочей 
температурой  до  200
0
С  и  были  коммерциализированы  компаниями  PEMEAS  и  Celanese.  Однако 
имеют недостатки, низкую механическую прочность и вымывание фосфорной кислоты в прикатодной 
области, что приводит к блокировке газовых пор и снижению проводимости мембраны [1].  
Решить  данную  проблему  можно  с  помощью  гибридных  мембран  сочетающих  в  себе 
преимущества  полимерного  и  неорганического  компонентов.  Высокий  интерес  к  ним  обусловлен  их 
уникальными 
транспортными 
(увеличение 
проводимости, 
снижение 
газопроницаемости) 
и 
механическими  свойствами,  а  также  термостабильностью  [1].  Проводимые  исследования  показали, 
что  лучшие  результаты  наблюдаются  при  введении  неорганического  компонента  в  виде  наночастиц. 
Для  получения  таких  мембран  используют  наиболее  простую  технологию,  введение  наночастиц  в 
раствор  из  которого  производится  отливка  мембраны.  Однако  наночастицы  имеют  особенность 
образовывать  агрегаты  которые  не  распадаются  при  введении  в  раствор.  Наиболее  перспективным 
является синтез наночастиц непосредственно в порах мембран. Находящиеся в мембране нанопоры 
сорбируют  исходные  реагенты  и  ограничивают  реакционный  объем,  тем  самым  регулируя  размер 
частиц  в  мембране.  Примером  может  быть,  синтез  наночастиц  диоксида  кремния  в  перфтори-
рованных сульфокатионитных мембранах [1].  
В  качестве  окислителя  в  топливных  элементах  используется  кислород  и  наиболее 
перспективным является использование в качестве топлива водород, так как скорость его окисления 
приемлемая  и  определяет  высокие  значения  КПД  [6].  Очевидно,  что  катализатор  будет  более 
активным  если  он  имеет  меньший  размер  частиц.  Также  при  уменьшении  размера  частиц  удается 
снизить расход дорогостоящей платины. Известно, что катализаторы с очень малым размером частиц 
быстро  деградируют.  Согласно  [7],  оптимальным  для  электровосстановления  кислорода  считается 

ПЕРСПЕКТИВЫ И ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ РАЗВИТИЯ ЕСТЕСТВЕННЫХ НАУК 
 
 
377
размер  частиц платины  3  нм.  Для стабилизации  платины  в  высокодисперсном  нанокристаллическом 
состоянии  используют  высокодисперсные  носители.  Существенной  проблемой  при  использовании 
углеродного  носителя  является  окисление  углерода  и  разрушение  каталитических  слоев,  за  счет 
кислорода,  молекул  воды  и  перекиси  водорода  [8].  Большая  коррозионная  стабильность  была  пока-
зана оксидными носителями [1]. Однако, данные носители имеют малую электронную проводимость, 
для ее повышения добавляют углеродный компонент. 
Водородная  энергетика  –  современная  наукоемкая  отрасль,  которая  использует  достижения 
различных  областей  науки.  Быстрый  протонный  перенос  осуществляется  благодаря  системе  пор  в 
протонпроводящей  мембране.  Увеличение  проводимости  в  условиях  низкой  влажности  достигается 
введением  кислого  наноразмерного  неорганического  компонента.  Развитие  катализаторов  для 
топливных элементов невозможно без развития нанотехнологий, повышение эффективности работы 
катализатора  и  снижение  стоимости  связано  с  уменьшением  размера  частиц  платины.  Необходимо 
перейти от графитовых материалов газодиффузионного слоя к оксидам переходных металлов. 
 
Литература: 
1.  Ярославцев  А.Б.,  Добровольский  Ю.А.,  Шаглаева  Н.С.,  Фролова  Л.А.,  Герасимова  Е.В., 
Сангинов Е.А. // Успехи химии. 2012. Т. 81. С. 191. 
2. Scott D.S., Hafele W. // Int. J. Hydrogen Energy. 1990. Vol. 15. P. 1539/ 
3. Carrette L., Friedrich K.A., Stimming U. // Fuel Cells. 2001. Vol. 1. P. 5. 
4. Arico A.S., Srinivasan S., Antonucci V. // Fuel Cells. 2001. Vol. 1. P. 133. 
5. Mader J., Xiao L., Schmidt T.J., Benicewicz B.C. // Adv. Polim. Sci. 2008. Vol. 216. P. 63. 
6. Wagner N., Schnurnberger W., Mueller B., Lang M. // Electrochim Acta. 1998. Vol. 43. P. 3785. 
7. Kinoshita K. // J. Electrochem. Soc. 1990. Vol. 137. P. 845. 
8. Maass S., Finsterwalder F., Frank G., Hartmann R., Merten C. // J. Power Sources. 2008. Vol. 176. 
P. 444. 
 
 
УДК 582.35/.99(574.23) 
 
ПОЛЕЗНЫЕ  РАСТЕНИЯ  НАЦИОНАЛЬНОГО ПАРКА «БУРАБАЙ» 
 
Султангазина  Г.Ж.  -к.б.н.,  доцент,  зав.  кафедрой  биологии  и  химии,  Костанайский  госу-
дарственный университет им. Байтурсынова 
Мади М. Р. - магистрант, Костанайский государственный университет им. Байтурсынова 
 
 
В статье дан анализ полезных растений национального парка «Бурабай». Описаны лекарст-
венные,  кормовые,  декоративные,  пищевые,  медоносные  и  технические  растения.  Приведен  сос-
тав наиболее значимых видов полезных растений. Основу фонда полезных растений составляют 
лекарственные, кормовые и декоративные растения. 
Ключевые слова: растения, полезные свойства, природный парк 
 
В  Республике  Казахстан  имеются  немало  регионов  с  богатым  составом  биологического 
разнообразия.  Разностороннее  изучение  этих  регионов  для  принятия  упреждающих  охранных  мер 
крайне важно.  
На  территории  национального  парка  «Бурабай»,  произрастает  644  видов  высших  сосудистых 
растений, которые относятся к 92 семействам и 319 родам [1]. Богат Боровскойгорно-лесной массив и 
видами  полезных  растений  (77,4%  от  всего  флористического  состава).  Среди  них  наиболее 
значимыми  являются  кормовые,  лекарственные,  декоративные,  медоносные  растения.  Сведения  о 
пищевых  и  технических  растениях  представляют  в  настоящее  время  лишь  исторический  интерес.  В 
таблице 1 представлены основные полезные группы растений национального парка «Бурабай». 
 

жүктеу/скачать 39,72 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: