Лабораторией термохимических процессов руководит Касенов Булат Кунурович, д.х.н., профессор, академик КазНАЕН, Заслуженный деятель РК, Лауреат Сатпаевской премии I-степени, обладатель гранта Международного фонда Сороса, диплома и медали «Почетный знак» Международного фонда «Научное партнерство» (РФ, Москва) и дипломов компаний «Thomson Reuters» (Англия) и «Springer» (Швейцария) в номинации «Наиболее публикуемые казахстанские авторы за рубежом»
Основные научные направления лабораторий
- Синтез и физико-химическое исследование оксидных соединений на основе s-, p-, d- и f- элементов, обладающих перспективными свойствами.
- Химическая термодинамика и электрофизика оксидных соединений, представляющих интерес для неорганического материаловедения, металлургии и химической информатики.
Сотрудниками лаборатории опубликовано более 1000 научных работ, в т.ч. 32 монографий, книг, учебных пособий (4 монографии изданы в Германии, одна - в России), 24 Авторских свидетельств СССР, Патентов и Предпатентов РК, около 200 работ включены в Международные системы «Thomson Reuters», «Scopus» и в международный банк термодинамических данных «ИВТАНТЕРМО». Все сотрудники лаборатории имеют индекс Хирша по публикациям в международных научных журналах. Трое сотрудников лаборатории удостоены дипломов компаний «Thomson Reuters» (Англия) и «Springer» (Швейцария) в номинации «Наиболее публикуемые казахстанские авторы за рубежом».
В лаборатории впервые получены десятки новых оригинальных манганито-, хромито-, ферритосодержащих соединений, обладающих уникальными физико-химическими свойствами.
Лаборатория имеет творческие связи с МГУ им. М.В. Ломоносова, РХТУ им. Д.И. Менделеева, Институтом химии твердого тела и механохимии СО РАН, КазНУ им. аль-Фараби и др.
По научному направлению лаборатории защищены 5 докторских, 24 кандидатских, 2 PhD докторских и 8 магистерских диссертаций.
Выполняемые проекты
Руководитель НИР, зав. лабораторией термохимических процессов, д.х.н., проф. Касенов Б.К.
Этап 2020 года
Цель работы – Синтез, ренгенография наноструктурированных медно-цинковых манганитов лантана и щелочных металлов
(Инв. № 0220РК01573).
Результаты работы и их новизна.
Впервые проведен синтез медно-цинковых манганитов лантана и щелочных металлов. Измельчением их на вибрационной мельнице компанииRetsch (Германия) марки ММ301 получены наноструктурированные частицы. Сканирующей электронной микроскопией на приборе Mira 3 LMU, Tescan установлены их размеры: LaLi2CuZnMnO6 (226; 252; 286 нм), LaNa2CuZnMnO6 (97; 140 нм), LaK2CuZnMnO6 (210; 240; 270 нм). Методом РФА определены типы их сингонии и параметры решеток: LaLi2CuZnMnO6 – а = 13,94 ±0,02 Å; V0 = 2708,87 ±0,06 Å3; Z = 4; V°эл.яч = 677,22 ± 0,02 Å3; рент. = 4,31 г/см3; пикн. =4,22 ± 0,07 г/см3; LaNa2CuZnMnO6 – а = 14,82 ± 0,02Å; V0 = 3254,95 ± 0,06 Å3; Z = 4; V°эл.яч = 813,74 ± 0,02 Å3; рент. = 4,13 г/см3; пикн. = 4,06 ± 0,05 г/см3; LaK2CuZnMnO6 – а = 15,30 ± 0,02 Å; V0 = 3581,58 ±0,07 Å3; Z = 4; V°эл.яч = 895,39 ± 0,02 Å3; рент. = 3,91 г/см3; пикн. = 3,88 ± 0,01 г/см3.
Этап 2021 года
Актуальность. Одним из наиболее интенсивно развивающихся направлений научных исследований является область изучения свойств новых наноразмерных частиц. Это связано с тем, что открылись новые перспективные возможности использования наноматериалов во многих областях науки и техники, в том числе для синтеза новых материалов с уникальными характеристиками недостижимыми для объемных материалов. Технология получения наноструктурированных соединений и изучение их термодинамических свойств являются актуальной задачей и вызывают повышенный интерес исследователей к наноматериалам. Поэтому, синтез новых наноструктурированных материалов из оксидов редкоземельных и щелочноземельных металлов, меди, цинка и марганца (III) в виде медно-цинковых манганитов, обладающих уникальными физико-химическими свойствами является актуальным.
Цель работы. Синтез, рентгенография наноструктурированных медно-цинковых манганитов лантана и щелочоземельных металлов. Исследование термодинамических свойств медно-цинковых манганитов лантана, щелочных и щелочноземельных металлов.
Достигнутые результаты. Впервые проведен синтез медно-цинковых манганитов лантана и щелочноземельных металлов. Получены наноструктурированные частицы и установлены их размеры. Методом РФА определены типы их сингонии и параметры решеток. В интервале 298,15-673 К на приборе ИТ-С-400 исследованы теплоемкости наноструктурированных LaMeI2CuZnMnO6 и LaMeIICuZnMnO6 (MeI – Li, Na, K; MeII – Mg, Ca, Sr, Ba). Наблюдаются фазовые переходы II-рода у LaLi2CuZnMnO6 при 323, 523 К; LaNa2CuZnMnO6 - 348 К, LaMgCuZnMnO6 - 573 К, LaCaCuZnMnO6 - 598 К, LaSrCuZnMnO6 - 348 и 548 К, LaBaCuZnMnO6 - 548 К. Выведены уравнения температурной зависимости теплоемкости исследуемых соединений. Вычислены температурные зависимости теплоемкости и термодинамических функций. Независимыми методами рассчитаны стандартные теплоемкости соединений LaMeIICuZnMnO6 (MeII – Mg, Ca, Sr, Ba).
Этап 2022 года (заключительный)
Результаты работы и их новизна. Впервые экспериментально исследованы температурные зависимости электроемкости (С), диэлектрической проницаемости (e) и электросопротивления (R) исследуемых наноразмерных медно-цинковых манганитов в интервале 293–483 К при частотах, равных 1 кГц, 5 кГц и 10 кГц, которые позволили выявить перспективность их в области электрофизики.
Выявлены температурные области проводимости соединений и для полупроводниковых областей рассчитаны их ширины запрещенной зоны, на основе которых можно отнести их у узкозондовым полупроводникам. Рассчитаны энергии активации проводимости.
Установлено, что исследуемые наноразмерные соединения в интервале 293-483 К имеют высокие значения диэлектрической проницаемости. Диэлектрическая проницаемость LaLi2CuZnMnO6 при 293 К 1 кГц превышает аналогичную характеристику эталона BaTiO3 в 59 раз, а при 483 К – более 157000 раз. При 483 К значение e LaK2CuZnMnO6 превышает e эталонного BaTiO3 (483 К) при частоте 1 кГц в 202 раз, при частоте 5 кГц – 36 раз при частоте 10 кГц – 15 раз. При 483 К ε LaCaCuZnMnO6, равные 5.53·108 (при 1кГц), 4.1·107 (при 5 кГц) и 1.29·107 (при 10 кГц) превышает аналогичные характеристики эталонного BaTiO3 при 483 К в 256339 раз (при 1 кГц), в 19522 раз (при 5 кГц) и в 6145 раз (при 10 кГц), значения диэлектрической проницаемости LaВaCuZnMnO6, превышающие аналогичные показатели эталонного BaTiO3 при 293 К в 20000 раз и при 453 К 380590 раз, что делают их привлекательными для микроэлектроники как с точки зрения их полупроводниковых свойств, так и как материалы оперативной памяти с большими емкостями.
На основе вышепроведенных комплексных исследований впервые получены лабораторные опытные образцы LаMеI2CuZnMnO6, LaMeIICuZnMnO6 (MeI – Li, Na, K; MeII – Mg, Ca, Sr, Ba) с основными рентгенографическими, термодинамическими и электрофизическими характеристиками.
Список исполнителей проекта
Булат Касенов – Author ID в Scopus: 7005684518, https://www.scopus.com/authid/detail.uri?authorId=7005684518
Researcher ID: О-1542-2017, https://publons.com/researcher/2059176/bulat-k-kasenov/
ORCID: 0000-0001-9394-0592, https://orcid.org/0000-0001-9394-0592
Шуга Касенова – Author ID в Scopus: 6603699554, https://www.scopus.com/authid/detail.uri?authorId=6603699554
Researcher ID: O-2252-2017, https://publons.com/researcher/2058555/shuga-b-kasenova/
ORCID: 0000-0001-9755-7478, https://orcid.org/0000-0001-9755-7478
Женисгуль Сагинтаева – Author ID в Scopus: 6508325112, https://www.scopus.com/authid/detail.uri?authorId=6508325112
Researcher ID: О-2311-2017, https://publons.com/researcher/2058500/zhenisgul-i-sagintaeva/
ORCID: 0000-0001-8655-356x, https://orcid.org/0000-0001-8655-356X
Ерболат Куанышбеков – Author ID в Scopus: 56257890300, https://www.scopus.com/authid/detail.uri?authorId=56257890300
Researcher ID: О-2320-2017, https://publons.com/researcher/2058494/erbolat-e-kuanyshbekov/
ORCID: 0000-0001-9172-9566, https://orcid.org/0000-0001-9172-9566
Айман Даулет
Перечень опубликованных научных работ в 2021 году
1 KZ 5927 U. МПК C01F 17/100 (2006.01). Способ получения наноструктурированных частиц медно-цинковых манганитов лантана и щелочных металлов /Касенов Б.К., Касенова Ш.Б., Сагинтаева Ж.И., Ермагамбет Б.Т., Куанышбеков Е.Е., Туртубаева М.О. опубл. 12.03.2021. РГП «Национальный институт Интеллектуальной собственности МЮ РК». – 2 с: ил. https://gosreestr.kazpatent.kz/Utilitymodel/DownLoadFilePdf?patentId=333993&lang=ru
2 KZ 6087 U. МПК C01F 17/100 (2006.01). Способ получения наноструктурированных частиц медно-цинковых манганитов лантана и щелочноземельных металлов /Касенов Б.К., Касенова Ш.Б., Сагинтаева Ж.И., Ермагамбет Б.Т., Куанышбеков Е.Е., Туртубаева М.О. опубл. 21.05.2021. РГП «Национальный институт Интеллектуальной собственности МЮ РК». – 2 с: ил. https://gosreestr.kazpatent.kz/Utilitymodel/DownLoadFilePdf?patentId=337034&lang=ru
3 Kasenov B.K., Kasenova Sh.B., Sagintaeva Zh.I., Kuanyshbekov E.E., Mukhtar A.A., Ermagambet B.T., Nukhuly A., Bekturganov Zh.S., Zeinidenov A.K. Thermodynamic and electrophysical investigation of nanostructured copper-zinc manganite of lanthanum and lithium LaLi2CuZnMnO6 //Metalurgija. − 2021. − Vol. 60, No. 3-4. − P. 447-450. (Cite Score 2020 − 1,5; процентиль 2020 – 46). https://hrcak.srce.hr/index.php?show=clanak&id_clanak_jezik=372298
4 Kassenov B.K., Kassenova Sh.B., Sagintaeva Zh.I., Ermagambet B.T., Kuanyshbekov E.E., Mukhtar A.A. Calculation of thermodynamic properties of earth metals-copper-zinc (Cu-Zn) //Metalurgija. − 2021. − Vol. 60, No. 3-4. − P. 454-456. (Cite Score 2020 − 1,5; процентиль 2020 – 46). https://hrcak.srce.hr/index.php?show=clanak&id_clanak_jezik=372300
5 Kassenov B.K., Kassenova Sh.B., Sagintaeva Zh.I., Nukhuly A., Turtubaeva M.O., Bekturganov Zh. S. Zeinidenov A.K., Kuanyshbekov E.E., Issabaeva M.A. Synthesis and X-ray investigation of novel nanostructured copper-zinc manganites of Lanthanum and alkali metals //Eurasian Physical Technical Journal. – 2021. − № 1(35). − Р. 29-33. (CiteScore 2020 – 0,5; процентиль 2020 – 23). https://up.ksu.kz/phtj/2021_18_1_35/4.pdf
6 Kasenova Sh.B., Sagintaeva Zh.I., Kasenov B.K., Turtubaeva M.O., Nukhuly A., Kuanyshbekov Ye.Ye., Issabaeva M.A. New nanostructured manganites of LaMeIICuZnMnO6 (MeII – Mg, Ca, Sr, Ba) //Bulletin of the Karaganda University. Chemistry Series. – 2021. – № 3(103). – Р. 60-66. https://chemistry-vestnik.ksu.kz/apart/2021-103-3/07.pdf
7 Касенов Б.К., Касенова Ш.Б., Сагинтаева Ж.И., Туртубаева М.О., Куанышбеков Е.Е., Исабаева М.А., Даулет А.К. Новые наноструктурированные медно-цинковые манганиты LaMeI2CuZnMnO6 (MeI – Li, Na, K) //Материалы XI Междунар. научн. конф. «Кинетика и механизм кристаллизации. Кристаллизация и материалы нового поколения». - Иваново, 2021. – С. 247. http://cluster.isc-ras.ru/sites/default/files/collectionabstracts/59/sbornik-tezisov-2021.pdf
Перечень опубликованных научных работ в 2022 году
1. Касенов Б.К., Касенова Ш.Б., Сагинтаева Ж.И., Ермагамбет Б.Т., Нухулы А., Куанышбеков Е.Е., Туртубаева М.О. Новые четверные наноструктурированные манганиты лантана щелочных, щелочноземельных и переходных (3d) металлов. – Караганда: ТОО «Гласир», 2022. – 204 с. (монография).
2. Kasenov B.K., Kasenova Sh.B., Sagintaeva Zh.I., Kuanyshbekov E.E., Bekturganov Zh.S., Zeinidenov A.K. Electrophysical properties of new nanostructured copper-zinc manganite of lanthanum and magnesium // «Eurasian Physical Technical Journal». – 2022. – Vol. 19, № 2 (40). – Р. 42-47. (CiteScore 2021 – 0,8; процентиль 2021 – 20).
3. а)Касенов Б.К., Касенова Ш.Б., Сагинтаева Ж.И., Куанышбеков Е.Е., Мухтар А.А. Термодинамическое и электрофизическое исследование нового наноструктурированного медно-цинкового манганита лантана и натрия LaNa2CuZnMnO6 //Теплофизика высоких температур. РАН. – 2022. – Т. 60, № 1 – С. 51-55.
б)Kasenova Sh.B., Sagintaeva Zh.I., Kasenov B.K., Kuanyshbekov E.E., Mukhtar A.A., Kakenov K.S. Thermodynamic and Electrophysical Investigation of New Nanostructured Lanthanum and Sodium Copper – Zinc Manganite LaNa2CuZnMnO6 // High Temperature. – 2022. – Vol. 60, № 1. – P. 45-49. (CiteScore 2021 – 2,6; процентиль 2021 – 61, Impact Factor по Web of Science 2021 – 0,539, Q 4).
4. а) Касенов Б.К., Касенова Ш.Б., Сагинтаева Ж.И., Куанышбеков Е.Е., Мухтар А.А. Термодинамика и электрофизика нового наноструктурированного медно-цинкового манганита лантана и кальция LaCaCuZnMnO6 //Теплофизика высоких температур. РАН. – 2022. – Т. 60, № 4 – С. 524-528.
б) Kasenov B.K., Kasenova Sh.B., Sagintaeva Zh.I., Kuanyshbekov E.E., Mukhtar A.A. Thermodynamic and Electrophysics of New LaCaCuZnMnO6 Copper – Zinc Manganite of Lanthanum and Calcium // High Temperature. – 2022. – Vol. 60, № 4. – P. 474-478. (CiteScore 2021 – 2,6; процентиль 2021 – 61).
5. Касенова Ш.Б., Сагинтаева Ж.И., Касенов Б.К., Куанышбеков Е.Е., Мухтар А.А. Теплоемкость и термодинамические функции наноструктурированного медно-цинкового манганита LaK2CuZnMnO6 в интервале 298,15-673 К // Материалы XXIII Медународной конференции по химической термодинамике в России RCCT-2022. 22-27 августа 2022 г. – С. 237.
Цель работы – Получение и идентификация новых поликристаллических двойных замещенных перовскитных титано-манганитов лантана и щелочноземельных металлов. Исследование термодинамических свойств титано-манганитов лантана, щелочных и щелочноземельных металлов.
Результаты работы и их новизна. По керамической технологии из оксидов лантана (III), титана (IV), марганца (III), карбонатов магния, кальция и стронция получены титано-манганиты составов LaMеIITiMnO6, (МеII – Mg, Ca, Sr, Ba). Методом рентгенографии установлены типы сингонии и вычислены параметры их решеток. Установлено, что все титано-манганиты кристаллизуются в кубической сингонии со следующими параметрами решетки: LaMgTiMnO6 –а = 13,58 ± 0,02 Å; V0 = 2503,99 ± 0,06 Å3; Z = 4; V°эл.яч = 626,00 ± 0,06 Å3; rрент. = 4,02 г/см3; rпикн. = 4,01 ± 0,01 г/см3; LaСаTiMnO6 – а = 13,35 ± 0,02 Å; V0 = 2376,33 ± 0,06 Å3; Z = 4; V°эл.яч = 594,08 ± 0,02 Å3; rрент. = 3,96 г/см3; rпикн. = 3,95 ± 0,02 г/см3; LaSrTiMnO6 – а = 13,61 ± 0,02 Å; V0 = 2519,84 ± 0,06 Å3; Z = 4; V°эл.яч = 629,96 ± 0,015 Å3; rрент. = 4,28 г/см3; rпикн. = 4,26 ± 0,01 г/см3; LaBaTiMnO6 (куб.) – а = 13,82 ± 0,02 Å; V0 = 2642,67 ± 0,07 Å3; Z = 4; V°эл.яч = 660,67 ± 0,02 Å3; rрент. = 4,55 г/см3; rпикн. = 4,54 ± 0,01 г/см3. На калориметре ИТ-С-400 в интервале 298,15-673 К исследованы температурные зависимости теплоемкостей титано-манганитов лантана, щелочных и щелочноземельных металлов. Установлено, что все исследуемые соединения имеют λ-пики, относящиеся к фазовым переходам II-рода: LaLi2TiMnO6 (348 К, 598 К); LaNa2TiMnO6 при (348 K); LaК2TiMnO6 (348 К); LaMgTiMnO6 (298 К и 448 K); LaСaTiMnO6 (598 К); LaSrTiMnO6 (348 К);LaВаTiMnO6 (348 К). На основании экспериментальных данных, с учетом фазовых переходов выведены уравнения зависимости теплоемкости их от температуры. Вычислены температурные зависимости С0р(Т) и термодинамических функций S0(T), H0(T)-H0(298,15) и Фxx(Т) исследуемых соединений. Выявлены явления вторичной периодичности в определении параметров решеток и при исследовании стандартной теплоемкости титано-манганитов лантана и щелочноземельных металлов.
Список исполнителей проекта
Булат Касенов – Author ID в Scopus: 7005684518, https://www.scopus.com/authid/detail.uri?authorId=7005684518
Researcher ID: О-1542-2017, https://publons.com/researcher/2059176/bulat-k-kasenov/
ORCID: 0000-0001-9394-0592, https://orcid.org/0000-0001-9394-0592
Шуга Касенова – Author ID в Scopus: 6603699554, https://www.scopus.com/authid/detail.uri?authorId=6603699554
Researcher ID: O-2252-2017, https://publons.com/researcher/2058555/shuga-b-kasenova/
ORCID: 0000-0001-9755-7478, https://orcid.org/0000-0001-9755-7478
Женисгуль Сагинтаева – Author ID в Scopus: 6508325112, https://www.scopus.com/authid/detail.uri?authorId=6508325112
Researcher ID: О-2311-2017, https://publons.com/researcher/2058500/zhenisgul-i-sagintaeva/
ORCID: 0000-0001-8655-356x, https://orcid.org/0000-0001-8655-356X
Ерболат Куанышбеков – Author ID в Scopus: 56257890300, https://www.scopus.com/authid/detail.uri?authorId=56257890300
Researcher ID: О-2320-2017, https://publons.com/researcher/2058494/erbolat-e-kuanyshbekov/
ORCID: 0000-0001-9172-9566, https://orcid.org/0000-0001-9172-9566
Перечень опубликованных работ в 2022 году.
1 Патент РК на полезную модель № 6784. KZ 6784 U. МПК C01F 17/100 (2006.01). Способ получения поликристаллических титано-манганитов лантана, лития, натрия и калия /Касенов Б.К., Касенова Ш.Б., Сагинтаева Ж.И., Ермагамбет Б.Т., Куанышбеков Е.Е., Туртубаева М.О.; опубл. 31.12.2021, Бюл. № 52 – 3 с.
2 Патент РК на полезную модель № 7012. KZ 7012 U. МПК C01F 17/100 (2006.01). Способ получения титано-манганитов лантана и щелочноземельных металлов /Касенов Б.К., Касенова Ш.Б., Сагинтаева Ж.И., Ермагамбет Б.Т., Куанышбеков Е.Е., Туртубаева М.О.; опубл. 15.04.2022, Бюл. № 15 – 3 с.
3 Касенова Ш.Б., Сагинтаева Ж.И., Касенов Б.К., Байсанов С.О., Лу Н.Ю., Куанышбеков Е.Е. Теплоемкость титано-манганита лантана и магния LaMgTiMnO6 в интервале 298,15-673 К //XXIII Intrenational Conference on Chemical Thermodynamic in Russia, RCCT-2022. – Казань, 2022. – С. 238.
