Кауль, Андрей Рафаилович

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Андрей Рафаилович Кауль
Дата рождения 12 марта 1945(1945-03-12) (76 лет)
Место рождения Муром, СССР
Страна  СССР Россия
Научная сфера неорганическая химия, неорганические материалы
Место работы химический факультет МГУ имени М. В. Ломоносова
Альма-матер химический факультет МГУ имени М. В. Ломоносова
Учёная степень Доктор химических наук
Учёное звание Профессор

Андрей Рафаилович Кауль (род. 12 марта 1945, г. Муром, Владимирская обл., СССР) — российский химик-неорганик, доктор химических наук, профессор, заведующий лабораторией химии координационных соединений химического факультета МГУ имени М. В. Ломоносова, известный специалист в области неорганических функциональных материалов.

Биография[править | править код]

Андрей Рафаилович родился 12 марта 1945 г. Отец - инженер-преподаватель, заведующий кафедрой паровых и газовых турбин Ивановского энергетического института. Мать – историк-медиевист, доцент Ивановского педагогического университета. Отец – по национальности поволжский немец дважды подвергся административной высылке из Москвы (в 1941 в Казахстан, в 1944 вместе с семьёй в Новосибирск). В марте 1945г. семья переехала в г. Иваново.

Окончил школу № 32 г. Иваново. В 1962 году поступил на химический факультет МГУ им. М.В. Ломоносова, который закончил в 1967 г. по кафедре общей химии. После окончания факультета был распределён на работу в Институт физики твёрдого тела РАН в лабораторию механических свойств кристаллов (1967-1969 гг.), где разрабатывал методику измерения токов деполяризации в диэлектриках. В 1969 г. поступил в аспирантуру Химического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова, где в дальнейшем прошёл путь от аспиранта (1969-1972) до должности профессора и заведующего лабораторией.

Научная деятельность[править | править код]

Кандидатская диссертация «Термодинамическое исследование высокотемпературной стабильности соединений редкоземельных оксидов с рядом оксидов переходных элементов» (1973 г.)[1] посвящена определению термодинамической устойчивости оксидных фаз на основе равновесных давлений кислорода при диссоциации сложных оксидов и расчёту их свободных энергий образования. Эта работа была выполнена методом электродвижущих сил в ячейках с твёрдым электролитом на основе диоксида циркония. В диссертации впервые была установлена количественная взаимосвязь параметров, характеризующих искажение кристаллической решётки и термодинамическую устойчивость сложных оксидов (на примере соединений RFeO3, CuR2O4, Cu2R2O5, где R- редкоземельный элемент)[2]. Эти результаты позволили впервые утверждать, что во всех морфотропных рядах соединений, принадлежащих к широчайшему классу перовскитов, искажение кубической решётки сопровождается снижением термодинамической устойчивости соединений.

В дальнейшем (1973-1987 гг.) термодинамические исследования методом [электродвижущая сила|электродвижущих сил]] сочетались с работами в области неорганической химии твёрдых электролитов и ионики твёрдого тела. Были проведены значительные исследования по разработке новых методов синтеза Na+-проводящего твёрдого электролита на основе β-глинозёма для Na-S-источников тока (стеаратный метод синтеза, криохимическая технология). Впервые были предложены и разработаны приёмы твердофазного ионного обмена с участием β-глинозёма, позволившие получать керамические замещённые β-глинозёмы с проводимостью по ионам калия, лития, серебра, меди, цинка и протонам[3]. Эти керамические катионные проводники были использованы в качестве твердых электролитов в работах по электрохимической термодинамике. В научной группе под руководством А.Р. Кауля в 1984-1987 гг. была выполнены пионерские разработки керамических протонных твердых электролитов на основе сложных оксидов бария, в частности впервые был синтезирован протонный проводник BaCeO3, легированный оксидом иттрия, обладающий протонной проводимостью, величина которой до сих пор остаётся рекордной.

После открытия явления высокотемпературной сверхпроводимости в 1986 г. научные интересы А.Р.Кауля были сконцентрированы на разработке химических методов получения и исследовании тонких плёнок высокотемпературных сверхпроводников[4]. Наибольшие успехи были достигнуты в развитии метода химического осаждения из газовой фазы (MOCVD, Metalorganic chemical vapour deposition)[5]. Этому в немалой степени способствовал большой опыт лаборатории химии координационных соединений в синтезе и изучении летучих бета-дикетонатов широкого круга металлов. Большое внимание уделялось также техническому совершенствованию аппаратуры для метода MOCVD: были запатентованы и реализованы разнообразные системы импульсной поставки пара реагентов в реакторы, в результате чего стало возможным воспроизводимое получение эпитаксиальных плёнок многокомпонентных оксидов – основы для разработки новых функциональных материалов. В 1995 г. А.Р.Кауль защитил докторскую диссертацию «Физико-химические основы получения суперионных и сверхпроводящих материалов»[6]. Впоследствии практика химического осаждения тонкопленочных материалов было распространена на многокомпонентные соединения с перспективными электрическими и магнитными свойствами, такие как манганиты РЗЭ и ЩЗЭ с колоссальным магнитосопротивлением, никелаты и кобальтиты РЗЭ, сегнетоэлектрики, а также разнообразные оксидные гетероструктуры[7],[8]. Для этих тонкопленочных объектов изучались взаимосвязи состава, структуры и функциональных свойств, устанавливалось влияние напряжений сжатия и растяжения кристаллической решётки плёнки при эпитаксиальном росте на подложке. Эти результаты вошли в работу коллектива сотрудников кафедры неорганической химии во главе с акад. Ю.Д.Третьяковым, удостоенную Государственную премии РФ по химии в 2003 г. Многочисленные наблюдения различий фазового состава эпитаксиальных плёнок по сравнению с порошками и керамикой идентичного состава были объяснены влиянием эпитаксиального сращивания с подложкой. В дальнейшем А.Р.Кауль предложил использовать это явление, названное эпитаксиальной стабилизацией, как методологическую основу синтеза различных неустойчивых фаз в виде тонких плёнок. Совместно с О.Ю.Горбенко была развита термодинамическая модель и теория явления эпитаксиальной стабилизации, выяснена роль термодинамических и структурно-геометрических факторов, определяющих возможность эпитаксиальной стабилизации неустойчивых фаз[9]. На основе этой концепции установлена природа изменений фазовых отношений в эпитаксиальных плёнках на подложках по сравнению с автономным состоянием тех же веществ (в виде порошков, керамики, монокристаллов), увеличения взаимной растворимости и уменьшения реакционной способности веществ в эпитаксиальном состоянии. Выводы теории подтверждены множеством экспериментальных результатов по синтезу тонких плёнок сложных оксидов из газовой фазы. Так, были синтезированы некоторые неизвестные соединения и расширены известные морфотропные ряды, включая гранаты начала семейства РЗЭ, орторомбические манганиты и гексагональные ортоферриты для малых РЗЭ и др. В итоге эпитаксиальная стабилизация неустойчивых соединений в виде тонких плёнок стала самостоятельной ветвью направленного неорганического синтеза. Цикл работ А.Р.Кауля и О.Ю.Горбенко «Гетероэпитаксия в разработке новых тонкопленочных материалов на основе оксидов: новые возможности» была отмечена Ломоносовской премией (IIст.) МГУ в 2005 г.

К этому же времени относится начало инициированных А.Р.Каулем работ по разработке и технологическому освоению ВТСП-проводов второго поколения на основе сверхпроводников редкоземельного семейства, нанесённых в виде высокоориентированных слоев микронной толщины на металлические подложки, покрытые тонкими буферными слоями[10]. Для выполнения этой сложной и многоаспектной работы, объединившей собой коллектив учеников – выпускников аспирантуры А.Р.Кауля, была создана инновационная научно-производственная компания ЗАО «СуперОкс» (www.superox.ru), ставшая к настоящему времени одним из важнейших мировых производителей ВТСП-проводов[11].

Исследовательская работа А.Р.Кауля в настоящее время направлена на повышение устойчивости токонесущей способности ВТСП-проводов к внешнему магнитному полю, для чего разрабатываются новые тонкопленочные композитные материалы ВТСП с искусственно введёнными несверхпроводящими центрами пиннинга. Одновременно разрабатываются тонкопленочные материалы с переходом металл-диэлектрик на основе диоксида ванадия[12].

Преподавательская и прочая деятельность[править | править код]

Среди воспитанников А.Р. Кауля 1 доктор химических наук, 27 кандидатов химических наук, более 40 дипломников (специалистов, бакалавров и магистров) по направлениям «химия твёрдого тела» и «неорганическая химия» (данные на 2018 г.).

Является автором 14 учебных курсов, и лектором таких учебных курсов для студентов Химического факультета и Факультета наук о материалах, как «Химия функциональных материалов», «Фундаментальные основы неорганического синтеза», «Неорганическое материаловедение» и «Термодинамика твердофазных реакций и фазовые равновесия».

А.Р.Кауль - соавтор более 20 патентов в области неорганического материаловедения ВТСП и твёрдых электролитов.

Член редколлегии журналов «Scientific reports» с января 2014 по н. вр., «Chemical Vapor Deposition», с января 1996 по декабрь 1999 –«Superconducting Sience and Technology» и с ноября 1988 по март 1995 – «Сверхпроводимость: физика, химия, техника».

Почести и награды[править | править код]

Примечания[править | править код]

  1. Кауль А.Р. Термодинамическое исследование высокотемпературной стабильности соединений редкоземельных оксидов с рядом оксидов переходных элементов// Дис. канд. хим. наук.122 л.с. ил. (Моск. гос. ун-т им. М.В. Ломоносова. Хим. фак. Кафедра общей химии. 1973. Библиогр. л. 115-122.
  2. Kaul A.R., Portnoy V.K., Tretyakov Yu D., Thermodynamic study of high-themperature stability of rare-earth orthoferrites// High Temperature Science, 1977. Том 9, с. 61-70
  3. Кауль А.Р.,Куценок И.Б., Третьяков Ю.Д. О возможности использования серебряного бета-глинозёма для термодинамических исследований// Журнал физической химии. 1974.Том 48, № 8, с. 2128-2129
  4. Кауль А.Р. Химические методы получения плёнок и покрытий ВТСП// Журнал Всесоюзного химического общества им. Д.И. Менделеева. 1989.Том 34, № 4, с. 492-504
  5. Blednov A. V., Gorbenko O.Y., Samoilenkov S.V., Amelichev V.A., Lebedev V.A., Napolskii K.S., Kaul A.R. Epitaxial Calcium and Strontium Fluoride Films on Highly Mismatched Oxide and Metal Substrates by MOCVD: Texture and Morphology// Chemistry of Materials. 2010. Том 22, № 1, с. 175-185
  6. Кауль. А.Р.Физико-химические основы получения суперионных и сверхпроводящих материалов// Дис. в форме науч. докл. д-ра хим. наук/МГУ им. М.В. Ломономова. Хим. фак. 1995. Библиогр. с. 62-68.
  7. Kaul A.R., Nikulin I.V., Novojilov M.A., Mudretsova S.N., Kondrashov S.V. Oxygen Nonstoichiometry of NdNiO3-δ and SmNiO3-δ. Materials Research Bulletin. 2004. Том 39, с. 775-791
  8. Gorbenko O.Y, Kaul A.R., Kamenev A.A., Melnikov O.V., Graboy I.E., Babushkina N.A., Taldenkov A.N., Inyushkin A.V. Epitaxial variant structures of the perovskite manganites with the high tunnel magnetoresistance// Journal of Crystal Growth. 2005. Том 275, с. 2453-2458
  9. Kaul A., Gorbenko O., Novojilov M., Kamenev A., Bosak A., Mikhaylov A., Boytsova O., Kartavtseva M.Epitaxial stabilization - A tool for synthesis of new thin film oxide materials// 2005. Journal of Crystal Growth, Том 275, № 1, с. 2445
  10. Kaul A.R., Roddatis V.V., Akbashev A.R., Lopatin S. Complex structural-ferroelectric domain walls in thin films of hexagonal orthoferrites RFeO3(R=Lu,Er)// Applied Physics Letters. 2013. Том 9, с. 61-70
  11. Молодык А.А., Кауль А.Р. ВТСП-ленты второго поколения - новые материалы электроэнергетики на основе эпитаксиальных гетероструктур// Российский химический журнал. 2013. Том 17, № 6, с. 48-65
  12. Makarevich A.M., Sadykov I.I., Sharovarov D.I., Amelichev V.A., Adamenkov A.A., Tsymbarenko D.M., Plokhih A.V., Esaulkov M.N., Solyankin P.M., Kaul A.R. Chemical synthesis of high quality epitaxial vanadium dioxide films with sharp electrical and optical switch properties// Journal of Materials Chemistry. 2015. Том 3, с. 9197-9205

Ссылки[править | править код]