Конопацкий Антон Сергеевич

2012 г.-н.в. Старший научный сотрудник лаборатории неорганических наноматериалов

2012-16 гг. Аспирантура НИТУ МИСИС. Тема диссертации: «Получение и исследование сверхупругих сплавов Ti-Nb-Zr-Ta медицинского назначения». Защита кандидатской диссертации прошла 24.11.2016 г. По итогам защиты была присвоена ученая степень кандидата технических наук. Научный руководитель: Филонов М.Р.

2012 г. Специалитет НИТУ МИСИС, квалификация: инженер-физик по специальности «физико-химия процессов и материалов». Тема дипломной работы: «Формирование оксидной пленки сплавов на основе титана медицинского назначения». Научный руководитель: Филонов М.Р.

Впервые методом аддитивных технологий (селективного лазерного плавления) были получены композиционные материалы AlSi10Mg/BN. Была изучена структура и механические свойства, полученных материалов. Методами теоретического моделирования было предложено обоснование особенностей морфологии полученных композиционных материалов. Так было показано, что тонкие (до 300 нм толщиной) пластины h-BN были достаточно равномерно распределены в матрице сплава. При этом на границе раздела AlSi10Mg/BN наблюдалось формирование тонкого переходного слоя, обогащённого азотом. Детальный анализ данного переходного слоя позволили выявить, что в результате взаимодействия матрицы и частицы h-BN на поверхности последней формируются наночастицы нитрида алюминия. Было показано, что наночастицы AlN плотно усеивают поверхность h-BN, что и обуславливает формирование переходного слоя. Полученные результаты, в частности преимущественное формирование вторичной фазы (AlN) по границе раздела AlSi10Mg/BN могут быть использованы при дальнейшей разработке композиционных материалов, получаемых методом селективного лазерного сплавления [JALCOM 859 (2021) 157756].

Экспериментально и теоретически методом теории функционала электронной плотности показано, что химическое состояние поверхности носителя оказывает существенное влияние на содержание каталитически активных наночастиц. Экспериментально, а также при помощи теоретического моделирования было установлено, что оптимальное содержание оксида бора на поверхности h-BN, сформированного в ходе предварительной термической обработки, позволяет существенно повысить концентрацию наночастиц Ag, что приводит к росту каталитической активности материала в реакции окисления метанола. В рамках теории функционала плотности предложен механизм реакции окисления метанола на Ag/BN структурах, рассчитаны энергетические барьеры различных его стадий [Catal. Sci. Technol. 8 (2018) 1652–1662].

Впервые была показана каталитическая активность системы Ag/BN в реакции окисления моноокосида углерода. Изучено влияние среды синтеза на склонность наночастиц благородных металлов и носителей к агломерации. Было показано формирование промежуточных структур на основе полимерных молекул и наночастиц серебра. Предварительные исследования схем активации гетерогенных катализаторов на основе бездефектных наноструктур h-BN показали большее влияние окислительного этапа активации (выдержка в среде, обогащенной кислородом) по сравнению с восстановительным (выдержка в среде, обогащенной водородом) на каталитическую активность материала в реакции окисления CO [J. Catal. 368 (2018) 217–227].

Получены наноструктурные материалы (Ni0.2Cu0.8)/BN с высокой каталитической активностью в реакции риформинга метанола и окисления монооксида углерода. По сравнению с другими типами нанокатализаторов, риформинг метанола сопровождается образованием малого количество диоксида углерода, а монооксид углерода не наблюдался вовсе. По результатам работы оформлена статья, находящаяся на рецензии в журнале [Chemical Engineering Journal].

В результате всестороннего изучения эволюции структуры гетерогенных наноструктур Ag/BN было установлено, что процесс формирования наночастиц серебра сопровождается промежуточными стадиями образования нанокомпозиционных полимерных структур с частицами Ag, а также ацетата серебра. Показано, что данные структуры могут быть эффективно использованы для управления содержанием и распределением наночастиц серебра по размерам на поверхности h-BN в ходе низкотемпературного (до 150 °C) отжига. Варьирование продолжительности и температуры отжига также может быть использовано для управления морфологией наночастиц Ag. Также было показано, что большую роль в повышении каталитических свойств системы Ag/BN в реакции окисления CO играет промежуточный слой между металлической частицей и подложкой. Так, при одинаковом содержании и распределении по размерам наночастиц серебра повышенные свойства демонстрируют гетерогенные наноструктуры Ag/BN, содержащие тонкий переходный слой Ag-O-B [Catal. Sci. Technol. 9 (2019) 6460-6470].

Установлено, что повышение содержания наночастиц серебра на поверхности h-BN путем их формирования полиольным методом имеет нелинейный характер. Так для конкретного соотношения компонентов системы существует оптимальное время синтеза, позволяющее сформировать на поверхности h-BN наибольшее количество наночастиц серебра размером несколько нм. Превышение данного времени ведет к росту концентрации серебра на поверхности h-BN за счет роста частиц и не способствует повышению каталитической активности материала. Впервые была изучена каталитическая стабильность системы Ag/BN в реакции окисления CO. Установлено, что высокая каталитическая активность материала сохраняется в течение длительного времени, а ее падение связано с частичным спеканием наиболее мелких наночастиц серебра [ChemCatChem, 12 (2020) 1-8, DOI: 10.1002/cctc.201902257].

Методом электроспиннингования получены биорастворимые нановолокна поликапролактона и проведена их поверхностная функционализация с целью улучшения их биосовместимости и биоактивности. Для модификации поверхности использовались два подхода: (i) COOH-содержащий полимер наносили на поверхность нановолокон с использованием плазменной сополимеризации при атмосферном давлении CO2 и C2H4, и (ii) нановолокна PCL покрывали многофункциональной биоактивной наноструктурированной пленкой TiCaPCON в процессе магнетронного распыления мишени TiC-CaO-Ti3POx. Нановолокна с покрытием TiCaPCON показали улучшенную адгезию и пролиферацию клеток MC3T3-E1 и способствовали образованию минерализованного слоя на основе Ca при погружении в раствор, имитирующий внутреннюю среду организма. Таким образом, нановолокна с покрытием могут рассматриваться в качестве перспективного материала для регенерации костной ткани. Нановолокна с плазменным полимером продемонстрировали улучшенную адгезию и пролиферацию клеток IAR-2, что показывает их высокий потенциал для репарации кожи и в качестве раневых повязок [Nanomaterials 9 (2019) 1769].

Впервые исследовано влияние Ta на микроструктуру и коррозионную усталость метастабильного биомедицинского сплава Ti-18Nb-14Zr. Результаты электрохимических испытаний на испытательном стенде показали, что срок службы сплава с добавлением Та был значительно больше, чем у сплава Ti-18Zr-14Nb. Увеличение стойкости к усталостному разрушению объясняется склонностью легированного Ta сплава к пассивации [J. Alloys Comp. 748 (2018) 51-56].

Разработаны и получены новые сплавы с памятью формы Ti-18Zr-14Nb, Ti-18Zr-13Nb-1Ta, Ti-18Zr-12Nb-2Ta и Ti-18Zr-11Nb-3Ta (ат. %) были получены методом вакуумного дугового переплава и последующей термомеханической обработки (ТМТ). Получены сплавы с субзернистой структурой с размером структурных элементов 200–300 нм, обладающие сверхупругостью при комнатной температуре. При проведении циклических механических испытаний для всех сплавов была выявлена следующая закономерность: в течение 10–15 первых циклов нагрузки-разгрузки преобладают механизмы пластической деформации и стабилизации мартенсита под действием напряжений, а после этого становятся доминирующими механизмы β⇄α" превращения и механизм деформации переходит от эластопластического к сверхупругому [Mater. Sci. Eng. A 702 (2017) 301-311].

Разработан метод поверхностной функционализации наночастиц BN таргетными легандами для их адресной доставки в опухолевые клетки [J. Phys. Chem. C 121 (2017) 28096–28105].

Индекс Хирша по Scopus — 8.

Количество статей по Scopus —31.

SPIN код РИНЦ: 4788- 1914.

ORCID: 0000- 0002- 2597- 6611

ResearcherID: A-2573-2014.

Scopus AuthorID: 55601416300.

Руководитель

• «Разработка гетерогенных наноструктурных материалов Fe(Pt, Ag)/BN для переработки углекислого газа». Грант РНФ в рамках конкурса 2020 года «Проведение исследований научными группами под руководством молодых ученых» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными. Соглашение 20-79- 10286 от 20.07.2020 г.
  • Срок выполнения проекта — 2020-2023 гг. Объем финансирования — 15 млн. р.
• «Новые гибридные наноматериалы для гетерогенного катализа». Грант НИТУ МИСИС для поддержки научных исследований по научным направлениям стратегических академических единиц (САЕ), проводимых под руководством ведущих ученых, и развития международных коллабораций.
  • Срок выполнения проекта — 2020. Объем финансирования — 7 млн. р. Результаты: получены новые высокоэффективные гибридные наноматериалы для гетерогенного катализа.
• А.С. Конопацкий. Разработка химических составов сверхупругих титановых сплавов, а также изучение особенностей влияния термомеханической обработки на их структуру. Грант 18-33- 00418 мол_а Российского Фонда Фундаментальных Исследований. ЦИТиС АААА-А18-118101690079-5.
  • Сроки выполнения проекта — 2018-2019. Объем финансирования — 1 млн. р. Результаты: получены новые полностью биосовметимые сплавы на основе титана для замены костной ткани.
• А.С. Конопацкий Разработка и исследование сверхупругих биосовместимых титановых сплавов медицинского назначения. Проект в рамках реализации мероприятия по развитию вузовской системы грантовой поддержки молодых НПР Программы повышения конкурентоспособности НИТУ МИСИС среди ведущих мировых научно- образовательных центров (дорожной карты) на 2013-2020 гг.
  • Год выполнения проекта — 2015. Объем финансирования — 0,36 млн. р. Результаты: разработаны сплавы с повышенным ресурсом обратимой деформации.
• А.С. Конопацкий Получение и оценка качества сверхупругих биосовместимых сплавов на основе титана и ниобия. Проект в рамках реализации мероприятия по развитию вузовской системы грантовой поддержки молодых НПР Программы повышения конкурентоспособности НИТУ МИСИС среди ведущих мировых научно- образовательных центров (дорожной карты) на 2013-2020 гг.
  • Год выполнения проекта — 2014. Объем финансирования — 0,36 млн. р. Результаты: созданы сплавы с оптимальным составом титана и ниобия для медицинских целей.

Исполнитель

• Грант Российского научного фонда «Проведение исследований научными группами под руководством молодых ученых» «Управление термомеханическими условиями реализации эффектов памяти формы в сплавах на основе систем Ti-Ni, TiZr и Fe-Mn» № 19-79- 10270 (01.07.2019-01.07.2021, 15 млн. руб.).
• Субсидии на государственную поддержку НИТУ МИСИС в целях повышения его конкурентоспособности среди ведущих мировых научно-образовательных центров К2 «Двумерные карбиды и нитриды переходных металлов (MXenes) и гетерогенные наноструктуры на основе BN для улучшения качества жизни» (01.01.2018-31.12.2020 гг., 12 млн. р.).
• Федеральная целевая программа «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014 — 2020 годы», «Разработка технологий создания внутрикостных имплантатов с биополимерным покрытием на основе сверхупругих титановых сплавов» (26.09.2017-30.06.2020, 60 млн. руб.).
  • Результаты: разработаны сплавы для создания внутрикостных имплантатов с оптимальным химическим и фазовым составами.
• Государственное задание «Разработка технологических основ получения объемных наноструктурных полуфабрикатов сплавов Ti-Ni с повышенными свойствами памяти формы методами квазинепрерырывной интенсивной деформации» (01.01.2017-31.12.2019 гг., 30 млн. руб.).
  • Результаты: разработаны технологические основы для создания объемных полуфабрикатов с наиболее полной реализацией эффекта памяти формы.
• Российский Фонд Фундаментальных Исследований «Исследование особенностей превращений под напряжением и их реализации в функциональных свойствах наноструктурных сплавов с памятью формы на основе Ti-Ni и Ti-Zr для медицинских конструкций» (01.01.2018-31.12.2020 гг., 2,1 млн. руб.).
  • Результаты: выявлены зависимости фазовых превращений в сплавах с памятью формы на основе титана от внешних напряжений.

• A. Konopatsky, S. Dubinskiy, Y. Zhukova, V. Sheremetyev, V. Brailovski, S. Prokoshkin, M. Filonov Ternary Ti-Zr-Nb and quaternary Ti-Zr-Nb-Ta shape memory alloys for biomedical applications: Structural features and cyclic mechanical properties Materials Science and Engineering A 702 (2017) 301-311 DOI: 10.1016/j.msea.2017.07.046
• S. Prokoshkin, V. Brailovski, S. Dubinskiy, Y. Zhukova, V. Sheremetyev, A. Konopatsky & K. Inaekyan Manufacturing, Structure Control, and Functional Testing of Ti—Nb-Based SMA for Medical Application Shape Memory and Superelasticity, (2016), 1-15 DOI 10.1007/s40830-016-0059-y
• Elizaveta S. Permyakova, Irina V. Sukhorukova, Liubov Yu. Antipina, Anton S. Konopatsky, Andrey M. Kovalskii, Andrei T. Matveev, Oleg I. Lebedev, Dmitri V. Golberg, Anton M. Manakhov and Dmitry V. Shtansky Synthesis and Characterization of Folate Conjugated Boron Nitride Nanocarriers for Targeted Drug Delivery J. Phys. Chem. C, 2017, 121 (50), pp 28096–28105 DOI: 10.1021/acs.jpcc.7b10841
• Anton Konopatsky, Konstantin L. Firestein, Denis V. Leybo, Zakhar I Popov, Konstantin Larionov, Alexander E. Steinman, Andrey M. Kovalskii, Andrei Matveev, Anton Manakhov, Pavel Borisovich Sorokin, Dmitri Golberg and Dmitry Shtansky BN Nanoparticle/Ag Hybrids with Enhanced Catalytic Activity: Theory and Experiments Catal. Sci. Technol., 8 (2018) 1652-1662 doi:10.1039/C7CY02207G
• Prokoshkin S. Dubinskiy S. Brailovski V. Korotitskiy A. Konopatsky A. Sheremetyev V. Blinova E. Nanostructures and stress-induced phase transformation mechanism in titanium nickelide annealed after moderate cold deformation Materials Letters Volume 192, 1 April 2017, Pages 111-114 doi.org/10.1016/j.matlet.2016.12.046
• Elizaveta Permyakova, Philip Kiryukhantsev-Korneev, Kristina Gudz, Anton Konopatsky, Josef Polčak, Irina Zhitnyak, Natalya Gloushankova, Dmitry Shtansky, Anton Manakhov Comparison of Different Approaches to Surface Functionalization of Biodegradable Polycaprolactone Scaffolds Nanomaterials (Basel). 2019, 12 doi: 10.3390/nano9121769
• Y.S. Zhukova, Y.A. Pustov, A.S. Konopatsky, S.M. Dubinskiy, M.R. Filonov, V. Brailovski Corrosion fatigue and electrochemical behavior of superelastic Ti-Nb-Ta alloy for medical implants under cyclic load conditions Materials Today: Proceedings 2S (2015) S991 — S994. DOI: 10.1016/j.matpr.2015.07.448
• Yu.S. Zhukova, Yu.A. Pustov, A.S. Konopatsky, M.R. Filonov Characterization of electrochemical behavior and surface oxide films on superelastic biomedical Ti-Nb-Ta alloy in simulated physiological solutions Journal of Alloys and Compounds 586 (2014) S535—S538. DOI: 10.1016/j.jallcom.2013.01.151.
• Anton S. Konopatsky, Denis V. Leybo, Konstantin L. Firestein, Zakhar I. Popov, Andrey V. Bondarev, Anton M. Manakhov, Elizaveta S. Permyakova, Dmitry V. Shtansky, Dmitri V. Golberg Synthetic routes, structure and catalytic activity of Ag/BN nanoparticle hybrids toward CO oxidation reaction Journal of Catalysis, Volume 368, December 2018, Pages 217-227 doi.org/10.1016/j.jcat.2018.10.016
• A. S. Konopatskii, Yu. S. Zhukova, S. M. Dubinskii, A. A. Korobkova, M. R. Filonov, and S. D. Prokoshkin Microstructure Of Superplastic Alloys Based On Ti—Nb For Medical Purposes Metallurgist, Volume 60, Issue 1–2, (2016) pp 223–228 (Russian Original Nos. 1–2, January—February, 2016) DOI 10.1007/s11015-016-0277-8

• Патент на изобретение № 2716928. Сплав на основе титана и способ его обработки для создания внутрикостных имплантатов с повышенной биомеханической совместимостью с костной тканью. Приоритет изобретения 27 декабря 2019 г. Дата регистрации 17 марта 2020 г. Срок действия 27 декабря 2039 г. Конопацкий А.С., Дубинский С.М., Шереметьев В.А., Прокошкин С.Д., Браиловский В.И.

Ноу-хау

• С.Д. Прокошкин, В.А. Шереметьев, С.М. Дубинский, А.С. Конопацкий, Ю.С. Жукова, Способ термомеханической обработки сплава с памятью формы Ti-18Zr-14Nb (ат. %) для формирования нанокристаллической структуры и повышения прочности № 07-733- 2020 ОИС от 25 декабря 2020 г.
• Матвеев А.Т., Штанский Д.В., Ковальский А.М., Конопацкий А.С., Пермякова Е.С., Корте Шакти Таня, Волков И.Н. Способ получения нанокристаллического гексагонального нитрида бора № 13-457- 2019 ОИС от 09.12.2019.
• Д.В. Штанский, А.Т. Матвеев, А.М. Ковальский, А.С. Конопацкий, Х.У. Юсупов, Корте Шакти Таня Способ получения гетерогенных наночастиц BN/Al в СВЧ-плазменной установке и устройство для его реализации № 11-457- 2018 ОИС от 19.10.2018.
• Д.В. Штанский, А.Т. Матвеев, А.М. Ковальский, А.Э. Штейнман, А.С. Конопацкий Способ получения наногибридных катализаторов BN/Ag № 14-457- 2017 ОИС 15.11.2017.
• Д.В. Штанский, А.Т. Матвеев, А.М. Ковальский, А.Э. Штейнман, А.С. Конопацкий Способ получения композиционного материала на основе Al упрочненного частицами BN № 15-457- 2017 ОИС от 15.11.2017.
• С.Д. Прокошкин, С.М. Дубинский, Ю.С. Жукова, В.А. Шереметьев, А.С. Конопацкий Способ обработки сплава с памятью формы Ti-18Zr-15Nb (ат.%) для получения наилучшей функциональной усталостной долговечности № 17-676- 2017 ОИС от 15.11.2017.
• С.Д. Прокошкин, М.И. Петржик, А.В. Коротицкий, С.М. Дубинский, Ю.С. Жукова, В.А. Шереметьев, А.С. Конопацкий, А.М. Казакбиев, А.А. Коробкова Способ определения кристаллографического ресурса обратимой деформации сплавов с памятью формы на основе Ti-Nb, находящихся в аустенитом состоянии при комнатной температуре № 78-676- 2016 ОИС от 29.12.2016.
• С.Д. Прокошкин, В. Браиловский, М.Р. Филонов, М.И. Петржик, С.М. Дубинский, Ю.С. Жукова, К.Э. Инаекян, А.С. Конопацкий, В.А. Шереметьев Способ оценки кристаллографического ресурса обратимой деформации в сплавах на основе Ti-Zr-Nb № 61-676- 2015 ОИС от 14.12.2015.
• С.Д. Прокошкин, В. Браиловский, М.Р. Филонов, М.И. Петржик, С.М. Дубинский, Ю.С. Жукова, К.Э. Инаекян, А.С. Конопацкий, В.А. Шереметьев Способ термомеханической обработки для реализации совершенного сверхупругого поведения сплавов с памятью формы системы Ti-Zr-Nb с повышенным ресурсом обратимой деформации Ноу-хау № 55-017- 2014 ОИС от 15.12.2014.

Научный консультант:

• выпускной квалификационной работы Самодумкиной К.Ф. «Формирование наночастиц серебра на поверхности сверхупругих титановых сплавов», 2019 г.;
• выпускной квалификационной работы Барашенкова Е.М. «Синтез, структурное состояние и электрохимическое поведение сверхупругих сплавов системы Ti-Zr-Nb», 2018 г.;
• выпускной квалификационной работы Пестовой А.А. «Получение новых сверхупругих сплавов системы Ti-Zr-Nb медицинского назначения», 2015 г.;
• выпускной квалификационной работы Елагиной Н.Э. «Получение сверхупругих сплавовTi-Nb-Zr медицинского назначения свысоким ресурсом обратимойдеформации», 2015 г.