Научное направление: «Напряженные формы углерода»
Шифры научных специальностей, в рамках которых разрабатывалось данное научное направление:
Краткая аннотация научного направления:
Технологии высокоэнергетических веществ в XXI веке получают все большее развитие в различных отраслях промышленности, энергетике, в частности, производстве взрывчатых веществ и ракетных топливных смесей. Развитие технологии напряженных форм углерода позволит реализовать новые направления в энергетике, фармацевтической промышленности, создании новых электрохимических систем - химических источников тока с высокими энергетическими показателями, технологиях взрывов. Так, в историческом контексте получения взрывчатых соединений развитие технологии напряженных переходных форм углерода и соединений на их основе позволяет получать более мощные и безопасные в эксплуатации взрывчатые вещества.
Научная новизна работы состоит в установлении закономерностей горения, перехода напряженного углерода в стабильную фазу графита, заключающиеся в том, что углерод может образовать напряженные структуры с общей формулой Сn, которые достаточно устойчивы и могут существовать длительное время без изменений. Выявлены причины появления избыточной энергии в циклических формах углерода Сn, представлены результаты по моделированию структур различных форм углерода. Для построения моделей напряженных форм углерода применены методы расчетов напряженных структур циклического и линейного строения. Разработаны основы технологии напряженных форм углерода в энергетике для получения систем с высокими удельными энергетическими показателями. Высокие теплоты сгорания обуславливают ряд особенностей процессов горения в кислороде напряженных форм углерода, в частности, высокие величины степени диссоциации оксида углерода (IV). Показано, что переход напряженных циклических структур в стабильную фазу графита может протекать в виде взрыва с выделением большого количества энергии и в отдельных случаях системы с напряженными формами углерода по энергетическим характеристикам превышают системы водородной энергетики.
Аннотации трех наиболее значимых публикаций:
1. Л78: Молекулярное моделирование переходных форм углерода. Циклоэнергетика: монография / А.Н. Лопанов. – Белгород: Изд-во БГТУ, 2013. – 182 с.
В монографии приведен обзор исследований в области строения различных форм углерода, изложены их физико-химические свойства. Выявлены причины появления избыточной энергии в циклических формах углерода, представлены результаты по моделированию структур различных напряженных форм углерода. Технология напряженных переходных форм углерода в энергетике названа «циклоэнергетикой». Напряженные переходные формы углерода по своим физико-химическим свойствам могут существовать в различных агрегатных состояниях – газообразном, жидком, твердом и обладают высокими положительными величинами энтальпий образования соединений. Высокие величины энтальпии образования переходных форм углерода обуславливают такие энергетические характеристики систем (теплоты сгорания, теплоты фазовых переходов), которые превышают по удельным показателям системы водородной энергетики. В отличие от систем водородной энергетики, предсказанные свойства напряженных переходных форм углерода технологичны – они более стабильны и могут существовать в напряженном состоянии достаточно долго. Для хранения соединений не нужны сложные технологические устройства и высокие давления. В электрохимических системах возможно создание новых энергоемких аккумуляторов, других химических источников тока. Возможна разработка новой технологии преобразования энергии в топливных элементах.

2. Лопанов А. Н., Фанина Е. А. Энтальпия переходных форм углерода //Химия твердого топлива 2015, № 2, с. 41–50.
Выполнены расчеты энтальпии образования переходных форм углерода, в том числе, полииновых и поликумуленовых углеродных цепей, существующих в природе. Выявлены причины появления избыточной энергии в циклических формах углерода Сn, представлены результаты по моделированию структур различных форм углерода. Для построения моделей напряженных переходных форм
углерода применены методы расчетов напряженных структур циклического и линейного строения, применяемые в органической химии.

3. Лопанов А. Н., Фанина Е. А., Тихомирова К. В. Моделирование пожаровзрывоопасных свойств напряженных циклических углеводородов // Пожаровзрывобезопасность. — 2015. — Т. 24, №5. — С. 36-43.
Современная классификация переходных форм углерода представлена в виде многообразия угольного вещества, углеродных структур различного строения, но в этой систематике отсутствовал важный элемент, связывающий органические и неорганические соединения. В статье сделана попытка устранить указанное противоречие. Отмечено, что существуют не только напряженные углеводороды, но и формы углерода с общей формулой Сn. Предсказаны необычные пожаровзрывоопасные свойства напряженных структур.