Межвузовский сборник научных трудов «Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов»


Межвузовский сборник научных трудов

"ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ИЗУЧЕНИЯ КЛАСТЕРОВ, НАНОСТРУКТУР И НАНОМАТЕРИАЛОВ"

Зарегистрирован Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций, свидетельство о регистрации СМИ ПИ № ФС 7747789 от 13.12.2011

Двухлетний импакт-фактор 0,612
(по данным Научной электронной библиотеки)

ulrichs logo

Электронные варианты статей, публикуемых в журнале, размещаются в открытом доступе на сайте журнала в разделе Архив номеров и на сайте Научной электронной библиотеки eLibrary

Выпуски

ФХ-2016

Дорогие авторы и читатели!

В очередном выпуске сборника научных трудов «Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов» представлены результаты теоретических и экспериментальных исследований наночастиц, наноструктур и наноструктурированных материалов. Особое внимание уделено применению методов компьютерного моделирования, для которых наночастицы и наносистемы являются наиболее адекватными объектами исследования. Большая часть теоретических подходов к наносистемам характеризуется преемственностью с методами и подходами, разработанными ранее в физике межфазных явлений и коллоидной химии. Этим определяется междисциплинарный характер как нанонауки в целом, так и данного издания.

Результаты изучения наночастиц и наносистем имеют ряд потенциальных приложений в нанотехнологии, включая энергетику, катализ, материаловедение, биотехнологии и медицину. Соответственно, данное издание представляет интерес как для физиков, химиков и биологов, так и для технологов.

Редколлегия проводит постоянную работу, направленную на повышение уровня издания, включая научное содержание статей, редактирование рукописей и качество печати. Рукописи, представленные в сборник, проходят процедуру рецензирования, а опубликованные в нем статьи размещаются на сайте Российской электронной библиотеки. Об уровне издания и интересе к нему можно судить по импакт-фактору РИНЦ, который колеблется от выпуска к выпуску, но пятилетний импакт-фактор составляет к настоящему времени 0,384, что сравнимо с соответствующими показателями ряда журналов Издательства «Наука».

Приглашаем к сотрудничеству в качестве авторов научных работников, преподавателей вузов, аспирантов и студентов.

Дорогие авторы и читатели! Перед вами очередной выпуск межвузовского сборника научных трудов «Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов». За период его издания, несмотря на ряд трудностей организационного характера, ни разу не нарушалась периодичность, т.е. сборник регулярно выпускался в конце каждого календарного года и в нем публиковались все одобренные редколлегией статьи с размещением соответствующей информации об этих публикациях в Российской электронной библиотеке.

Редколлегия постоянно стремится к повышению как научного уровня данного издания, так и качества его оформления. К настоящему времени РИНЦ сборника 0,406 (за 2014 год) превышает соответствующие показатели многих академических научных журналов.

В 2015 году мы существенно расширили состав редколлегии, включив в него известных российских и зарубежных специалистов, прямо или косвенно связанных с нанонаукой и нанотехнологией. Прежде всего, следует отметить академика РАН А.И. Русанова, ведущего российского специалиста в области физики межфазных явлений и коллоидной химии, вице-президента Российского химического общества им. Д.И. Менделеева. Профессор Дж. Каптай является вице-директором Института нанотехнологии (Мишкольц, Венгрия). Профессор Р.А. Андриевский – один из ведущих российских экспертов по разработкам, проектам и научным изданиям в области нанотехнологии, редактор переводов ряда зарубежных монографий в этой области.

Как мы уже отмечали в предыдущих выпусках сборника, нанонаука и нанотехнология не возникли на пустом месте: структура и свойства малых частиц давно уже привлекали внимание физиков, химиков, биологов и технологов. Несомненна и тесная взаимосвязь между нанонаукой и физикой границ раздела фаз. Учитывая это, редколлегия по-прежнему ориентируется на междисциплинарный характер данного издания, объединяющего по тематике статей фундаментальные и прикладные аспекты нанонауки и нанотехнологии.

Дорогие авторы и читатели! В прошлом году нами был издан пятый, юбилейный выпуск данного сборника. 2014 год также является знаменательным с точки зрения истории развития нанонауки и нанотехнологии. В 1974 году, т.е. 40 лет назад, японским физиком Норио Танигути, был предложен термин «нанотехнология» применительно к процессам создания полупроводниковых структур с точностью до 1 нм с помощью сфокусированных ионных пучков, эпитаксии и других методов.

Еще одно знаменательное событие, связанное с появлением термина «нанонаука», относится к 2004 году. В 2003 году правительство Великобритании обратилось в Королевское научное общество с просьбой высказать мнение о необходимости развития нанотехнологий, оценить преимущества и проблемы, которые может вызвать их развитие.

Такой доклад под названием «Нанонаука и нанотехнологии: возможности и неопределенности» появился в июле 2004 года, и именно в нем впервые были даны отдельно определения нанонауки и нанотехнологии.

Это событие примечательно прежде всего тем, что уже тогда научные эксперты хорошо осознавали, что развитие нанотехнологий, т.е. современных наукоемких технологий, предусматривающих контроль структуры и процессов на нанометровом уровне, невозможно без всестороннего научного исследования свойств как отдельных наночастиц, так и наносистем. И этот прогноз полностью оправдался: в настоящее время активно развиваются как прикладные аспекты нанотехнологии, так и ее фундаментальные аспекты, изучение которых объединяется термином «нанонаука».

Редколлегия приглашает к дальнейшему сотрудничеству наших прежних авторов, а также новых авторов, работы которых прямо или косвенно связаны с нанонаукой и нанотехнологией.

Как уже отмечалось в предисловиях к предыдущим выпускам, мы хорошо осознаем, что нанонаука и нанотехнология не возникли на пустом месте в указанные выше юбилейные годы. Многие аспекты нанонауки серьезно изучались и ранее специалистами в области физики межфазных явлений, физики микрогетерогенных систем и коллоидной химии. Мы будем рады опубликовать работы по указанным выше направлениям науки и другим междисциплинарным направлениям.

Дорогие авторы и читатели! Вашему вниманию предлагается очередной, юбилейный выпуск данного сборника: в этом году он издается в пятый раз без какого-либо перерыва, несмотря на ряд трудностей организационного характера. Импакт-фактор данного издания (в 2011 году он составлял 0,175 по данным РИНЦ) сравним с импакт-факторами ряда отечественных и зарубежных научных журналов. В полной мере оправдался наш замысел, связанный с возможностью публикации статей, отвечающих разным областям знаний, включая физику, химию, биологию и технические науки. Этот замысел отражен и в данном выпуске: в нем много интересных и, надеемся, полезных для читателей статей, в том числе междисциплинарного характера.

Двадцать лет назад отношение к нанотехнологии и нанонауке (этот термин был введен зарубежными авторами для обозначения научных основ нанотехнологии) было явно неоднозначным: от иронии до неоправданно больших надежд. В частности, представители коллоидной химии высказывали мнение, что нанонаукой стали называть то, чем они всю жизнь занимались. С одной стороны, это действительно так: основы физики межфазных явлений и дисперсных систем действительно входят во все курсы коллоидной химии. С другой стороны, главными объектами исследований для коллоидной химии являются коллоидные растворы, а другие типы дисперсных систем, например аэрозоли и, тем более, интегральные электронные схемы, являются для нее далеко не основными объектами. Есть еще одно соображение, оправдывающее выделение нанонауки как самостоятельной дисциплины: появились принципиально новые экспериментальные методы исследования наносистем, включая зондовую микроскопию. И к настоящему времени в полной мере оправдался прогноз Р. Фейнмана, сделанный еще в 1959 году в его известной статье «Внизу полным-полно места» («There is plenty of space at the bottom»). В этой статье было в частности предсказано появление новых экспериментальных методов изучения явлений на наноразмерных масштабах, в ней же отмечались возможные трудности развития нанотехнологии, связанные, в частности, с много большим разбросом в свойствах по сравнению с соответствующими макроскопическими объектами. Тем не менее, Р. Фейнман сделал в данной работе оптимистический прогноз, который в полной мере оправдывается в наши дни.

Приглашаем вас к дальнейшему сотрудничеству, ждем новых интересных работ в области нанонауки и нанотехнологии.

Перед вами очередной выпуск межвузовского сборника научных трудов «Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов», который уже хорошо зарекомендовал себя и имеет достаточно высокий для изданий такого типа импакт-фактор в Российской электронной библиотеке.

Многие прогнозы и проекты конца 20-го столетия, связанные с развитием нанотехнологии, к сожалению, не оправдались. Это касается, в частности, нанороботов и выращивания чипов в пробирках. Тем не менее, налицо ряд несомненных достижений как в области нанонауки, так и в области нанотехнологии. Среди достижений 2012 года, можно отметить создание нанолазеров, разработку компанией IBM транзисторов на углеродных нанотрубках, создание ряда устройств на основе графена.

Отличительная особенность данного научного направления, отраженная и в этом выпуске сборника – его междисциплинарность, тесная взаимосвязь между фундаментальными аспектами изучения наносистем и прикладными исследованиями, которые могут быть внедрены в промышленности, медицине и других разнообразных сферах деятельности. Среди авторов статей этого и предыдущих выпусков – преподаватели вузов, аспиранты и студенты, научные работники из академических и отраслевых научных институтов России и зарубежных стран.

Приглашаем к участию в последующих выпусках сборника как авторов уже опубликованных статей, так и потенциальных авторов из учебных, научных и производственных организаций.

I am text block. Click edit button to change this text. Lorem ipsum dolor sit amet, consectetur adipiscing elit. Ut elit tellus, luctus nec ullamcorper mattis, pulvinar dapibus leo.

Данное издание является третьим выпуском межвузовского сборника научных трудов «Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов». Первый выпуск данного издания вышел в свет в 2009 году и был посвящен памяти профессора Л.М. Щербакова (1919-2002), известного специалиста в области физики поверхностей и термодинамики микрогетерогенных систем. Фактически именно последнее научное направление в настоящее время называют нанотермодинамикой.

За сравнительно короткий период сборник получил достаточно широкую известность среди специалистов в области физики и химии межфазных явлений и наносистем. В частности информация о нашем сборнике была размещена на сайте научного нанотехнологического общества (www.nanometer.ru).

Авторами статей данного выпуска являются научные работники и преподаватели высших учебных заведений, включая научные институты РАН: Институт физики металлов УрО РАН, Институт электрофизики УрО РАН, Институт химии твёрдого тела УрО РАН, Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И.В. Тананаева Кольского научного центра РАН, Институт физики полупроводников СО РАН, Институт машиноведения УрО РАН, Институт проблем геотермии Дагестанского научного центра РАН, Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Уральский институт государственной противопожарной службы МЧС России, Тульский государственный университет, Тверской государственный университет, Северо-Кавказский горно-металлургический институт, Санкт-Петербургский государственный университет, Московский государственного университета им. М.В. Ломоносова, Кабардино- Балкарский государственный университет им. Х.М. Бербекова, Сибирский государственный индустриальный университет, Уральский федеральный университет, Орловский государственный университет, Национальный исследовательский университет «МИЭТ», Алтайский государственный технический университета им. И.И. Полнузова, Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики. Еще одна отличительная особенность данного выпуска – международный состав авторского коллектива: в нем представлены как работы, полученные из ближнего зарубежья (республики Беларусь и Украины): Белорусский государственный университет, Донецкий физико-технический институт НАН Украины, Донбасская национальная академия строительства и архитектуры, так и статья, присланная из Хошиминского государственного педагогического университета (Вьетнам).

Редакционная коллегия исходит из целесообразности широкой тематики сборника и представления в нем как теоретических и экспериментальных работ фундаментального характера, так и результатов прикладных исследований, которые могут найти практическое применение в различных областях нанотехнологии.

Основная тематика научных исследований кафедры теоретической физики Тверского государственного университета, по инициативе которой было положено начало данному изданию, отвечает развитию теории наносистем и наноструктурных материалов, включая фундаментальные и прикладные аспекты нанотермодинамики, а также компьютерному моделированию свободных нанокластеров, наночастиц в силовом поле твердой поверхности и нанокомпозиционных материалов. Вместе с тем, достаточно очевидно, что нанонаука возникла и развивалась на базе таких традиционных научных направлений, как физика поверхностей, физическая химия межфазных явлений и коллоидная химия. В связи с этим мы считаем необходимым публиковать работы, отвечающие этим базовым направлениям науки, которые в перспективы также могут найти важные и интересные применения в нанонауке и нанотехнологии.

Редакционная коллегия благодарит всех авторов, принявших участие в формировании третьего выпуска межвузовского сборника научных трудов «Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов» и надеется, что данное издание позволит установить новые контакты между научными коллективами как на территории Российской Федерации, так и за рубежом.

Данное издание является вторым выпуском сборника научных трудов «Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов». Первый выпуск, посвященный памяти Л.М. Щербакова, вышел в свет в прошлом году. В соответствии с названием сборника, его издание имеет непосредственное отношение к нанонауке и нанотехнологии. Еще в конце 90-х гг. в ряде стран, в том числе в США, были приняты серьезные по замыслу и объему финансирования программы, связанные с развитием нанотехнологии. В настоящее же время приходится сталкиваться с высказываниями, что многие из этих программ провалились. Отчасти это действительно так. Вместе с тем, было бы в корне неверным считать, что в этой области науки нет никаких интересных и важных с практической точки зрения разработок.

Достаточно напомнить, что Нобелевская премия по физике за 2010 г. присуждена за исследования свойств монослоев графита, т.е. графена, которые имеют ряд потенциально важных практических приложений. Когда говорят о провале программ развития нанотехнологии, имеется в виду, что не удалось в короткий срок осуществить ряд разработок, граничащих с фантастикой, типа создания нанороботов, прочищающих кровяные сосуды, роботов, добывающих для растений азот из воздуха, а также осуществления программы выращивания чипов в пробирке. Удивительно, но социологи, философы и юристы уже начали обсуждать проблему, связанную с возможным бунтом нанороботов.

Все эти примеры показывают, что развитие нанотехнологии невозможно без развития нанонауки, которую можно рассматривать как теоретическую основу нанотехнологии. Чтобы подтвердить эту точку зрения, приведем еще один пример. В Интернете можно найти страницы с фотографиями изобретателей и их разработок, отвечающих моделям наномашин, состоящих из шестеренок, в качестве которых выступают молекулы бензола и его производные. При этом такие изобретатели забывают о том, что поведение молекул может в корне отличаться от поведения макроскопических деталей машин, и выявить эти различия, а также оценить реальность подобных разработок можно только на основе соответствующих квантово-химических расчетов.

Нанотермодинамика также занимает важное место в теоретических основах нанотехнологии. Основная задача термодинамики – прогнозирование стабильности соответствующих систем и изменение их фазового состояния. В частности, термодинамика может прогнозировать размерные зависимости температур фазовых переходов в наночастицах, хотя даже сама возможность использования понятий и концепций макроскопической термодинамики применительно к малым объектам требует дополнительных обоснований.

Несмотря на развитие экспериментальных методов исследования наносистем, в том числе методов зондовой микроскопии, а также новых теоретических подходов, помимо теоретического и экспериментального методов в нанонауке особое место занимает использование методов компьютерного моделирования, которые позволяют изучить системы и явления на атомно-молекулярном уровне, вплоть до наблюдения движения индивидуальных молекул и атомов. В соответствии с этим, мы хотели бы, чтобы в данном сборнике были представлены все три указанных выше метода научного исследования.

По нашему мнению, нанонаука органично связана с физикой и химией межфазных явлений. Можно сказать, что она возникла на их основе. Соответственно, в данном сборнике научных трудов мы планируем публиковать как работы непосредственно связанные с исследованием наносистем, так и работы, посвященные более традиционным проблемам физике межфазных явлений.

Достаточно напомнить, что Нобелевская премия по физике за 2010 г. присуждена за исследования свойств монослоев графита, т.е. графена, которые имеют ряд потенциально важных практических приложений. Когда говорят о провале программ развития нанотехнологии, имеется в виду, что не удалось в короткий срок осуществить ряд разработок, граничащих с фантастикой, типа создания нанороботов, прочищающих кровяные сосуды, роботов, добывающих для растений азот из воздуха, а также осуществления программы выращивания чипов в пробирке. Удивительно, но социологи, философы и юристы уже начали обсуждать проблему, связанную с возможным бунтом нанороботов.

Все эти примеры показывают, что развитие нанотехнологии невозможно без развития нанонауки, которую можно рассматривать как теоретическую основу нанотехнологии. Чтобы подтвердить эту точку зрения, приведем еще один пример. В Интернете можно найти страницы с фотографиями изобретателей и их разработок, отвечающих моделям наномашин, состоящих из шестеренок, в качестве которых выступают молекулы бензола и его производные. При этом такие изобретатели забывают о том, что поведение молекул может в корне отличаться от поведения макроскопических деталей машин, и выявить эти различия, а также оценить реальность подобных разработок можно только на основе соответствующих квантово-химических расчетов.

Нанотермодинамика также занимает важное место в теоретических основах нанотехнологии. Основная задача термодинамики – прогнозирование стабильности соответствующих систем и изменение их фазового состояния. В частности, термодинамика может прогнозировать размерные зависимости температур фазовых переходов в наночастицах, хотя даже сама возможность использования понятий и концепций макроскопической термодинамики применительно к малым объектам требует дополнительных обоснований.

Несмотря на развитие экспериментальных методов исследования наносистем, в том числе методов зондовой микроскопии, а также новых теоретических подходов, помимо теоретического и экспериментального методов в нанонауке особое место занимает использование методов компьютерного моделирования, которые позволяют изучить системы и явления на атомно-молекулярном уровне, вплоть до наблюдения движения индивидуальных молекул и атомов. В соответствии с этим, мы хотели бы, чтобы в данном сборнике были представлены все три указанных выше метода научного исследования.

По нашему мнению, нанонаука органично связана с физикой и химией межфазных явлений. Можно сказать, что она возникла на их основе. Соответственно, в данном сборнике научных трудов мы планируем публиковать как работы непосредственно связанные с исследованием наносистем, так и работы, посвященные более традиционным проблемам физике межфазных явлений.

Уважаемые коллеги!

Перед Вами первый выпуск Межвузовского сборника научных трудов «Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов», посвященного 90-летия со дня рождения Заслуженного деятеля науки РФ, профессора, доктора физико-математических наук Щербакова Леонида Михайловича (1919-2002), специалиста в области физики поверхностей и микрогетерогенных систем, термодинамики и кинетики зарождения новой фазы.

Еще в студенческие годы Л.М. Щербаков проявил особый интерес к физикохимии поверхностных явлений. В 1952 году в диссертационном совете Института физической химии АН СССР он защитил кандидатскую диссертацию, посвященную теории капиллярности.

Область капиллярных явлений, составлявшая предмет классических исследований Лапласа, Гаусса, Пуассона, Ван-дер-Ваальса и других известных исследователей, считалась одним из наиболее завершенных разделов молекулярной физики. Однако Л.М. Щербакову удалось вскрыть принципиальную ошибку в I законе капиллярности Лапласа, остававшуюся незамеченной в течение полутора столетий. Эта работа Л.М. Щербакова, а также ряд других его статей по теории капиллярности получили признание, как в Советском Союзе, так и за рубежом. В цикле работ, опубликованных в 50- 60-х гг., Л.М. Щербаковым были рассмотрены возможности термодинамической оценки поверхностей энергии твердых тел и предложены простые расчетные формулы для различных межфазных границ. Особое внимание Л.М. Щербаков уделил распространение термодинамики на малые объекты, что имеет актуальное значение для теории образования новой фазы. Развивая идеи, связанные с открытым членом-корреспондентом АН СССР Б.В. Дерягиным эффектом «расклинивающего действия» тонких жидких слоев, Л.М. Щербаков выдвинул концепцию «капиллярных аффектов II рода», позволившую распространить непротиворечивым образом термодинамический метод описания на микрогетерогенные системы. На этой основе Л.М. Щербаковым и его учениками был разработан аппарат термодинамики микрогетерогенных систем и развита статистическая теория оценки избыточной энергии малых объектов. Своеобразным итогом этих работ явилась докторская диссертация Л.М. Щербакова, защищенная в 1964 г. в совете Института физической химии АН СССР.

За 58 лет работы в вузах Л.М. Щербаков опубликовал свыше 200 научных работ. Многие из них посвящены проблемам зарождения новой фазы (особенно конденсационному образованию аэрозолей), теории смачивания, полимолекулярной адсорбции и другим вопросам теории поверхностных явлений. Л.М. Щербаков являлся членом двух координационных советов: по поверхностным явлениям в расплавах (при АН УССР) и аэрозолям (при Государственном комитете СССР по науке и технике); он входил в состав оргкомитетов ряда союзных научных конференций. Серьезное внимание уделял Л.М. Щербаков связи науки c практикой. Совместно со специальными кафедрами возглавляемые им коллективы принимали участие в ряде важных работ, посвященных проблемам новой технологии: размерной электрохимической обработке металлов, непрерывной разливке стали и др. Одним из достигнутых в этом направлении результатов является разработка основ теории формообразования при электрохимической обработке.

Учениками Л.М. Щербакова является ряд ученых, работающих в различных ВУЗах и научных учреждениях страны. Редколлегия межвузовского сборника научных трудов «Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов» благодарит всех авторов, принявших участие в формировании сборника, и надеется на будущее конструктивное сотрудничество.

Презентация о некоторых итогах выпуска межвузовского сборника: вектор развития