Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов
Основан в 2009 году


Архив аннотаций по выпускам

fh2023_cover_front

1. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ НАНОЧАСТИЦ, НАНОСИСТЕМ И НАНОМАТЕРИАЛОВ � стр. 8

Н.В. Алемасова, Д.И. Бугорская, В.В. Бурховецкий, Г.К. Волкова, В.А. Глазунова, М.Ю. Зеленский, М.В. Савоськин
Оксид графита: особенности исследования материала физическими методами � стр. 8
Abstract: Показано, что предварительная подготовка образцов влияет на структуру и свойства оксида графита и частично восстановленного оксида графита при их исследовании физическими методами. Способ высушивания оксида графита как последний этап синтеза определяет его морфологию и структурные свойства. При высушивании методом сублимации фиксируется состояние оксида графита в водной суспензии до начала процесса самоупорядочивания его листов, данные рентгеноструктурного анализа свидетельствуют о его рентгеноаморфном состоянии, внешний вид высушенного оксида графита – светло-желтый порошок. Высушивание водных суспензий оксида графита при температурах выше комнатной сопровождается упорядочиванием структуры оксида графита под действием сил поверхностного натяжения и Ван-дер-Ваальса с формированием темно-коричневой пленки. Методами сканирующей и просвечивающей микроскопии показано, что способ отделения частично восстановленного оксида графита от стеклянных подложек, на которых производится высушивание продукта, может приводить к получению смятых или рулонообразных структур. При исследовании оксида графита методом просвечивающей электронной микроскопии даже непродолжительное воздействие ультразвука, используемое при традиционном способе нанесения материала на медную сетку перед исследованием, приводит к сминанию и частичному скручиванию краев наночастиц оксида графита. Механическое измельчение оксида графита приводит к разупорядочиванию структуры оксида графита и к увеличению межплоскостного расстояния.
Keywords: оксид графита, структура, морфология поверхности, сканирующая электронная микроскопия, просвечивающая электронная микроскопия, рентгеноструктурный анализ.

В.А. Анофриев, А.С. Антонов, Д.В. Иванов, Е.М. Семенова, А.И. Иванова, С.А. Третьяков, М.С. Афанасьев, Н.Ю. Сдобняков
Паттерн формирования фрактального рельефа для наноразмерных плёнок молибдена � стр. 17
Abstract: Рассмотрены закономерности формирования фрактального рельефа наноразмерных пленок молибдена с использованием атомно-силовой микроскопии. Рассмотрены инструменты и методы редактирования и анализа плоских фотографий, полученных с использованием данной методики исследования. Обсуждается важность вносимого вклада ошибок и погрешностей в итоговый результат получаемых данных. Для анализа фрактальной размерности также был применен метод пороговой фильтрации (threshold analysis), который позволил выделять интересующие области и исключать шумовые компоненты, а также области, не представляющие научного интереса. Определена фрактальная размерность полученных агломератов на различных масштабах от 0,5 до 3 мкм. Значения Dc = 2,19 и Dc = 2,45 получены соответственно для исходных изображений и Dc = 2,13 и Dc = 2,45 – для изображений с применением метода пороговой фильтрации. Полученные данные открывают перспективы для дальнейших исследований и разработки новых методов синтеза материалов с определенными свойствами.
Keywords: атомно-силовая микроскопия, магнетронное распыление, фрактальная размерность, пленки молибдена, программное обеспечение.

Д.П. Бернацкий, В.Г. Павлов
Определение энергии испарения атомов щелочных и щелочноземельных металлов с помощью полевой десорбции � стр. 32
Abstract: С помощью метода полевой десорбционной микроскопии исследована десорбция атомов цезия и бария с квазисферической наноструктурированной поверхности полевого эмиттера. Получены зависимости напряженности десорбирующего электрического поля от степени покрытия цезием и барием полевого эмиттера из рения и вольфрама при миграционном равновесии. Миграционное равновесие наступает при определенной температуре эмиттера, когда вследствие поверхностной диффузии происходит перераспределение концентрации адсорбата на различных участках поверхности в зависимости от локальной теплоты испарения адатомов с этих участков. Показано, что при выполнении условия миграционного равновесия на наноструктурированной поверхности полевого эмиттера, на которой имеются плоские низкоиндексные грани кристалла с разной работой выхода, десорбция имеет лавинообразный характер с удалением всего адсорбата. Такое поведение полевой десорбции характерно для атомов щелочных и щелочноземельных металлов, связанное с более резким увеличением работы выхода по сравнению с увеличением энергии испарения атома при уменьшении концентрации адсорбата. В результате происходит уменьшение энергии десорбции иона с лавинообразным увеличением скорости десорбции. Принимая во внимание одинаковое десорбирующее поле на всех участках поверхности, что следует из характеристик Фаулера Нордгейма, в рамках модели сил изображения для полевой десорбции определены теплоты испарения атомов адсорбата на различных участках поверхности с разной работой выхода.
Keywords: полевая десорбционная микроскопия, энергия испарения атома, полевой эмиттер, рений, вольфрам, щелочные и щелочноземельные металлы, миграционное равновесие.

Д.П. Бернацкий, В.Г. Павлов
Полевая десорбция цезия и бария с нанокластеров графена на поверхности иридия � стр. 40
Abstract: Исследованы особенности полевой десорбции цезия и бария с поверхности иридиевого острия с двумерными нанокластерами графена на поверхности. Оба адсорбата находятся как на поверхности иридия и углеродных кластеров, так и в интеркалированном состоянии под пленкой графена не плотноупакованных плоскостях кристалла иридия. Полевая десорбция протекает поразному. При увеличении напряженности приложенного электрического поля происходит импульсное удаление адсорбата с поверхности. При дальнейшем усилении поля в случае цезия происходит десорбция атомов адсорбата из интеркалированного состояния. Атомы цезия выходят из-под пленки, диффундируют на поверхность кластера и десорбируются в виде ионов. Атомы бария остаются под графеновой пленкой вплоть до разрушения кластера. Различие механизмов полевой десорбции с графеновых кластеров объясняется наличием второго электрона на валентной оболочке атомов щелочных металлов, который обеспечивает химическую связь адсорбированных атомом между собой и с подложкой. Единственный валентный электрон атомов щелочного металла при адсорбции уходит в металл, и обеспечивает электростатическую связь адсорбата с подложкой и электростатическое отталкивание адатомов между собой.
Keywords: полевая десорбция, кластеры, углерод, иридий, цезий, барий.

Л.А. Бобрева, Н.В. Сидоров, М.Н. Палатников, А.Н. Гостева
Исследование структурных особенностей кристаллов LiNbO3:Gd (0,002-0,26 мас.%) по ИК-спектрам поглощения в области валентных колебаний водородных связей � стр. 46
Abstract: Выращены методом Чохральского по технологии прямого легирования шихты конгруэнтного состава нелинейно оптические монокристаллы LiNbO3:Gd (0,001-0,26 мас.%). Методом ИК-спектроскопии поглощения изучена дефектная структура кристаллов в области валентны колебаний водородных связей. Обнаружено, что в области малых концентраций легирующей примеси гадолиния на ИК-спектре наблюдается уменьшение ширин полос поглощения. Вхождение примеси гадолиния с концентрацией 0,26 мас.% приводит к существенной деформации кислородного октаэдра из-за большого ионного радиуса катиона гадолиния и увеличению длин О-О. На ИК спектре регистрируется новая полоса поглощения с частотой 3488 см-1, соответствующая комплексному дефекту VLi-ОН. Расчет объемной концентрации ОН-групп показал наименьшее значение для кристалла LiNbO3congr, наибольшее для LiNbO3:Gd (0,005 мас. %), что связано с процессом вхождением легирующей примеси в структуру и увеличением количества точечных дефектных центров VLi необходимых для компенсации структурного дефекта GdLi2+.
Keywords: ниобат лития, дефекты, ИК-спектроскопия, водородные связи, комплексные дефекты.

Л.А. Бобрева, Н.В. Сидоров, М.Н. Палатников, А.Ю. Пятышев
Особенности локализации легирующих катионов Tb3+ в кристалле LiNbO3 в диапазоне концентраций 0,1-2,21 мас. % � стр. 55
Abstract: Методом спектроскопии ИК-поглощения в области валентных колебаний ОН– -групп исследованы кристаллы LiNbO3:Tb (0,1 мас.%), LiNbO3:Tb (0,48 мас.%), LiNbO3:Tb (2,21 мас.%), выращенные методом Чохральского по технологии прямого легирования шихты конгруэнтного состава. Обнаружено, что при концентрации точечных дефектных центров катионной подрешетки VLi выше концентрации примесных точечных дефектов TbLi в ИК спектре регистрируется полоса поглощения с частотой 3487 см-1 , связанная с нарушением стехиометрии и образованием комплексного дефекта (VLi-ОН) в кристаллах LiNbO3:Tb (0,1 мас.%), LiNbO3:Tb (0,48 мас.%). Дальнейшее увеличение концентрации легирующей примеси приводит к изменению длины связей О-О, что влияет на длину ОН– -связей и появление новой полосы поглощения с частотой 3493 см-1, которая соответствует комплексному дефекту (TbLi-ОН) в кристалле LiNbO3. Вследствие неравномерного вхождения примеси в кристалле LiNbO3:Tb формируются кластеры, которым в спектре соответствуют полосы поглощения с частотой в диапазоне 3100-3403 см-1 и 3510-3580 см1.
Keywords: монокристалл, ниобат лития, редкоземельный ион, валентные колебания ОН– –групп, комплексные дефекты.

Н.Н. Большакова, Н.Ю. Дружинина, А.И. Иванова, Д.А. Иванов, Е.М. Семенова
Гистерезисные свойства монокристаллических твёрдых растворов PIN-PMN-PT � стр. 64
Abstract: В работе представлены результаты исследования гистерезисных свойств твёрдых растворов 24% Pb(In1/2Nb1/2)O3 – 49% Pb(Mg1/3Nb2/3)O3 – 27% PbTiO3, полученные при регистрации петель диэлектрического гистерезиса и температурных зависимостей переключаемой поляризации. Экспериментально установлено, что при T = 293 K и напряженностях переполяризующего поля E = (140 – 301)·103 В·м-1 происходит лишь частичное переключение кристалла. В поле 271·103 В·м-1 насыщенные петли диэлектрического гистерезиса для кристаллов наблюдаются в двух интервалах температур 373-383 K и 437-440 K. Температурные зависимости диэлектрической проницаемости и переключаемой поляризации имеют две аномалии, первые из которых соответствуют области фазового перехода кристалла из сегнетоэлектрической ромбоэдрической фазы в тетрагональную. При температуре порядка 450 K кристалл переходит в параэлектрическое состояние. Электронномикроскопические исследования структуры кристаллов показывают, что различные участки поверхности содержат неоднородности, отличающиеся по композиционному контрасту от матрицы, представленной химическими элементами, основной массовый процент которых составляют кислород и свинец. В элементный состав неоднородностей входит также титан.
Keywords: монокристаллический твёрдый раствор, гистерезисные свойства, переключаемая поляризация, диэлектрическая проницаемость, фазовый переход.

А.П. Букреев, Е.Н. Муратова, В.А. Мошников
Облучение пленок структуры перовскита заряженными частицами � стр. 75
Abstract: Гибридные галогенидные перовскиты состава ABX3 являются перспективные материалы для использования в оптоэлектронике и фотовольтаике. Для повышения эффективности работы структур на основе перовскита актуальной задачей становится имитация в лабораторных условиях влияние среды на структуры, облучение их различными заряженными частицами. В работе рассмотрены возможные варианты облучения пленок структуры перовскита различными заряженными частицами, такими как альфа- и гамма частицы, протоны и электроны, а также оценено влияние этих процессов на свойства и области применения таких структур. Результаты исследований показали, что пленки на основе перовскитов (например, CsPbBr3) имеют очень быстрый отклик (τ ∼5 нс) на облучении их как альфа-частицами (с энергией ∼5 МэВ), так и протонами. При этом обладают возможностью полного восстановления до исходных условий через несколько сотен миллисекунд после прекращения облучения. Показано, что органо-неорганические гибридные перовскиты более чувствительны к воздействию электронного пучка по сравнению с неорганическими. Увеличение дозы гамма-облучения приводит к уменьшению ширины запрещенной зоны (с 2,35 до 2,14 эВ), смещению пики фотолюминесценции в сторону более длинных волн, уменьшению сопротивления границ зерен. Влияние дозы гамма-излучения на свойства делает тонкие пленки перовскитов весьма полезными в качестве сенсорных материалов.
Keywords: перовскиты, облучение, заряженные частицы, солнечная энергетика, фотолюминесценция, ионные пучки, детекторы.

И.Н. Ефремов, С.М. Маслобоева, И.В. Бирюкова, Н.А. Теплякова, М.Н. Палатников
Исследование акустических, оптических и фоторефрактивных свойств монокристаллов ниобата лития, легированных цинком в области концентраций 5,38-9,0 мол.% Zn � стр. 85
Abstract: Получение оптических материалов на основе ниобата лития с контролируемыми оптическими свойствами является важной задачей современного материаловедения. До настоящего времени не решена проблема получения сильно легированных кристаллов LiNbO3 оптического качества с макроскопически однородным распределением примеси. В данной работе проведен сравнительный анализ исследований акустических, оптических и фоторефрактивных свойств монокристаллов ниобата лития LiNbO3:Zn, полученных способами прямого и гомогенного легирования из расплавов с концентрациями 5,38-9,0 мол.% Zn. Использованы методы: пьезоакустики, фотоиндуцированного рассеяния света и лазерной коноскопии. Определены значения статического пьезоэлектрического модуля, в соответствии с которыми все кристаллы являются монодоменными. Исследования кристаллов подтвердили отсутствие в них фоторефрактивного эффекта. Установлено, что кристаллы LiNbO3:Zn, выращенные на основе метода гомогенного легирования с концентрациями в расплаве 6,8-9,0 мол.% Zn, характеризуются наибольшей структурной и оптической однородностью, что представляет интерес для технологии выращивания методом Чохральского крупногабаритных легированных цинком кристаллов ниобата лития.
Keywords: ниобат лития, легирование цинком, монокристалл, статический пьезомодуль, фотоиндуцированное рассеяние света, лазерная коноскопия, оптическая однородность.

А.Д. Зигерт, Г.Г. Дунаева, Н.Б. Кузьмин, Е.М. Семенова, Н.Ю. Сдобняков
Поведение фрактальной размерности доменных структур в феррит-гранатовых пленках � стр. 98
Abstract: В данной работе с использованием комплекса экспериментальных методик и специализированного программного обеспечения проведено исследование висмутсодержащих феррит-гранатовых плёнок различной толщины и с различным стехиометрическим составом, выращенных на подложках из гадолиний-галлиевого граната. Методом оптической магнитометрии получены предельные петли магнитного гистерезиса для дефектных и бездефектных участков пленок. Также получены полевые зависимости фрактальной размерности магнитооптических изображений. Фрактальная размерность определялась методом подсчета кубов. Для различных составов и толщин висмутсодержащих феррит-гранатовых плёнок были получены диапазоны изменения фрактальной размерности. Проанализировано взаимное поведение полевых зависимостей фрактальной размерности и первой производной намагниченности по полю dM(H)/dH. Установлены характерные особенности поведения первой производной намагниченности по полю dM(H)/dH при изменении толщины пленки, а также для дефектных и бездефектных участков пленок.
Keywords: магнитные пленки, феррит-гранат, объемные дефекты, доменная структура, фрактальная размерность, зависимость dM(H)/dH.

В.В. Иванов, О.В. Малышкина, И.Л. Кислова, А.И. Иванова, А.В. Солнышкин
Структурные особенности и диэлектрический отклик керамики титанат бария – стронция � стр. 108
Abstract: В работе проведено сравнительное исследование структуры поверхности керамики титаната бария-стронция Ba1-xSrxTiO3 различных составов (x = 0,1; 0,2; 0,25; 0,3; 0,4 и 0,5) и диэлектрических характеристик образцов в широком температурном интервале. Установлено, что с увеличением содержания стронция наблюдается уменьшение плотности керамических образцов. Повышение содержания стронция в составе исследуемой керамики приводит к уменьшению среднего размера зерна на порядок, а мелких зерен с 2 мкм до 200 нм. Для всех исследуемых образцов керамики титаната бария-стронция наблюдается отклонение элементного состава от стехиометрического. Наиболее близким по значениям молярного содержания элементов к стехиометрическому составу, является состав образцов Ba0,75Sr0,25TiO3. Обнаружено, что образцы данного состава обладают наибольшим значением диэлектрической проницаемости при комнатной температуре. Температурные исследования диэлектрической проницаемости показали существование двух максимумов: при температуре 130 оС, соответствующей температуре Кюри чистой керамики титаната бария, и при более низких температурах в интервале от 10 до 100 оС, в зависимости от содержания стронция. Низкотемпературный максимум ε соответствует размытому переходу твердого раствора Ba1-xSrxTiO3, релаксорные свойства которого подтверждаются отклонением температурной зависимости ε от закона Кюри–Вейсса. Наиболее выраженным релаксорным поведением обладают образцы состава Ba0,75Sr0,25TiO3.
Keywords: пьезоэлектрическая керамика титанат бария-стронция, бессвинцовые материалы, структура зерен, диэлектрическая проницаемость.

Н.А. Клычков, В.В. Симаков, И.В. Синёв
Температурная зависимость проводимости пленки Cu:SnO2 на воздухе � стр. 119
Abstract: Проведены исследования температурной зависимости проводимостипленок на основе Cu:SnO2,  изготовленных с помощью магнетронного распыления смешанной мишени CuO/SnO2. Температурные зависимости проводимости носили существенно нелинейный характер. Обнаружено, что на температурной зависимости наблюдается локальный минимум проводимости вблизи температуры 330°C. Для объяснения полученных результатов предложена математическая модель адсорбции частиц кислорода на поверхности широкозонных полупроводников в различных формах. Предполагалось, что адсорбция частиц кислорода приводит к возникновению примесных уровней акцепторного типа, локализованных вблизи поверхности полупроводника. Выполненное моделирование в рамках предложенной модели показало качественную и количественную согласованность результатов расчета и экспериментальных данных температурной зависимости проводимости сформированных газочувствительных слоев Cu:SnO2 в кислородсодержащей атмосфере. Анализ экспериментальной температурной зависимости показал, что локальный минимум проводимости обусловлен термоактивационным процессом диссоциации частиц кислорода, адсорбированных в молекулярной форме. Оценены энергии десорбции каждой формы адсорбированного кислорода и глубина залегания их поверхностного акцепторного уровня.
Keywords: температурная зависимость проводимости, диссоциация кислорода, диоксид олова, модель газовой чувствительности.

Д.А. Козодаев, А.Ю. Гагарина, Ю.М. Спивак, В.А. Мошников
Тестовые структуры на гетероэпитаксиальных слоях PbTe(111)-ON-Si со ступенчатым характером субмикронного рельефа поверхности � стр. 127
Abstract: Получена метрологическая поверхность со ступенями с атомно-гладкими гранями, высоты которых имеют калиброванный размер, кратный высоте одного монослоя, на примере эпитаксиальных слоев теллурида свинца с подслоем фторида кальция на подложках монокристаллического кремния с кристаллографической ориентацией (111). Проведено исследование морфологии рельефа методами атомной силовой микроскопии. Произведена оценка ступенчатого рельефа, возникающего в результате механических напряжений на интерфейсе «эпитаксиальный слойподложка». Установлено, что боковые стенки ступеней ограняются по кристаллографическим плоскостям, относящимся к семейству {100}, стенки ступеней наклонены на углы 54,7° и 144,7° к плоскости основания тестового образца. Предложены рекомендации по применению калибровочных образцов для серии эпитаксиальных слоев теллурида свинца (111) для оценки аппаратной функции зондов.
Keywords: зондовая сканирующая микроскопия, атомно-силовая микроскопия, халькогениды свинца, наноматериалы, тестовые структуры.

О.Е. Корольков, В.В. Столяров
Релаксация напряжений при растяжении сопровождаемом током в ультрамелкозернистом титане � стр. 135
Abstract: В статье изучается влияние релаксации напряжений, вызваннойостановками деформации и  импульсным током, на деформационное поведение при растяжении ультрамелкозернистого титана Grade 4. Образцы растягивались по режимам: без тока; непрерывно с током; с периодическим подводом тока; периодическим подводом тока во время остановок деформации. Исследовалась микротвердость рабочей зоны испытанных образцов. Выполнены фрактографические исследования зоны разрушения. Показано, что в результате непрерывного введения тока в процессе растяжения напряжения течения снижаются, а удлинение до разрушения повышается. Периодическое введение тока, сопровождаемое остановками деформации, приводит к максимальному повышению относительного удлинения до разрушения за счет релаксации напряжений. Релаксационное влияние импульсного тока проявляется в снижении микротвердости и переходе характера разрушения от ямочно-чашечного излома к преимущественно ямочному излому.
Keywords: релаксация напряжений, растяжение, титан, наноструктура, электропластический эффект, импульсный ток, микротвердость, фрактография.

С.П. Крамынин, Е.М. Зобов, М.Е. Зобов
О возможности декомпозиции сложных спектров фотолюминесценции � стр. 148
Abstract: Предложен метод декомпозиции интегрального спектра фотолюминесценции на составляющие, основанный на анализе идентификатора, представляющего собой соотношение первой и второй производной экспериментальных данных. В работе изучен вопрос о границах применимости данного метода декомпозиции сложного спектра фотолюминесценции. На примере интегрального спектра, образованного двумя гауссианами дано определение чувствительности метода. Показана эволюция зависимости используемого идентификатора от длины волны при изменении расстояния между максимумами элементарных компонент. С помощью синтетического эксперимента построены зависимости чувствительности от соотношения полуширин и интенсивностей составляющих интегрального спектра. Полученные зависимости имеют нелинейный характер и имеют локальные максимумы и минимумы. Использование рассчитанных зависимостей позволяет оценить при каком перекрытии полос разложение еще возможно, а при каком выделить элементарную составляющую из интегрального спектра уже невозможно.
Keywords: фотолюминесценция, спектр, декомпозиция, ZnS, ZnO, моделирование, интегральный спектр, гауссиан, люминесцентный анализ, синтетический эксперимент.

В.А. Лапин, А.А. Кравцов, В.Е. Супрунчук, Л.В. Тарала, Е.В. Медяник, Ф.Ф. Малявин
Синтез и исследование свойств композитной керамики LuAG: Ce / Al2O3 � стр. 157
Abstract: Целью данной работы являлось изучение влияния содержания примеси оксида алюминия на особенности вакуумного спекания, оптические и люминесцентные свойства композитной керамики LuAG: Ce / Al2O3. Были синтезированы керамические порошки LC-1, LC-2, LC-3 состава Lu2,98Ce0,02Al5O12 / Al2O3, где содержание корунда составляло 0, 10, 20 масс.% соответственно. Исследована динамика усадки керамических компактов методом дилатометрии, морфология и элементный анализ поверхности спеченной керамики LuAG:Ce / Al2O3 – методом сканирующей электронной микроскопии, получены спектры светопропускания и люминесценции. Показано, что с ростом содержания корунда в составе керамического порошка растут температуры начала и конца усадки. Остаточная пористость при этом концентрируется в участках керамики, содержащей преимущественно кристаллиты корунда, как материала с большей температурой спекания. Выявлено, что включения фазы корунда препятствует неконтролируемому разрастанию зерен керамики. Состав с содержанием корунда 10 масс.% показал наибольшее значение интенсивности люминесценции. При этом с увеличением доли корунда в композитной керамике наблюдалось незначительное уширение спектров люминесценции.
Keywords: LuAG:Ce, оксид алюминия, керамика, люминесценция, оптические свойства, спекание.

М.Б. Ляхова, Е.М. Семенова, П.А. Ракунов, А.Ю. Карпенков, А.И. Синкевич, М.В. Фёдоров
Структура и магнитные свойства сплавов (R, Zr)(Co, Cu, Fe)Z (R = Sm, Gd) � стр. 169
Abstract: Представлены результаты экспериментального исследования процессов перемагничивания серии  многокомпонентных сплавов (R,Zr)(Co,Cu,Fe)Z (R = Sm, Gd) с учетом микро- и наноструктуры. Для достижения высококоэрцитивного состояния образцы подвергались изотермическому отжигу при 800оС в течение 8–24 часов. Длительность отжига влияет на формирование наноструктуры сплавов данного типа. По данным магнитных измерений, выполненных методом вибрационного магнитометра, построены петли гистерезиса, зависимости коэрцитивной силы от химического состава и длительности термических обработок, определен интервал изменения температурного коэффициента магнитной индукции в зависимости от относительного содержания Sm и Gd. Данные о микро- и наноструктуре получены методами оптической и сканирующей зондовой микроскопии. Описаны корреляционные соотношения между параметрами микро- и наноструктуры и магнитными свойствами исследованных сплавов. Показано, что наибольшие значения коэрцитивной силы достигаются на составе, где x=0,5.
Keywords: редкоземельные интерметаллиды, гистерезис, коэрцитивная сила, намагниченность, микроструктура, наноструктура.

А.С. Митченко, О.В. Малышкина, О.С. Гусева, А.И. Иванова
Стабилизация диэлектрических свойств керамики твердых растворов на основе ниобата кальция–бария � стр. 178
Abstract: В работе исследовано влияние модифицирующей добавки мелкодисперсного полистирола (2 мас.%) на диэлектрические и пироэлектрические свойства образцов керамики Ca0,3Ba0,7Nb2O6 (CBN30) и твердых растворов на его основе с добавлением (5%) SrTiO3 или LiTaO3, полученных методом твердофазного синтеза. Показано, что присутствие полистирола в процессе спекания керамики твердых растворов на основе CBN30 приводит к образованию в образцах наноразмерных пор и, как следствие, существенному уменьшению диэлектрических потерь и изменению характера дисперсии диэлектрической проницаемости в широком частотном диапазоне изготовленных образцов, в результате вид диаграмм дисперсии керамики на основе CBN30 стал аналогичен диэлектрической дисперсии промышленных образцов пьезоэлектрической керамики цирконата-титаната свинца. Проведенные исследования пироэлектрического эффекта на поляризованных образцах керамики на основе CBN30 выявили, что образцы, спеченные с присутствием полистирола, имеют, в отличие от образцов, спекаемых без полистирола, однородное распределение поляризации по толщине.
Keywords: пьезоэлектрическая керамика, ниобат бария — кальция, бессвинцовые материалы, модификаторы, структура зерен, диэлектрическая проницаемость.

О.О. Молоканова, А.М. Кармоков, О.А. Молоканов, М.М. Кармоков, А.И. Хасанов, А.Х. Дышекова
Фундаментальное поглощение и ширина запрещенной зоны стекол С87-2, С78-4, С78-5 � стр. 189
Abstract: В специальных стеклах для электронной техники марок С87-2, С78-4 и С78-5 исследовано влияние термических процессов на спектры оптического поглощения в диапазоне длин волн от 200 до 1100 нм. Стекла исследовались как в исходном состоянии, так и после отжига в различных термодинамических условиях: в атмосфере естественного воздуха и в вакууме при температурах 400 и 500°С, а также в проточном водороде при температуре 400°С. Установлено влияние среды, температуры и времени отжига образцов на дисперсионные зависимости поглощения исследованных стекол. Обнаружено, что на собственное поглощение некоторых компонентов стекла оказывает существенное влияние время отжига в водороде. Определен край фундаментального поглощения и оценена ширина запрещенной зоны образующихся нанокристаллических фаз. Ширина запрещенной зоны нанокристаллических фаз, образующихся в процессе отжига образцов при высокой температуре, по результатам оптических измерений составляет от 2,0 до 3,7 эВ.
Keywords: стекла, собственное поглощение, нанокрислалл, ширина запрещенной зоны.

М.В. Старицын, Д.А. Киселев, В.П. Пронин, А.Н. Крушельницкий, С.В. Сенкевич, Е.Ю. Каптелов, И.П. Пронин
Особенности микроструктуры и свойств тонких сферолитовых пленок ЦТС, сформированных двухстадийным методом высокочастотного магнетронного осаждения � стр. 196
Abstract: В работе приводятся результаты экспериментальных исследований микроструктуры и пьезоэлектрических свойств тонких пленок цирконата-титаната свинца, характеризующихся либо островковой структурой радиально-лучистых сферолитов, расположенных в низкотемпературной пирохлорной матрице, либо блочной однофазной сферолитовой структурой, отличающейся размерами блоков. Изменение размера блоков в пределах 10-50 мкм достигалось вариацией расстояния от мишени до подложки в диапазоне 30-70 мм, приводящей к изменению температуры разогрева подложки в установке высокочастотного магнетронного распыления керамической мишени при осаждении пленок на «холодную» подложку платинированного кремния. Температура последующего отжига для кристаллизации фазы перовскита составляла 550°С для островковых пленок и 580°С для однофазных пленок. Методами растровой электронной микроскопии обнаружены аномальные зависимости поворота ростовой оси с ростом линейных размеров сферолитов, достигающих величины 1,2 град/мкм, и других микроструктурных параметров тонких пленок. Причиной наблюдавшихся явлений являлись латеральные механические напряжения, возникающие в процессе твердотельной трансформации из фазы пирохлора в фазу перовскита, сопровождающейся изменением плотности пленок. При растягивающих напряжениях порядка предела упругости это приводило к появлению дополнительных внутриблоковых большеугловых границ. Методом силовой микроскопии пьезоэлектрического отклика изучено поведение латеральной поляризации и показано, что растягивающие механические напряжения в сферолитах приводят к ориентации вектора латеральной поляризации в радиальном направлении.
Keywords: тонкие пленки цирконата-титаната свинца, фазовая трансформация пирохлор-перовскит, сферолитовая микроструктура, дифракция отраженных электронов, силовая микроскопия пьезоотклика.

Н.А. Теплякова, Н.В. Сидоров, М.Н. Палатников
Оптические свойства кристаллов двойного легирования LiNbO3:Gd:Mg � стр. 207
Abstract: С использование метода прямого легирования конгруэнтного расплава оксидами магния и гадолиния выращены композиционно однородные нелинейно оптические монокристаллы двойного легирования с разным содержанием легирующих примесей: LiNbO3:Gd3+(0,003):Mg2+(0,65 мас. %), LiNbO3:Gd3+(0,23):Mg2+(0,75 мас. %) и LiNbO3:Gd3+(0,25):Mg2+(0,75 мас. %). Полученные методами лазерной коноскопии и фотоиндуцированного рассеяния света результаты свидетельствуют о высоком структурном совершенстве выращенных кристаллов и позволяют утверждать, что кристаллы LiNbO3:Gd:Mg по некоторым своим свойствам близки к стехиометрическому кристаллу. Одним из таких свойств стехиометрического и легированных магнием кристаллов LiNbO3, важных для создания материалов для преобразования лазерного излучения на периодически поляризованных доменах субмикронных размеров с плоскими границами, является низкое значение коэрцитивного поля (≈2,3 кВ/см). При этом выращенные кристаллы LiNbO3:Gd:Mg обладают значительно большей оптической однородностью, чем стехиометрический кристалл. Наибольшей оптической однородностью, а также отсутствием эффекта фоторефракции отличаются кристаллы LiNbO3:Gd3+(0,003):Mg2+(0,65 мас. %) и LiNbO3:Gd3+(0,23):Mg2+(0,75 мас. %). Увеличение концентрации гадолиния до 0,25 мас. % приводит к усилению искажений коноскопической картины и к появлению значительного фоторефрактивного отклика кристалла LiNbO3:Gd3+(0,25):Mg2+(0,75 мас. %).
Keywords: ниобат лития, кристалл, дефекты, лазерная коноскопия, фоторефрактивные свойства.

Н.А. Теплякова, Н.В. Сидоров, М.Н. Палатников
Особенности дефектной структуры монокристалла LiNbO3:Cu (0,015 мас. %) � стр. 215
Abstract: C использованием метода прямого легирования расплава оксидом меди выращен композиционно однородный, легированный фотовольтаически активной примесью меди монокристалл LiNbO3:Cu (0,015 мас. %). Методом фотоиндуцированного рассеяния света исследованы оптические свойства монокристалла. По интенсивности и величине угла раскрытия индикатрисы спеклструктуры фотоиндуцированного рассеяния света для исследованных кристаллов были рассчитаны величины диффузионного и фотовольтаического полей. Обнаружены значительные отличия в картинах фотоиндуцированного рассеяния света и в значениях фотоэлектрических параметров фотоиндуцированного рассеяния света номинально чистых кристаллов конгруэнтного и стехиометрического составов и кристалла LiNbO3:Cu (0,015 мас. %). Показано, что при легировании конгруэнтного кристалла ниобата лития катионами меди в кристалле наблюдается возрастание величины диффузионного поля, уменьшение величины фотофольтаического поля и заметное уменьшение ширины запрещённой зоны. При этом для кристаллов конгруэнтного состава и LiNbO3:Cu (0,015 мас. %), в отличие от кристалла стехиометрического состава, преимущественным механизмом фоторефракции остается фотовольтаический механизм. Данные фотоиндуцированного рассеяния света свидетельствуют о наличии в запрещенной зоне кристалла LiNbO3:Cu (0,015 мас. %) высокой плотности мелких энергетических уровней, повышающих эффект фоторефракции и электропроводность кристалла.
Keywords: ниобат лития, кристалл, дефекты, фоторефрактивные свойства, фотоэлектрические поля, ширина запрещенной зоны.

2. ТЕОРИЯ НАНОСИСТЕМ � стр. 223

Э. Андре, А.Н. Цирулев
Модель трехкубитного кластера в термостате � стр. 223
Abstract: В работе изучается математическая модель квантового кластера, состоящего из трех кубитов и находящегося в тепловом равновесии с окружением. Эффективный гамильтониан инвариантен  относительно перестановок кубитов и состоит из двух частей. Первая часть подобна XYZ-модели Гейзенберга с внутренним двухкубитным взаимодействием, а вторая включает трехкубитное взаимодействие с термостатом. Такая квантовая система допускает полностью аналитическое исследование и рассматривается в контексте математического моделирования квантовых метаматериалов, в которых нанокластеры являются элементарными структурными единицами с сильным внутренним взаимодействием кубитов и относительно слабой связью со средой. Построен ортонормированный базис собственных векторов гамильтониана, включающий максимально запутанное Wсостояние, получен в явном виде оператор плотности состояния кластера и изучены температурные зависимости его термодинамических характеристик: статистической суммы, энтропии и свободной энергии. Показано, что условия теплового равновесия в такой квантовой системе выполняются при температурах от 0,2 K до микрокельвинов, что соответствует рабочему диапазону современных квантовых логических элементов и квантовых симуляторов.
Keywords: кластер кубитов, гамильтониан, базис Паули, операторная экспонента, оператор плотности состояния, состояние Гиббса – фон Неймана, статистическая сумма, энтропия, свободная энергия.

А.М. Апеков, И.Г. Шебзухова
Вклад дисперсионного взаимодействия в межфазную энергию кристаллов кобальта на границе с неполярными органическими жидкостями � стр. 231
Abstract: Активное внедрение устройств основанных на применении свойств межфазной границы металл-органическое вещество вызывает интерес к исследованиям характеристик данной границы, особенно большой интерес представляют металлорганические каркасные структуры. Синтез данных структур с необходимыми свойствами возможен благодаря тому, что можно варьировать как элементный состав в активных металлоцентрах, так и связывающие эти центры органические лиганды. В связи с этим, на первый план выходит необходимость понимания свойств и характера взаимодействия на границе металла с органическими веществами. В данной работе в рамках электронно-статистического метода получен вклад дисперсионного взаимодействия ячеек Вигнера-Зейтца в межфазную энергию кобальта на границе с неполярными органическими жидкостями. Установлены зависимости дисперсионного вклада от ориентации металлического кристалла и диэлектрической проницаемости органической жидкости. Показано, что дисперсионный вклад увеличивает межфазную энергию, а с ростом диэлектрической проницаемости жидкости величина вклада уменьшается.
Keywords: межфазная энергия, дисперсионный вклад, электронностатистический метод, неполярная органическая жидкость, кобальт.

Л.П. Арефьева, В.В. Дука, Е.Г. Дроган
Исследование морфологии и топологии пластинчатого и зернистого перлита стали У8 на субмикронном уровне � стр. 239
Abstract: В работе приведены результаты исследования субмикронной структуры углеродистой эвтектоидной стали методом атомно-силовой микроскопии, проведенного в соответствие с действующими международными стандартами. Исследование проводилось на образцах, полученных двумя способами: полным отжигом и отжигом на зернистый перлит. Первый образец имел структуру пластинчатого перлита, второй – зернистого перлита. Наличие данных структур контролировалось оптической микроскопией и измерениями твердости по методу Роквелла. Препарирование образцов включало операции вырезки, шлифования, полирования и травления. Количественная оценка структурных составляющих перлита проводилась с использованием прикладного пакета ImageJ. Объемная доля феррита составляла порядка 88%. Исследованы топология и морфология поверхностей методом атомно-силовой микроскопии в прерывисто-контактном режиме. Определены амплитудные характеристики поверхностей, форма и размеры структурных составляющих перлита. Показано, что проведенный анализ субмикроструктуры позволяет однозначно идентифицировать фазовые составляющие стали.
Keywords: эвтектоидная сталь, зернистый перлит, пластинчатый перлит, субмикроструктура, атомно-силовая микроскопия.

Е.В. Барабанова, С.Е. Кондратьев, А.И. Иванова
Структура и диэлектрические свойства керамики KNN, легированной Ti � стр. 246
Abstract: Работа посвящена исследованию влияния технологии получения керамики ниобата калия натрия с акцепторной примесью Ti4+ на ее структуру и диэлектрические свойства. Целью работы являлось определение путей получения однофазного состава легированной керамики и роли модифицирующей добавки TiO2. Показано, что замещение титаном ниобия сохраняет кубическую форму зерен ниобата калия натрия, повышает диэлектрические потери и вызывает значительную по величине миграционную поляризацию. Последнее приводит к тому, что максимум температурной зависимости диэлектрической проницаемости на низких частотах у исследованной керамики не наблюдается. Смещение температуры фазового перехода, вызванное легированием, не наблюдается. У всех образцов, несмотря на неоднородность элементного состава и зеренной структуры, температура фазового перехода соответствует температуре фазового перехода чистого ниобата калия натрия.
Keywords: ниобат калия натрия, сегнетоэлектрические твердые растворы, диэлектрическая проницаемость, акцепторная примесь, фазовый переход.

И.Н. Беляева, Н.И. Корсунов, Н.А. Чеканов, А.Н. Чеканов
Полуклассические расчеты энергетических уровней и волновых функций гамильтоновых систем с одной и несколькими степенями свободы на основе метода классических и квантовых нормальных форм � стр. 255
Abstract: В работе изложены две схемы последовательного построения классической нормальной формы и её квантового аналога для некоторых классов классических гамильтоновых систем. Для квантовых нормальных форм указан способ решения их задачи на собственные значения. На основе этих нормальных форм предложен полуклассический метод решения уравнений Шрёдингера для классических гамильтоновых систем при их квантовом рассмотрении. Предложенным методом были решены некоторые квантовые задачи и обнаружено, что этот метод дает очень точное предсказание для энергетических уровней. Однако эта точность в области существования классического хаоса ухудшается. Этим же полуклассическим методом решена квантовая задача для плоского атома водорода в однородном магнитном поле. Предложенный метод допускает проведение всех расчетов с применением современных компьютерных систем аналитических вычислений.
Keywords: классическая нормальная форма, квантовый аналог нормальной формы, правило Вейля-Маккоя, уровни энергий, собственные функции, математическое моделирование.

В.Г. Кульков
Вклад границ зерен с сопрягающимися плоскостями во внутреннее трение � стр. 264
Abstract: В нанокристаллических металлах существуют границы зерен, которые под воздействием приложенных вдоль них сдвиговых напряжений движутся вдоль нормали. Такие границы совмещают два вида зернограничной деформации – взаимное проскальзывание зерен вдоль границы и ее миграцию. Такая взаимосвязь легко объясняется в модели межкристаллитных границ с сопрягающимися кристаллографическими плоскостями. Путем решения дифференциального уравнения в условиях действия переменного напряжения находится функциональная зависимость смещения границы от координаты и времени. На основе этого находится величина рассеянной за период колебаний энергии и выражение для внутреннего трения, обусловленного вкладом таких границ. Оно имеет характер пика Дебая. Энергия активации процесса равна энергии активации зернограничной самодиффузии. Предложен атомный механизм движения границы, в основе которого лежат диффузионные процессы между протяженными ступеньками атомного масштаба в границе.
Keywords: границы зерен, кристаллиты, сопрягающиеся плоскости, миграция границы, диффузия, вакансии, время релаксации.

Р.А. Магомедов, Э.Н. Ахмедов
Расчёт P-ρ-T свойств CO2 в диапазоне температур от T = 400 K до T = 1700 K � стр. 274
Abstract: В работе представлен расчёт изотерм уравнения состояния диоксида углерода в диапазоне температур от T = 400 K до T = 1700 K. Методика расчёта представляет собой доработку ранее предложенного подхода на основе фрактального уравнения состояния и программного модуля Fract EOS. Полученные результаты показывают хорошее согласие с экспериментальными данными. Показано, что для диоксида углерода подгоночный параметр α фрактального уравнения состояния не зависит от температуры, а зависимость от плотности можно точно аппроксимировать с помощью полинома, что упрощает расчёты изотерм в широком диапазоне температур. Благодаря этому были рассчитаны изотермы уравнения состояния для температур не представленных в табличных справочных данных. Предложенное уравнение состояния подходит для исследования не только инертных газов, но и для более сложных веществ, таких как диоксид углерода.
Keywords: уравнение состояния, интегро-дифференцирование дробного порядка, соотношения Максвелла, потенциал Гельмгольца, статистическая сумма, диоксид углерода, изотерма, теплофизические свойства.

А.В. Твардовский
Моделирование адсорбострикции в микропористых адсорбентах � стр. 282
Abstract: В настоящей работе предложены модели упругой адсорбционной деформации микропористых адсорбентов с разной геометрией микропор, позволяющие связать изменения относительных линейных размеров макрообъектов (адсорбентов) и микропор. Модель 1 – это модель упругой адсорбционной деформации микропористых адсорбентов при взаимодействии с газами. Модель 2 отвечает модели, в которой микропорами являются плоскопараллельные щели ограниченных размеров. Очевидно, что предложенные уравнения можно будет использовать при построении общей термодинамики адсорбционных процессов и теории адсорбции, а также при расчете термодинамических функций адсорбентов. В частности, могут быть рассчитаны изменения внутренней энергии, энтальпии и энтропии адсорбента в процессе его деформации. Тем самым появится возможность выявить вклад неинертного адсорбента в измеряемые теплоты адсорбции. Развиваемый подход вносит вклад в развитие термодинамики адсорбционных процессов и построению общей теории адсорбции с учетом вклада адсорбента.
Keywords: адсорбция, абсорбция, адсорбострикция, деформация адсорбентов, микропористые адсорбенты, дилатометрические исследования, термодинамика адсорбции.

И.Г. Шебзухова, Л.П. Арефьева
Поверхностная энергия и работа выхода электрона полиморфных модификаций титана � стр. 288
Abstract: В данной работе электронно-статистическим методом проведена оценка поверхностной энергии граней кристаллов титана с учетом вкладов дисперсионной, поляризационной и осцилляционной поправок. Используя аналитическую связь по величинам поверхностной энергии монокристаллов, вычислены значения работы выхода плотноупакованных граней полиморфных модификаций титана с учетом особенностей кристаллической структуры. Показано влияние полиморфного превращения и температуры на анизотропию исследуемых свойств. По величинам поверхностной энергии и межфазной энергии, состоящей из средней конфигурационной энергии и энергии химического взаимодействия двух частей металла, оценена энергия когезии α- и β-титана и показана ее зависимость от температуры. На примере систем вольфрам-титан и молибден-титан показана принципиальная возможность расчета изменения работы выхода в зависимости от концентрации поверхностно-активного компонента в биметаллических системах, что позволяет предсказывать эксплуатационный ресурс материала.
Keywords: поверхностная энергия, работа выхода электрона, анизотропия, полиморфные модификации титана, энергия когезии.

А.В. Шишулин, А.В. Шишулина
Влияние исходного состава на фазовые равновесия при твердофазном расслаивании в наночастицах бинарных сплавов (на примере системы W-Cr) � стр. 299
Abstract: Благодаря уникальному набору физико-химических свойств тяжелые вольфрамовые псевдосплавы c ультрамелкозернистой структурой, полученные из наночастиц современными методами порошковой металлургии, стали объектом повышенного интереса исследователей. В данной работе в рамках термодинамического подхода смоделированы особенности фазового состава наночастиц со структурой ядрооболочка расслаивающегося твердого раствора на примере тяжелого псевдосплава WCr. Для системы двух компонентов, ограниченно растворимых в твердом состоянии, продемонстрирован специфический эффект, заключающийся в том, что в отличие от систем в макроскопическом состоянии, не только объемная доля сосуществующих фаз, но и их равновесный состав существенно варьируется в зависимости от исходного состава системы. Для двух различных гетерогенных состояний структуры ядрооболочка получены области термической стабильности, а также температурные зависимости равновесного фазового состава системы в каждом из состояний. Описана термодинамическая интерпретация полученных закономерностей на основе трех возможных механизмов понижения свободной энергии системы.
Keywords: наночастицы, распад раствора, химическая термодинамика, растворимость, структура ядро-оболочка, вольфрам, хром.

А.В. Шишулин, А.В. Шишулина
К вопросу об упругих характеристиках мезопористых материалов � стр. 308
Abstract: В данной работе рассмотрена зависимость модуля нормальной упругости Юнга мезопористого материала от геометрических характеристик (объема и формы) распределенных в материале пор. Геометрические особенности пор задавались в рамках фрактально-геометрического подхода величинами их эффективного диаметра и фрактальной размерности. Приведенные оценки свидетельствуют о том, что характерный для наноразмерных частиц эффект, связанный с существенной зависимостью модулей упругости от размера и формы частицы, может также реализовываться в мезопористых (характерный размер пор от 5 до 50 нм) материалах, притом что сами мезопористые объекты могут иметь макроскопические размеры. На примере пористого серебра показано, что уменьшение объема пор и «усложнение» их морфологии приводят к заметному снижению модуля нормальной упругости. Результаты получены в рамках когезионной модели.
Keywords: модуль упругости, мезопористые материалы, фрактальная размерность, когезия, распределения по размерам, формула Харди-РамануджанаРадемахера.

А.Р. Эль Занин, С.В. Борознин, И.В. Запороцкова, Н.П. Борознина, Л.В. Кожитов, А.В. Попкова
О возможности применения эмпирических методов расчета стандартных энтальпий образования органических веществ для фуллеренов � стр. 317
Abstract: В связи с высокой практической ценностью и, как следствие, активным изучением углеродных наноматериалов, актуальным является вопрос о методах исследования их физико-химических, в частности, термодинамических свойств. В настоящей работе рассматривается возможность применения нескольких подходов для оценки стандартной энтальпии образования фуллеренов в газовой фазе. Были рассчитаны стандартные энтальпии образования в газовой фазе фуллеренов C60 и C70 методами Лайдлера, Франклина, Соудерса – Мэтьюза – Харда, Джобака – Рида. Был получен ряд аналитических зависимостей стандартной энтальпии образования в газовой фазе от числа атомов углерода в молекулах фуллеренов. Проведено сравнение полученных значений с экспериментальными данными, определена относительная погрешность расчета. Сделан вывод об ограниченной применимости предлагаемых методов для определения стандартной энтальпии образования фуллеренов в газовой фазе. Полученные значения стандартной энтальпии образования наиболее удовлетворительным методом из рассмотренных для фуллеренов C60 и C70 составляют 2448,90 и 2857,05 кДж/моль, а относительные погрешности составляют 4,44% и 5,95% соответственно. Таковым является метод Соудерса – Мэтьюза – Харда. Представленные аналитические зависимости позволяют проводить экспрессную оценку стандартной энтальпии образования фуллеренов в газовой фазе при малом количестве входных данных.
Keywords: аддитивные расчетные схемы, углеродные наноматериалы, термодинамические свойства.

В.М. Юров, В.И. Гончаренко, В.С. Олешко
Первичные нанотрещины в нитридах, боридах и карбидах тугоплавких металлов � стр. 328
Abstract: Предлагается модель, по которой можно вычислить длину нанотрещины твердого тела. Длина нанотрещины в нитридах, боридах и карбидах тугоплавких металлов оказалась равной в интервале 1<L<3 нм. Обсуждаются теоретические и экспериментальные методы исследования нанотрещин. Теория дает интервал длин для поликристаллов кремния 0<L<2 нм. Рентгеновские и электронно-микроскопические методы дают толщину трещин в металле в диапазоне десятых и сотых долей микрона. Предложенный недавно метод фрактолюминесценции для разрушения минералов с длительность сигналов ≈50 нс, а интервал времени между ними изменялся от ≈0,1 до 1 мкс, позволил выявить нанотрещины в олигоклазе при разрушении его поверхности в интервале 10<L<20 нм, что совпадает с предложенной нами моделью. Можно привести еще примеры образования нанотрещин в твердых телах. Иными словами, мы предлагаем назвать направление физики конденсированного состояния «физикой нанотрещин», которая отличается от «теории трещин» как по ее экспериментальному обнаружению, так и методу ее расчета.
Keywords: нанотрещина, поверхностный слой, металл, разрушение, поверхность, модель, микрон.

В.М. Юров, К.Н. Жангозин
Толщина поверхностного слоя воды и этанола � стр. 338
Abstract: Предложена теоретическая модель, позволяющая определять толщину поверхностного слоя жидкости R(I). Для воды и этанола она оказалась равной 1,1 нм. Как следствие, этанол неограниченно растворяется в воде. Метилацетат, бензол и толуол (R(I) выше 1,4 нм), образует с водой азеотропные смеси. Глицерин, нитробензол и ртуть (R(I) больше 3 нм) практически нерастворимы в воде. Из предложенной модели можно сделать вывод, что поверхностный слой жидкости представляет собой наноструктуру с размерными эффектами. При этом толщина поверхностного слоя воды совпадает с толщиной поверхностного слоя у железа, кобальта и никеля. Найдены также работа адгезии и упругие постоянные для воды и этанола, включая модуль Юнга Установлено, что упругость воды лишь в 100 раз меньше упругости стали, т.е. воду можно рассматривать как несжимаемое вещество, а внутреннее трение в воде в три раза больше, чем в этаноле. Показано также, что универсальным элементом геометрии пространств жидких систем является тетраэдр, отвечающий sp3-гибридизации межатомных или межмолекулярных связей.
Keywords: поверхностный слой, вода, этанол, жидкость, толщина слоя, кластер.

3. ПЕРВОПРИНЦИПНОЕ И АТОМИСТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ � стр. 350

Н.М. Барбин, Л.В. Якупова, Д.И. Терентьев
Термическая стабильность фуллеренов из ряда С28-С50 в атмосфере азота � стр. 350
Abstract: С целью изучения термической стабильности фуллеренов Cn (n = 28, 32, 44, 50) в среде азота при переходе из конденсированной фазы в газовую и дальнейших реакциях в паровой фазе использован метод термодинамического моделирования. По результатам расчета составлены химические реакции в системе Сn–N2 и выделены температурные интервалы для каждой реакции. В данной работе проведено сравнительное исследование интервалов термостабильности фуллеренов Сn в конденсированной и газовой фазах. Выделены в результате нагрева протекающие в системе углерод-азот физико-химические процессы, которые можно разделить на три группы: реакции, протекающие в конденсированной фазе, между конденсированной и газовой фазами и сублимации с термической диссоциацией. Наглядно продемонстрировано, что с увеличением числа атомов углерода в конденсированной фазе фуллерены проявляет свою термическую неустойчивость в отличии от твердого раствора фуллеренов. Данное исследование является одной из серии работ, посвященных свойствам наночастиц в атмосфере азота, которые можно использовать при разработке новых огнезащитных составов.
Keywords: фуллерены, термостабильность, термодинамическое моделирование, физико-химический процесс, химические реакции.

А.В. Блинов, М.А. Пирогов, А.А. Гвозденко, А.Б. Голик, З.А. Рехман, М.А. Колодкин, Д.Д. Филиппов
Компьютерное квантово-химическое моделирование взаимодействия наночастиц селена с четвертичными аммониевыми соединениями � стр. 357
Abstract: В данной работе проведено компьютерное квантово-химическое моделирование взаимодействия наночастиц селена с четвертичными аммониевыми соединениями, в рамках которого получены модели молекулярных комплексов, распределения электронной плотности, а также высшей заселённой и низшей свободной молекулярных орбиталей. У представленных молекулярных систем рассчитывалась полная энергия молекулярного комплекса E, разница энергии молекулы четвертичного аммониевого соединения и системы «четвертичное аммониевое соединение-наночастицы селена» ΔE, энергия высшей заселённой молекулярной орбитали EHOMO, энергия низшей свободной молекулярной орбитали ELUMO и химическая жёсткость системы η. В результате анализа данных установлено, что взаимодействие наночастиц селена с четвертичными аммониевыми соединениями является энергетически выгодным (ΔE > 11991 ккал/моль). Оптимальной системой взаимодействия наночастиц селена с четвертичными аммониевыми соединениями является система «цетилтриметиламмония хлорид-наночастицы селена», что обусловлено наибольшим значением разницы энергии (ΔE = 11991,79 ккал/моль). Исходя из анализа полученных моделей молекулярных систем установлено, что при взаимодействии четвертичного аммониевого соединения с наночастицами селена происходит смещение электронной плотности и образование новых молекулярных орбиталей, что свидетельствует об образовании химического взаимодействия между молекулами. Далее была проведена ИК-спектроскопия наночастиц селена, стабилизированных цетилтриметиламмония хлоридом. На основе полученных данных установлено, что происходит падение интенсивности полос, в сравнении с ИКспектром цетилтриметиламмония хлоридом, в областях от 2851 до 3026 см-1 и от 1265 до 1377 см-1, характерных для групп CH2 и CH3, что свидетельствует о присутствии молекул цетилтриметиламмония хлорида, ориентированных гидрофобной стороной к частицам селена, на их поверхности. После было проведено исследование морфологии частиц селена с помощью метода просвечивающей электронной микроскопии. В результате анализа ПЭМ-изображений подтверждено формирования слоя четвертичных аммониевых соединений на поверхности частиц селена диаметром от 25 до 60 нм.
Keywords: наночастицы селена, четвертичные аммониевые соединения, квантово-химическое моделирование, цетилтриметиламмония хлорид, ИКспектроскопия, просвечивающая электронная микроскопия.

С.Л. Гафнер
К вопросу применения нанокластеров Ag-Cu в плазмонике � стр. 367
Abstract: Величина локализованного поверхностного плазмонного резонанса (localized surface plasmon resonance – LSPR) металлических наночастиц определяется множеством факторов. Так при увеличении их среднего линейного размера максимальное положение LSPR пика смещается в сторону длинных волн. Однако в большей степени на положение LSPR максимума оказывает влияние материал наночастиц. Изменение среднего диаметра частиц от D = 7 нм до D = 60 нм позволяет варьировать положение LSPR максимума в диапазоне порядка 50 нм. Однако при плавном изменении состава бинарных наночастиц его можно изменять уже в пределах порядка 120 нм. Следовательно, наночастицы сплава меди и серебра представляют большой практический интерес в связи с возможностью тонкой настройки имеющихся в них плазмонных эффектов посредством вариации состава, размера, формы и структуры наночастиц. По результатам анализа имеющихся экспериментальных данных был сделан вывод о возможности управления внутренней структурой и формой Ag-Cu наночастиц с целью сдвига пика плазмонного резонанса и его усиления.
Keywords: нанокластеры, серебро, медь, кристаллизация, структура, компьютерное моделирование, сильная связь.

С.Л. Гафнер, Л.В. Редель
Оценка строения и формы получаемых экспериментально Ag наночастиц � стр. 377
Abstract: Серебро является одним из наиболее перспективных наноматериалов для плазмонных приложений, что обусловлено его низкой стоимостью, а также легкостью, с которой оно может быть подготовлено в виде наночастиц с контролируемым размером и формой. К настоящему времени уже стало понятно, что именно форма и внутренняя симметрия наночастиц может значительно влиять на величину рассеяния и поглощения световой волны, так как без образования сильного диполя данные эффекты в наночастицах будет несущественными. Поэтому основной задачей проведенного исследования был  теоретический анализ процессов образования внешнего и внутреннего строения нанокластеров серебра, получаемых некоторыми методиками физического синтеза. Для этого в работе были изучены данные высокоразрешающей электронной микроскопии для исходных и отожженных наночастиц серебра, сформированных на углеродной подложке вакуумно-термическим испарением и имеющие размеры от 2,0 до 10,0 нм. На основе проведенного анализа сделаны выводы о возможных особенностях и механизмах образования различных видов симметрии в синтезированных Ag наночастицах.
Keywords: нанокластеры, серебро, кристаллизация, структура, компьютерное моделирование, просвечивающая электронная микроскопия высокого разрешения.

Ю.Я. Гафнер, Д.А. Рыжкова, С.Л. Гафнер, А.А. Череповская
Особенности кристаллизации нанокластеров сплава Ag-Au � стр. 387
Abstract: При производстве SERS (surface enhanced Raman scattering) подложек используют два основных подхода к формированию массива плазмонных наночастиц: фотолитографию и химические методы, каждый из которых имеет свои преимущества и недостатки. Возможен еще способ термического испарения в вакууме, который и был выбран для анализа методом компьютерного моделирования. Для этого применялась молекулярно-динамическая имитация процессов кристаллизации массива бинарных наночастиц Ag-Au, позволяющих плавно регулировать длину волны плазмонного резонанса. Было создано три массива Ag-Au НЧ диаметром 2,0; 4,0 и 6,0 нм различного целевого состава от Ag90Au10 до Ag50Au50, которые подвергались процедуре охлаждения из расплава с различным темпом отвода термической энергии. В ходе моделирования формирования внутреннего строения наночастиц Ag-Au были сделаны выводы о зависимости данных процессов от целевого состава, размера и уровня термического воздействия. На основе полученных закономерностей были предложены корректировки технологического процесса создания SERS подложек с использованием бинарных наночастиц Ag-Au.
Keywords: нанокластеры, серебро, золото, кристаллизация, структура, компьютерное моделирование, сильная связь.

Ю.Я. Гафнер, Д.А. Рыжкова
Анализ абсорбционных процессов на поверхности нанокомпактированного газового сенсора � стр. 395
Abstract: Хорошо известно, что абсорбция газа полупроводниковой поверхностью приводит к изменению ее электрической проводимости. Это явление стало основой для технического производства различных газочувствительных сенсоров. Вблизи поверхности частицы из-за абсорбции и последующей ионизации молекул кислорода образуется поверхностная зона, обедненная свободными носителями заряда. Толщина этой зоны сопоставима с Дебаевской длиной и зависит от давления кислорода на поверхность частицы. В зависимости от размера частиц и степени их соединения, между ними могут быть или проводящие контакты, или контакты типа барьера Шоттки. Все это приводит к различному виду взаимосвязи между проводимостью и концентрацией определяемого газа. Так как основой чувствительности являются химические реакции между поверхностью твердого тела и газовыми молекулами, то наиболее востребованными являются материалы с большим соотношением поверхности к объему и с большой степенью пористости, т.е. наночастицы. В представленной работе рассмотрены основные возможные механизмы абсорбции газовых молекул компактированными наночастицами и проведен их анализ.
Keywords: абсорбция, полупроводники, нанокомпактированный материал, газовые сенсоры, моделирование.

О.В. Девицкий
Влияние содержания висмута на структурные и электронные свойства GaAs1-yBiy: расчеты из первых принципов � стр. 404
Abstract: Представлено теоретическое исследование влияния концентрации висмута на структурные и электронные свойства твердого раствора GaAs1-yBiy с использованием теории функционала плотности в программном пакете VASP 5.4.4. Результаты исследования показали, что фундаментальная запрещенная зона GaAs1-yBiy  увеличение концентрации висмута приводит к увеличению постоянной решетки GaAs1-yBiy, что вызывает внутреннюю асимметрию и снижению длинны связи Ga-Bi. Показано, что при увеличении количества замещающих атомы As атомов Bi в узлах кристаллической решетки наблюдается искажение положения соседних атомов Ga и уменьшение длины связи Ga-As. Установлено, что эти изменения обусловлены влиянием соседнего атома Bi, который влияет на длину связи Ga-Bi и снижает её длину вплоть до 2,6133 Å при y равном 12,5%. Угол между связями Ga-Bi и Ga-Bi наоборот увеличивается при увеличении концентрации Bi и может достигать максимального значения в 110,9256°. Совокупность подобных структурных изменений кристаллической решетки GaAs1-yBiy в дальнейшем приводят к возникновению потенциальных дефектов в виде кластеризации атомов Bi или смещения атома Bi положение интерстиции. Установлено, что наиболее стабильной конфигурацией обладают суперячейки GaAs1-yBiy с концентрацией атомов Bi до 12,5%. Ширина запрещенной зоны твердого раствора GaAs1-yBiy уменьшается от 1,283 эВ до 0,712 эВ с увеличением концентрации висмута от 1,85 мол.% до 12,5 мол.%. Полученные значения ширины запрещенной зоны в целом близки к известным литературным данным. Это показывает, что прямая запрещенная зона этого сплава охватывает спектральную область от ближнего инфракрасного до инфракрасного диапазона.
Keywords: III-V-Bi, GaAs1-yBiy, электронная структура, теория функционала плотности, ширина запрещенной зоны.

Е.С. Карташинская
Конформационные особенности мономеров ПАВ-близнецов при формировании 2D-монослоев на границе жидкость/газ � стр. 412
Abstract: Представленная работа посвящена рассмотрению мономеров ПАВ-близнецов с неионогенной гидрофильной частью и различной структурой мостика, соединяющего углеводородные цепи. В зависимости от типа мостика возможна реализация двух условных конформаций мономеров: с «растянутым» и «компактным» мостиком в случае гибкой этоксилированной или жирной углеводородной цепочки и только с «растянутым» жестким мостиком в случае наличия в нем ароматического кольца. Длина всех трех типов мостиков в случае «растянутой» их конформации примерно одинакова для рассматриваемых бис-ПАВ и позволяет вертикально внедряться в образующуюся полость двум молекулам углеводородов. «Компактная» же конформация гибких мостиков обеспечивает реализацию внутримолекулярных CH‧‧‧HC-взаимодействий между углеводородными цепями, которые не осуществляются в мономерах с «растянутой» конформацией мостика. Для выбранных конформаций мономеров были рассчитаны термодинамические параметры их образования. Для конформеров ПАВ-близнецов образование структур с «компактным» мостиком является более выгодным по энергии Гиббса за счет реализации внутримолекулярных CH‧‧‧HC-взаимодействий между гидрофобными цепями дифильного соединения. Сравнение вкладов внутримолекулярных CH‧‧‧HC-взаимодействий в энтальпию и энтропию образования бис-ПАВ с этиленоксидным мостиком в «компактной» конформации с аналогичными вкладами межмолекулярных CH‧‧‧HC-взаимодействий для диоксиэтилированных спиртов выявило хорошее согласование. Это показывает одинаковую природу CH‧‧‧HC-взаимодействий, возникающих как внутри молекулы с двумя углеводородными цепями, так и между двумя молекулами ПАВ с одной углеводородной цепью.
Keywords: ПАВ-близнецы, мономер, энтальпия, абсолютная энтропия, энергия Гиббса образования, CH‧‧‧HC-взаимодействия.

Н.А. Клычков, Д.В. Курмашева, В.В. Симаков, И.В. Синёв
Математическое моделирование проводимости поликристаллических слоёв широкозонных полупроводников при адсорбции на их поверхности газов — восстановителей в присутствии кислорода � стр. 424
Abstract: В работе представлены результаты исследования отклика сенсоров газа на основе газочувствительных слоёв Cu:SnO2 к парам этанола, ацетона и 2-пропанола. Измерены концентрационные зависимости отклика сенсора в различных температурных режимах для определения оптимальных режимов функционирования. Экспериментально определена температурная зависимость отклика сенсоров к парам анализируемых веществ. Зависимость теоретически обоснована с помощью предложенной математической модели, основанной на рассмотрении процессов переноса носителей заряда через потенциальные барьеры зерен поликристаллической полупроводниковой пленки в среде, содержащей кислород и анализируемый газ — восстановитель. В рамках модели, предполагается наличие для каждого сорта газа на поверхности SnO2 собственных центров адсорбции. В работе показано, что модель может быть использована для расчета и прогнозирования результатов измерений газочувствительности сенсоров на основе активных слоев поликристаллических полупроводников. Результаты расчетов подтверждают, что такие энергетические параметры как глубина залегания примесного уровня и энергия связи с поверхностью индивидуальны для каждого вещества.
Keywords: детектирование паров органических веществ, полупроводниковый сенсор газа, диоксид олова, температурная зависимость отклика, диссоциативная адсорбция.

А.Ю. Колосов, К.Г. Савина, С.А. Вересов, С.В. Серов, Д.Н. Соколов, Н.Ю. Сдобняков
Сценарии структурообразования в четырехкомпонентных наночастицах: атомистическое моделирование � стр. 432
Abstract: Рассмотрены сценарии структурообразования в четырехкомпонентных наночастицах. В качестве объектов исследования выступали наночастицы Au-Cu-Pd-Pt, содержащие N=400, 800, 1200, 1600, 2000, 4000 атомов стехиометрического состава Au3CuPd12Pt4. Использовались два альтернативных метода моделирования: молекулярной динамики и Монте-Карло. Взаимодействие между атомами описывалось потенциалом сильной связи. Определены температуры фазовых переходов для исследуемых наночастиц. Установлено, что температуры плавления и кристаллизации, зависят как от размера наночастиц, так и от скорости изменения температуры (при использовании метода молекулярной динамики). Скорость плавления наночастиц незначительно оказывает свое влияние на значение температуры плавления, тогда как увеличение скорости охлаждения существенно уменьшает температуру кристаллизации и замедляет процессы сегрегации. Проведено моделирование процесса коалесценции двух четырехкомпонентных наночастиц. В процессе коалесценции значительного перемешивания атомов разных сортов не происходит при использовании метода Монте-Карло, что приводит к некоторой остановке роста перешейка в точке контакта, в отличие от использования метода молекулярной динамики, где рост перешейка идет постепенно.
Keywords: метод молекулярной динамики, метод Монте-Карло, потенциал сильной связи, четырехкомпонентные наночастицы, структурообразование, температуры плавления и кристаллизации.

П.В. Комаров, М.Д. Малышев
Изучение влияния соотношения сомономеров эпоксидной смолы и отвердителя на механические свойства системы: мезомасштабное моделирование � стр. 444
Abstract: Данная публикация продолжает цикл наших работ, направленных на совершенствование методологии построения мезомасштабных моделей сетчатых полимеров и характеризации их физических свойств. В качестве объекта изучения выбрана система получаемая из эпоксидной смолы на основе диглицидилового эфира бисфенола А и отвердителя трикарбоновой жирной кислоты. Структура данной системы формируется в результате трех параллельных реакций. Для их корректного воспроизведения предложен алгоритм, позволяющий учитывать особенности взаимосвязи всех протекающих процессов. Построение модели системы выполнено посредством отображения химической структуры мономеров на эквивалентное мезомасштабное представление. Модель использовалась для изучения взаимосвязи между строением и механическими свойствами формирующихся сеток в зависимости от соотношения объемных долей сомономеров в исходной реакционной смеси. Все расчеты выполнены в рамках метода реакционной версии диссипативной динамики частиц. Структура полимерных сеток в построенных образцах была охарактеризована с помощью топологического анализа. Исследование механических свойств выполнено посредством построения зависимостей «напряжение-деформация». Полученные результаты демонстрируют хорошую корреляционную взаимосвязь между плотностью несущих нагрузку цепей и механическими свойствами формирующихся сеток. Показано, что наибольшей жесткостью обладают образцы материала имеющие наивысшую степень конверсии и плотность числа несущих нагрузку цепей.
Keywords: сетчатые полимеры, мезомасштабное моделирование, диссипативная динамика частиц, механические свойства.

А.В. Котомкин, Ю.Д. Орлов
Квантово-механический расчет структурных и энергетических характеристик С2 и С3 фторалканов � стр. 456
Abstract: В рамках «квантовой теории атомов в молекулах» с помощью программного пакета Aimall рассчитаны заряды q и объемы V топологических атомов (А) и атомных групп (R) фторсодержащих молекул этанов C2HmFk, где 0 ≤ m, k ≤ 6 и m+k = 8 и пропанов C3HmFk, где 0 ≤ m, k ≤ 8, m+k = 8. Оптимизация геометрического строения и нахождение распределения электронной плотности ρ(r) молекул выполнены в программе GAUSSIAN 03 методом B3LYP с использованием базиса 6-311++G (3df,3pd) 6d 10f. Исследовано влияние атомов фтора на ближайшее окружение. Показано отсутствие переносимых (стандартных) функциональных групп в исследованных соединениях. Сделан вывод о непригодности для данного класса веществ аддитивных методов оценки свойств, не учитывающих различия в электронном строении. Энтальпии образования ΔfH0 фторэтанов и фторпропанов (всего 38 значений) рассчитаны составным методом G4. Проведено их сравнение с экспериментальными данными, получено удовлетворительное согласование между этими величинами. Результаты работы планируется использовать для разработкаддитивных моделей прогнозирования термодинамических и термохимических свойств органических фторсодержащих соединений.
Keywords: индуктивный эффект, электроотрицательность, электронное строение, энтальпия образования, квантовая теория атомов в молекуле, электронная плотность, фторалканы, фторэтаны, фторпропаны.

Ю.А. Кузнецов, М.Н. Лапушкин
Адсорбция Ge на W(100): расчет � стр. 465
Abstract: Впервые проведен расчет адсорбции атомов германия на поверхности грани (100) вольфрама методом функционала плотности. Подложка вольфрама была выполнена как 2D-слой. 2D-слой W моделировался суперъячейкой W(100) 2×2×2. Расчет электронной плотности состояния и энергии адсорбции атома Ge проводился для трех мест адсорбции атома Ge: в ямочной позиции, в мостиковой позиции между поверхностными атомами W и над поверхностным атомом W. Один атом Ge приходился на 8 поверхностных атомов W. Наиболее предпочтительно адсорбция атома германия в ямочной позиции. Энергия адсорбции составляет значительную величину: 6,38 эВ. Адсорбция атомов Ge приводит к незначительной реконструкции поверхности W: максимальный сдвиг атомов W не превышает 0,15 Å. Валентная зона 2D-слоя W(100) сформирована в основном W 5d электронами, с незначительным вкладом W 6s электронов. Зона Ge образована Ge 4p и Ge 4s электронами.
Keywords: адсорбция, электронная структура, интерфейс, германий, вольфрам.

Э.Д. Курбанова, Р.М. Белякова, В.А. Полухин
Микро- и наноразмерные материалы с высокой энтропией � стр. 472
Abstract: Стабильность высокоэнтропийных сплавов, в том числе эквиатомных и неэквиатомных микро- и наноструктурных высокоэнтропийных сплавов актуальна при создании устойчивых многокомпонентных композиций с повышенными рабочими характеристиками. Реализация таких материалов возможна механическим легированием, магнетронным распылением, а также и электрохимическим методом с применением стратегии «сверху вниз и снизу в верх» при умеренных температурах < 200°C с контролируемым получением как микро- от 0,5 до 20 мкм, так и наноразмерных ВЭС с частицами от 2 до 10 нм. Хорошо изученная зависимость для классических сплавов «структура-свойство» еще не совсем ясна для нано-ВЭС, но очевидно, что можно формировать превосходные механические характеристики подбором химических составов и специальным режимом термообработки. Относительно химического состава, предъявляются требования, как к основным компонентам, так и к легирующим добавкам. Предварительно подбираются не только составы, но и методы синтеза высокоэнтропийных сплавов, включая ab initio (теория функционала плотности), нейросетевое прогнозирование и классическое МДмоделирование с возможными условиями формирования модельных образцов нановысокоэнтропийных сплавов, а также и производных вариантов. Полученные описания сравниваются с реальными методами синтеза высокоэнтропийных сплавов, к примеру, воздействия в различных синтетических средах.
Keywords: многокомпонентные, аморфные и нанокристаллические сплавы, высокоэнтропийные сплавы и нано-высокоэнтропийные сплавы, деформационное упрочнение, ландшафт-локальные флуктуации, прочность, термостабильность, слоистые композиты, термодинамические расчеты.

Н.Е. Малышева, Е.В. Дьякова, О.В. Малышкина
Моделирование диэлектрического отклика пьезоэлектрической керамики � стр. 481
Abstract: Авторами проведен сравнительный анализ комплексной диэлектрической проницаемости пористой (10 объемных % пор) керамики ниобата натрия–лития с результатами компьютерного моделирования. Для расчета за основу бралась формула Коул–Коула, в которой учитывалось наличие различных механизмов релаксационных процессов в низкочастотной (линейная дисперсия) и среднечастотной области, для учета смешанной поляризации добавлялась дополнительное слагаемого из формулы Дебая, поляризации резонансного типа – слагаемое учитывающее фактор затухания. Моделирование осуществлялось с учетом проводимости и без. Для учета вклада проводимости в динамический диэлектрический отклик использовалось выражение σ* = (ε″ + iε′)ε0ω. Показано, что линейный участок частотной зависимости в диапазоне от 50 Гц до 1 МГц одинаково хорошо описывается как с учетом проводимости, так и без. В тоже время поведение диэлектрического отклика пьезоэлектрической керамики в высокочастотной области, в которой наблюдаются резонансные эффекты, и низкочастотной области, где преобладает миграционная поляризация, значительно лучше описывается с учетом вклада проводимости в диэлектрический отклик системы.
Keywords: пьезоэлектрическая керамика, комплексная диэлектрическая проницаемость, комплексная проводимость, диэлектрическая спектроскопия.

В.С. Мясниченко, П.М. Ершов, С.А. Вересов, А.Н. Базулев, Н.Ю. Сдобняков
Размерный эффект и структурные превращения в тернарных наночастицах Tix-Al96-x-V � стр. 495
Abstract: Исследованы конечные конфигурации, полученные в процессекристаллизации в тернарных ме таллических наносплавах Tix-Al96-x-V4 различного состава. В качестве метода атомистического моделирования использовался метод молекулярной динамики. Межатомное взаимодействие описывалось потенциалом сильной связи. Определена размерная зависимость температур плавления, а также изменение температур плавления и кристаллизации при изменении состава тернарных наночастиц. По результатам серий компьютерных экспериментов были установлены различия в сценариях кристаллизации тернарных наночастиц Tix-Al96-x-V4. Предложена и апробирована классификация по внутреннему строению и степени кристалличности. Для тернарных наночастиц Tix-Al96-x-V4 выделено пять основных классов по количеству (полу)осей симметрии 5 порядка. Несмотря на то, что изучение сегрегации компонентов тернарных наночастиц Tix-Al96-x-V4 не являлось целью работы построены b описаны атомные конфигурации, отвечающие различным температурам в процессе охлаждения.
Keywords: метод молекулярной динамики, потенциал сильной связи, тернарные наночастицы, структурообразование, температуры плавления и кристаллизации.

Н.И. Непша, Д.Н. Соколов, Е.С. Митинев, А.А. Тактаров, Н.Ю. Сдобняков
Сценарии структурообразования в тернарных наночастицах на основе Pd-Pt при наличии допанта Ni � стр. 507
Abstract: В данной работе исследованы сценарии структурообразования в тернарных наночастицах на основе платины и палладия четырех стехиометрических составов различного размера, в качестве допанта выступает никель. Использовались два альтернативных метода: метод молекулярной динамики (реализованный в открытом программном обеспечении LAMMPS) и метод Монте-Карло (в реализации схемы Метрополиса). Кроме того, для описания межатомного взаимодействия использовалось два варианта силовых полей: модифицированный потенциал сильной связи (при реализации методов молекулярной динамики и Монте-Карло) и потенциал погруженного атома (при реализации метода молекулярной динамики). По результатам серий компьютерных экспериментов было установлено, что атомы палладия имеют повышенную сегрегацию к поверхности. При скорости охлаждения 0,1 К/пс формируется упорядоченная кристаллическая ГЦК структура с включениями ГПУ фазы. C увеличением содержания допанта никеля до 20% в тернарной наночастице PdPt-Ni наблюдается усложнение идентифицируемой локальной структуры как по числу фаз, так и с точки зрения структурной сегрегации.
Keywords: метод молекулярной динамики, метод Монте-Карло, потенциал погруженного атома, модифицированный потенциал сильной связи, метод сопоставления полиэдрических шаблонов, биметаллические и тернарные наночастицы, никель, палладий, платина, структурообразование, температура плавления и кристаллизации.

В.А. Полухин, С.Х. Эстемирова, Э.Д. Курбанова, Р.М. Белякова
Наноразмерные высокоэнтропийные материалы на основе ВЭС, принципы проектирования и методы синтеза � стр. 520
Abstract: Проанализированы принципы проектирования высокоэнтропийных сплавов, касающиеся подбора элементов. При подборе элементов используется параметрический подход, включающий химические и топологические параметры. Основным химическим параметром является энтальпия смешения элементов, основным топологическим параметром – атомный радиус. Подчеркивается, что использование модифицированных атомных радиусов, учитывающих локальное электронное окружение, лучше прогнозирует образования либо аморфных, либо кристаллических высокоэнтропийных сплавов. Рассмотрены 4 основные эффекта, определяющие свойства высокоэнтропийных сплавов: эффект высокой энтропии, эффект искажения решетки, эффект замедленной диффузии и «коктейль»-эффект. Получение наноразмерных высокоэнтропийных материалов на основе высокоэнтропийных сплавов – это новое перспективное направление, позволяющее существенно расширить их области применения, связанные с энергетикой (катализ, хранение энергии и др.), наноэлектроникой и др. В статье проведен анализ некоторых методов синтеза наноразмерных высокоэнтропийных сплавов и материалов на их основе, разрабатываемых в качестве катализаторов. Улучшенные рабочие характеристики по сравнению с традиционными катализаторами объясняются с точки зрения эффектов и особенностей, характерных для многокомпонентных систем.
Keywords: многокомпонентные, аморфные и нанокристаллические сплавы, высокоэнтропийные сплавы и наноразмерные высокоэнтропийные сплавы, морфология, катализаторы, структуры ГЦК и ГПУ, ОЦК, прочность, термостабильность.

Д.А. Рыжкова
Память на основе изменения фазового состояния наночастиц сплава Ag-Au � стр. 536
Abstract: Память с произвольным доступом на основе фазовых переходов является отличным кандидатом для технологии энергонезависимой памяти следующего поколения. Чтобы удовлетворить потребность промышленности ее емкость должна быть улучшена, для чего необходимо сократить объем единичной ячейки. Исходя из этого, в работе при помощи компьютерного моделирования методом молекулярной динамики с использованием модифицированного потенциала сильной связи TB-SMA была произведена оценка возможности использования наночастиц бинарного сплава Ag-Au в качестве отдельных ячеек памяти с произвольным доступом на основе фазовых переходов. Для этого был произведен анализ процессов кристаллизации данных наночастиц диаметром от 2,0 до 8,0 нм с разным темпом отвода термической энергии. Было показано, что добавление золота в состав позволяет решить проблему сложного воспроизведения аморфного строения, характерную для наночастиц чистого Ag. Благодаря этому, стабильного переключения между аморфной и кристаллической фазами удается достичь при диаметре нанокластеров ≥4 нм и ≥6 нм при содержании Au в составе ≥40% и ≥20% соответственно, что значительно ниже граничного значения 10 нм, характерного для серебряных наночастиц.
Keywords: нанокластеры, серебро, золото, кристаллизация, структура, компьютерное моделирование, сильная связь, PCM ячейки.

К.Г. Савина, Р.Е. Григорьев, А.Д. Веселов, С.С. Богданов, П.М. Ершов, С.А. Вересов, Д.Р. Зорин, В.С. Мясниченко, Н.Ю. Сдобняков
Проблема получения кристаллических фаз в процессе охлаждения бинарных наночастиц Au-Co и Ti-V � стр. 543
Abstract: Рассмотрены процессы структурообразования в бинарных наночастицах Co-Au и Ti-V, а также факторы, влияющие на процесс кристаллизации. В качестве объектов исследования выступали бинарные наночастицы Co-Au и Ti-V, содержащие N=400, 800, 1520 и 5000 атомов, эквиатомного состава. Компьютерный эксперимент проводился методом молекулярной динамики. Межатомное взаимодействие описывалось потенциалом сильной связи. По результатам серий компьютерных экспериментов было установлено, что основными факторами, влияющими на возможность получения кристаллических фаз являются: скорость охлаждения бинарных наночастиц, их размер и размерное несоответствие атомов, входящих в состав, а также характер взаимодействия атомов металлов. Проявление стабильности/нестабильности в бинарных наночастицах может быть связано с закономерностями образования кристаллических фаз. При этом склонность к сегрегации одного из компонентов в бинарной системе может быть не основным фактором определяющим стабильность/нестабильность такой системы.
Keywords: метод молекулярной динамики, потенциал сильной связи, бинарные наночастицы, кобальт, золото, титан, ванадий, размерное несоответствие, кристаллизация.

В.М. Самсонов, И.В. Талызин, С.А. Васильев, В.В. Пуйтов
Поверхностное плавление в наночастицах и наносистемах. 1. Закономерности и механизмы поверхностного плавления макроскопических фаз и наночастиц � стр. 554
Abstract: Данная работа отвечает первой части серии из двух статей, опубликованных в данном выпуске журнала и сочетающий краткий обзор теоретических и экспериментальных исследований, а также результатов атомистического моделирования поверхностного плавления в объемных телах и в наночастицах, с представлением наших собственных молекулярно-динамических результатов. Нами изучались закономерности и механизмы поверхностного плавления в металлических наночастицах (золота, серебра, меди, свинца и никеля). Наиболее детально закономерности и механизмы данного явления исследовались на наночастицах золота и серебра. Установлено, что эффект поверхностного предплавления характерен для наночастиц всех указанных выше металлов, хотя с уменьшением размера частиц этот эффект проявляется в меньшей степени. Кроме того, наши молекулярно-динамические результаты не подтвердили теоретические предсказания некоторых авторов о существовании вполне определенного характерного (критического) радиуса наночастиц, ниже которого эффект поверхностного плавления полностью отсутствует.
Keywords: поверхностное плавление (предплавление), металлические наночастицы, молекулярная динамика, метод погруженного атома, LAMMPS.

В.М. Самсонов, С.А. Васильев, И.В. Талызин, В.В. Пуйтов
Поверхностное плавление в наночастицах и наносистемах. 2. Научные и нанотехнологические аспекты роли поверхностного плавления в наночастицах и наносистемах � стр. 571
Abstract: С учетом результатов наших молекулярно-динамических экспериментов сделан вывод, что из трех обычно рассматриваемых альтернативных моделей плавления наночастиц (гомогенного плавления, жидкой оболочки, нуклеации и роста жидкости) последняя наиболее адекватна. Вместе с тем, более адекватна модель, отвечающая сочетанию непрерывного плавления на начальной стадии процесса с его последующим скачкообразным завершением. Иными словами, нуклеация и рост жидкоподобного поверхностного слоя происходят до достижения некоторого критического радиуса кристаллического ядра частицы, а затем плавление завершается очень быстро, почти скачкообразно (за доли нс) при температуре, интерпретируемой как температура плавления наночастицы Tm. Далее обсуждается роль поверхностного плавления в спекании наночастиц. В соответствии с нашими результатами, спекание металлических наночастиц при высоких температурах нельзя свести к единственному механизму: определенную роль играют поверхностное плавление, поверхностная и объемная диффузия, деформация в зоне контакта и коллективные эффекты, связанные с перемещениями не отдельных атомов, а групп атомов. Выдвинута и обоснована гипотеза о том, что введенная нами ранее переопределенная температура Таммана TT = 0,5Tm отвечает переключению сценария спекания металлических наночастиц, завершающегося формированием гантелеобразного нанокристалла, на сценарий, отвечающий коалесценции твердых наночастиц, которая завершается формированием дефектного нанокристалла формы, близкой к сферической.
Keywords: поверхностное плавление, металлические наночастицы, механизмы плавления, коалесценция и спекание, термодинамика, молекулярная динамика, метод погруженного атома, потенциал сильной связи.

Н.Ю. Сдобняков, А.Ю. Колосов, Д.Н. Соколов, К.Г. Савина, А.Н. Базулев, С.А. Вересов, С.В. Серов
Комплексный подход к моделированию плавления и кристаллизации в пятикомпонентных металлических наночастицах: молекулярная динамика и метод Монте-Карло � стр. 589
Abstract: Исследованы фазовые переходы плавление и кристаллизация в пятикомпонентной металлической наносистеме Au-Ag-Cu-Pd-Pt эквиатомного состава. Комплексный подход к атомистическому моделированию обусловлен применением альтернативных методов компьютерного моделирования – метода молекулярной динамики и метода Монте-Карло. Межатомное взаимодействие описывалось потенциалом сильной связи. По результатам серий компьютерных экспериментов было установлено, что в пятикомпонентных наночастицах эквиатомного состава могут образовываться кристаллические фазы в процессе охлаждения. Определены температуры плавления и кристаллизации для исследуемых пятикомпонентных наночастиц. Полученные альтернативными методами значения находятся в хорошем согласии. Для пятикомпонентных наночастиц подтверждена концепция фиксирования температур, отвечающих началу и концу процесса фазового перехода. Определены металлы, входящие в состав пятикомпонентных наночастиц, атомы которых в процессе кристаллизации формируют центральную часть наночастицы (ядро) и периферийные области, включая поверхность наночастицы.
Keywords: метод молекулярной динамики, метод Монте-Карло, потенциал сильной связи, пятикомпонентные наночастицы, структурообразование, температура плавления, температура кристаллизации.

Д.Н. Соколов, О.В. Полев, В.С. Мясниченко, К.Г. Савина, Н.Ю. Сдобняков
О структурной стабильности моно- и бинарных металлических наноклеток � стр. 602
Abstract: В данной работе рассмотрена проблема термической стабильности монои бинарных металлических наноклеток, состоящих из атомов золота и серебра. Количество атомов в исследуемых наноклетках составляло 1744, 2150, 2470 и 3370 атомов. Характерный размер (наружний диаметр) наноклеток от 4,4 до 5,1 нм. Межатомное взаимодействие описывалось потенциалом сильной связи. Анализ калорических зависимостей удельной потенциальной части внутренней энергии позволил идентифицировать температурные области «залечивания» полостей (пор) в гранях и во внутренней области (ядре) наноклеток. Подробно описан пример структурного коллапса наноклетки, в результате которого в ядре наночастицы идентифицируются кристаллические и квазикристаллические фазы до температуры, отвечающей плавлению для данного размера. Отдельно изучена сегрегация в бинарной наноклетке Au-Ag до и после ее коллапса.
Keywords: атомистическое моделированы, метод Монте-Карло, потенциал сильной связи, металлические наноклетки, поры, термическое воздействие, стабильность/нестабильность, структурообразование.

А.А. Череповская, Д.А. Рыжкова
Компьютерное моделирование процесса структуризации наночастиц Ag-Cu � стр. 614
Abstract: v>

В представленной работе произведено компьютерное моделирование процессов формирования внутреннего строения плазмонных наночастиц Ag-Cu. Для этого методом молекулярной динамики на основе потенциала сильной связи была произведена имитация кристаллизации наночастиц Ag-Cu диаметром 2,0-8,0 нм с атомарным содержанием меди в пределах от 10 до 50%. Для отвода термической энергии был использован термостат Андерсена с тремя различными скоростями охлаждения ΔT/Δt = 30∙1011, 12∙1011, 5∙1011 К/с. Возникающие при этом возможные структурные переходы определялись при помощи функции радиального распределения и изменения потенциальной энергии. Для определения наиболее устойчивого кластерного строения был взят ансамбль наночастиц одинакового размера. Далее при помощи визуализаторов OVITO и xmakemol находился реальный внешний вид и структура изучаемых наночастиц. В ходе проведенного моделирования было найдено, что при малых уровнях легирования медью в наночастицах Ag-Cu возможно образование пятичастичной симметрии и были зафиксированы условия возникновения данного эффекта. Также было определено, что D = 8,0 нм для Ag-Cu наночастиц является тем размерным пределом, начиная с которого проявляется макроскопический эффект стабилизации ГЦК строения эвтектического сплава при условии очень быстрой закалки образца.

Keywords: нанокластеры, серебро, медь, кристаллизация, структура, компьютерное моделирование, сильная связь.

4. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ НАНОТЕХНОЛОГИЙ � стр. 622

А.Ю. Атаева
Зависимость перемещения наночастиц от каналов в струйном барботере � стр. 622
Abstract: Работа посвящена экспериментальному исследованию поведения пузырьков при улавливании пылевидных материалов с наночастицами при соударении газожидкостных струй в барботажном слое. В статье рассмотрены вопросы применения каналов в струйном барботере и зависимость для выявления горизонтального перемещения в них пузырьков с наночастицами. Целью проведения данного этапа исследований является изучение поведения пузырьков газожидкостных струй при выходе без направляющего канала и через направляющий канал. Проанализированы результаты проведенных опытов на запатентованной конструкции струйного барботера. В статье представлены результаты проведенных опытов по изучению форм и размеров образующихся газовых пузырьков. Приведены графики, построенные после обработки кадров кинограммы по данным проведенных экспериментов. На базе предварительных испытаний обоснованы особенности использования каналов для создания соударения струй в экспериментальной установке для увеличения диапазона улавливаемых твёрдых частиц, включая наночастицы.
Keywords: экосистема, пылегазоуловитель, наночастицы, канал, мокрое пылеулавливание, барботаж.

А.Н. Белов, Н.В. Востров, Г.Н. Пестов, А.В. Солнышкин
Особенности формирования массива изолированных полимерных наночастиц P(VDF-TrFE) в порах периодической наноструктурированной матрицы оксида кремния � стр. 629
Abstract: Настоящая работа посвящена технологическим особенностям создания массива пироэлектрических наночастиц, размещенных в порах мембраны оксида кремния, обеспечивающей их теплоизоляцию как друг от друга, так и от поддерживающей подложки. Установлены механизмы анодного окисления структуры Al/Ti/SiO2, обеспечивающие самоорганизацию наноструктурированной оксидной маски с заданными геометрическими параметрами. Показано, что с некоторой толщины адгезионного слоя, не происходит зарастания открытых областей маски наночастицами оксида титана. Определены закономерности способа локального ионного травления многослойных структур, обеспечивающая контроль глубины образуемых пор за счет контроля ионного тока. Установлена корреляция латерального размера углублений в кремнии с величиной аспектного отношения пор оксида алюминия. Продемонстрирована возможность формирования мембраны оксида кремния со встроенными в его поры наночастицами пироэлектрического полимера.
Keywords: полимерный пироэлектрик, пористый оксид кремния, ионно-лучевое травление, ИК-фотоприемник, пористый анодный оксид, алюминия, микромембрана, анизотропное травление.

А.Н. Белов, Н.В. Востров, Г.Н. Пестов, А.В. Солнышкин
Планарная струйная печать локализованных структур Ni/P(VDF-TrFE)/Ni для пьезо- и пироэлектрических матриц � стр. 637
Abstract: В настоящей работе описано формирование пленочных структур на основе полярного сополимера винилиденфторида с трифторэтиленом P(VDF-TrFE) с помощью процесса покапельного локального нанесения на металлизированные подложки. Сформированные образцы представляли собой кроссбар структуры массива микроостровков сегнетоэлектрика P(VDF-TrFE), металлизированных никелевыми дорожками с использованием комбинированного метода 2D печати. Рассмотрен ряд растворителей для полимера с различными вязкостью и дипольным моментом и показано их влияние на геометрию и проявление полярных свойств напечатанных слоев. Метом силовой микроскопии пьезоэлектрического отклика определены значения пьезоэлектрического модуля d33 на наномасштабном уровне, которые соответствуют аналогичные значения для пленок P(VDF-TrFE), полученных стандартным методом кристаллизации из раствора. На основе амплитудных значений пироэлектрического тока Imax, регистрируемого динамическим методом, определена величина пироэлектрического коэффициента p, варьирующаяся в пределах от 2⋅10–5 до 4⋅10–5 Кл/(м2 ⋅К), что сравнимо с величиной пирокоэффициента пленок P(VDF-TrFE), полученных стандартным методом. Наибольшие значения d33 и p соответствуют структурам, полученным из растворов с содержанием в исходном растворителе более 20% пропиленкарбоната, молекулы которого обладают большим (4,9 Д) дипольным моментом.
Keywords: сегнетоэлектрический полимер, 2D-печать, пьезоэлектрический эффект, пироэлектрический эффект, пьезосиловая микроскопия.

Е.А. Богданова, В.М. Скачков
Изучение возможности получения биокомозитов на основе наноразмерного гидроксиапатита с металлами и биогенными элементами � стр. 649
Abstract: В статье обсуждается возможность получения упрочненного композиционного материала с пористой структурой на основе наноструктурированного гидроксиапатита, синтезированного методом осаждения из раствора. Новый материал получен путем механохимичекого синтеза гидроксиапатита с алюминием, кремнием, никелем, гафнием и титаном. Синтезированные образцы аттестованы с использованием современных физико-химических методов анализа. Показано влияние качественного и количественного состава композита на протекание процессов спекания и прочностные характеристики исследуемых образцов. Экспериментально установлено, что наиболее перспективной для разработки на ее основе биокомпозитов является система Ca10(PO4)6(OH)2 – Ti. Композиционные материалы данного состава с содержанием допирующего компонента (10-20 масс.%), обладают плотной равномерной структурой с высокой степенью кристалличности, с развитой пористостью, являются перспективным материалом для дальнейших исследований с целью внедрения его в медицинскую практику. На разработанный композиционный материал подана заявка на патент.
Keywords: гидроксиапатит, титан, спекание, композиционные биоматериалы, кристалличность, микротвердость.

Е.А. Богданова, Т.Г. Хонина, Н.А. Сабирзянов
Исследование транспортных свойств гидроксиапатита и его производных � стр. 659
Abstract: В статье обсуждается возможность практического применения гидроксиапатита и фторапатита в качестве компонентов лекарственных средств, фармацевтических композиций и биоматериалов, применение которых основано на трансдермальном пути доставки действующего вещества. С использованием современных физико-химических методов анализа оценены вязкость, плотность, степень дисперсности и транспортные свойства (трансмукозная проницаемость) гидроксиапатита и фторапатита. Особое внимание уделено совместному использованию исследуемых веществ и глицеролатов кремния в качестве проводника, обладающего выраженными транскутанными, пенетрирующими свойствами, способствующему накоплению в биологических мембранах (кожа, слизистая и пр.) применяемых местно лекарственных средств без нарушения ее структуры. Показано, что транспортные свойства, обуславливающие эффективность действия, зависят от физико-химических характеристик пенетрируемых веществ. Диффузионный перенос и возможность осуществления контроля происходящих процессов могут быть использованы для оптимального конструирования лекарственных препаратов для адресной доставки через кожу и слизистые оболочки.
Keywords: гидроксиапатит, фторзамещенный гидроксиапатит, глицеролаты кремния, транмукозная проницаемость.

А.Н. Болотов, О.О. Новикова
Наноразмерный эффект изменение шероховатости поверхности магнитострикционной природы � стр. 670
Abstract: В работе проведены исследования изменения топографии поверхности детали из магнитострикционного магнитопласта под воздействием магнитного поля. Теоретический анализ показал, что в композиционных материалах при использовании магнитострикционных частиц дисперсностью 10-4 ÷ 10-6 м изменение параметров шероховатости поверхности возможно в диапазоне 10-7 ÷ 10-9 м в зависимости от магнитострикционных констант наполнителя. Экспериментально определены локальные изменения топографии поверхности магнитопласта в магнитном поле напряженностью около 560 кА/м, и проведена оценка интегральных изменений, характеризующих поверхность в целом. Для эксперимента выбран композиционный материал, содержащий порошок материала TeFe2, имеющего уникально высокую линейную магнитострикцию (λs = 2‧103). Установлено, что эффект изменения наношероховатости поверхности проявляется особенно существенно для относительно гладких поверхностей и зависит от состава, концентрации, размеров и ориентации микродисперсного магнитного наполнителя. Для изучаемых поверхностей магнитопластов, изменение высотных параметров шероховатости превышает 5%. В абсолютных значениях изменение топографии поверхности составляет десятки нанометров. В прецизионном машиностроении обнаруженный эффект можно использовать для управления фрикционными характеристиками, в частности для бесконтактного изменения силы трения, регулирования поступления малых доз различных химически активных газов, изменения динамики процессов смачивания твердых поверхностей.
Keywords: магнитострикция, магнитопласт, магнитное поле, топография поверхности, шероховатость поверхности, композиционный материал.

А.Н. Болотов, Л.Е. Афанасьева, В.В. Мешков
Смазочные свойства нанодисперсных магнитных масел на основе нетрадиционных технических жидкостей � стр. 679
Abstract: Представлены результаты исследований свойств магнитных смазочных масел, синтезированных на основе фторорганических жидкостей и триэтанола. Смазочные свойства масел определялись при граничном режиме трения в условиях средних и высоких контактных давлений. Показано, что магнитные масла на основе перфторполиэфира имеют более высокие смазочные свойства чем масла на основе других жидкостей, особенно в области средних нагрузок. Противоизносные свойства и агрегативная устойчивость этого магнитного масла начинают резко ухудшаться при температуре, превышающей 150°С. Применение в качестве присадки к магнитному маслу перфторполиэфирной жидкости, позволило улучшить противоизносные свойства магнитного масла при средних и высоких контактных давлениях. Смазочные свойства магнитных масел на основе триэтаноламина примерно такие же, как у магнитных масел на основе силоксанов, но несколько хуже, чем у традиционных немагнитных масел. По трибологическим свойствам исследованные магнитные масла сравнимы с традиционным пластичным и жидким смазочными материалами. Наличие у магнитных масел аномальных для жидкостей магнитных свойств значительно расширяет область их эффективного применения.
Keywords: магнитное смазочное масло, фторорганические жидкости, триэтаноламин, нанодисперсные частицы, трение, изнашивание.

А.Н. Болотов, О.О. Новикова
Экспериментальное изучение текучести наноструктурированной магнитной жидкости в сильном магнитном поле � стр. 692
Abstract: На основе магнитных жидкостей реализованы новые эффективные технические устройства, такие как магнитожидкостные подшипники, уплотнения, демпферы. Магнитовязкий эффект присущий магнитным жидкостям может не только улучшить свойства магнитожидкостных узлов, но значительно усложнить их эксплуатацию после продолжительной остановки. Имеется в виду так называемый «стоп-эффект», который возникает из-за аномально высокого предельного напряжения сдвига в наноструктурированной жидкости. Экспериментально изучены пластические свойства магнитной жидкости в зависимости от таких параметров: напряжение сдвига, температура, время структурообразования. Разрушение наноструктуры магнитной жидкости начинается после того, как напряжение сдвига превысит некоторое критическое значение. При напряжениях ниже критического, но выше предельного напряжения сдвига смещение твердой поверхности происходит путем преодоления граничного трения магнитной жидкости по твердой поверхности. Установленный экспериментально экспоненциальный ход температурной зависимости скорости сдвига отражает характер сил, определяющих внутреннее трение в магнитной жидкости.
Keywords: магнитная жидкость, предел текучести, нанодисперсные частицы, магнитное взаимодействие, цепочечная модель.

А.И. Горшков, Е.Н. Грибанов
Особенности механизма формирования морфологии пленок алюмосиликата на подложке � стр. 701
Abstract: Методом атомно-силовой микроскопии систематически изучены особенности формирования морфологии тонких пленок алюмосиликатов, полученных электрохимически на поверхности алюминиевой подложки из водных растворов силиката натрия и гидроксида натрия. Показано влияние напряжения на форму и характерные размеры элементов поверхности пленок алюмосиликата. Для пленок, синтезированных при более низком напряжении (8 В), характерна аморфная поверхность, состоящая из глобул, размер которых колеблется от 500 нм до 2,5 мкм, для образцов, полученных при более высоком напряжении (более 16 В) в качестве структурных элементов выступают параллелепипеды с линейными размерами 150-250 нм. Установлено, что на первом этапе синтеза происходит травление поверхности алюминиевого анода, а образующиеся ячейки выступают в качестве пор, в которых формируется фаза алюмосиликата. Сделано предположение о формирования пленок по пути автокаталитического зародышеобразования, прямой зависимости скорости формирования кристаллической фазы от напряжения, при котором проведен синтез.
Keywords: синтетические алюмосиликаты, механизм роста, тонкие пленки, морфология поверхности, электрохимический синтез.

А.Е. Дорошенко, В.К. Крутько, О.Н. Мусская, А.И. Довнар, О.Б. Островская, Е.М. Дорошенко, А.И. Кулак
Фазовый состав и биосовместимость кальцийфосфатных покрытиий на титане, обогащенных гидроксиапатитом � стр. 708
Abstract: Электрохимическим осаждением на титановых пластинах при комнатной температуре, pH 5, постоянной плотности тока 30 мА/см2, из суспензионного электролита CaCO3/Ca(H2PO4)2 получены кальцийфосфатные покрытия, содержащие брушит, кальцит и апатит. Биомиметическим методом, путем выдерживания покрытий в концентрированном модельном растворе Simulated Body Fluid, нанесен слой аморфизированного апатита. В результате термообработки при 800°С апатит кристаллизовался в гидроксиапатит, кальцит разлагался до оксида кальция, а титан покрывался слоем оксида титана (IV). Доклинические исследования in vivo на крысах в течение 3 месяцев показали повышенную остеоинтеграцию пластин с кальцийфосфатными покрытиями по сравнению с титаном без покрытия. Титановые имплантаты с кальцийфосфатными покрытиями обогащенными гидроксиапатитом перспективны для использования в нейрохирургии, стоматологии, ортопедии за счет отсутствия воспалительных реакций со стороны организма и повышенной остеоинтегрции.
Keywords: кальцийфосфатные покрытия, брушит, кальцит, модельный раствор SBF, аморфизированный апатит, гидроксиапатит.

А.П. Зажогин, N.H. Trinh, М.П. Патапович
Влияние параметра расфокусировки сдвоенных лазерных импульсов на возможность создания тонкопленочных газочувствительных сенсоров � стр. 718
Abstract: Изучена возможность создания тонкопленочных газочувствительных сенсоров с применением композитных материалов, содержащих в своем составе олово, что позволяет значительно улучшить их характеристики, а также проведен послойный анализ металлов и многокомпонентных сплавов при воздействии сдвоенных лазерных импульсов на мишень в атмосфере воздуха. Все эксперименты были проводены с помощью лазерного двухимпульсного атомно-эмиссионного многоканального спектрометра LSS-1. В ходе данного исследования были изучены процессы формирования определенного компонентного состава приповерхностной лазерной плазмы, а также влияние параметра расфокусировки между сдвоенными лазерными импульсами при их воздействии на поверхность облучаемого образца. Таким образом, в данной работе проиллюстрировано развитие методов получения нанокластеров химических элементов при проведении спектроскопических исследований лазерной плазмы, образованной при воздействии двух последовательных импульсов на мишень и возможность получения нанопленок как чистых металлов, так и композиционных сплавов для последующего практического применения.
Keywords: газочувствительные сенсоры, сдвоенные лазерные импульсы, лазерная плазма, послойный анализ, напыление тонких пленок, атомно-эмиссионная многоканальная спектрометрия.

Ю.Ф. Иванов, А.А. Клопотов, В.В. Шугуров, И.И. Ажажа, Е.А. Петрикова, О.С. Толкачев, А.В. Никоненко
Аморфно-кристаллические борсодержащие покрытия, сформированные ионно-плазменным методом � стр. 725
Abstract: Методом ионно-плазменного высокочастотного напыления (магнетронное ВЧ-осаждение в условиях ионно-плазменного ассистирования при использовании генератора газовой (аргон) плазмы «ПИНК») на поверхности высокоэнтропийного сплава CoFeCrMnNi неэквиатомного состава сформированы борсодержащие покрытия элементного состава Al – Mg – B и Al – Mg – Ti – B толщиной 3 мкм. Методами просвечивающей электронной дифракционной микроскопии установлено, что покрытия являются аморфно-кристаллическими, т.е. содержат наноразмерные 1,5-2 нм островки кристаллической фазы, расположенные в аморфной матрице. Показано, что осаждение покрытия сопровождается формированием в слое подложки (высокоэнтропийный сплав), примыкающем к покрытию, нанокристаллической структуры с размером кристаллитов 25-40 нм. На границах кристаллитов выявлены частицы борида железа состава FeB и Fe3B, что указывает на проникновение бора в подложку. Размеры частиц борида железа 5-8 нм.
Keywords: ионно-плазменный метод, высокоэнтропийный сплав, системы пленка/подложка, борсодержащее покрытие, структура, механические и трибологические свойства.

И.Л. Кислова, О.В. Малышкина, П.А. Иванова, А.И. Иванова
Получение керамики ниобата бария – кальция – стронция с оптимальными для практического применения свойствами � стр. 736
Abstract: В работе получены при различных температурах спекания и исследованы образцы керамики 3-х компонентной системы ниобата бария – кальция – стронция (Ca0,28Ba0,72)0,25(Sr0,61Ba0,39)0,75Nb2O6 (CSBN25), являющейся наноструктурированным твердым раствором.. Исследовалось влияние температуры спекания на структуру и диэлектрические свойства керамики CSBN25. Установлено, что оптимальными сегнетоэлектрическими свойствами обладает образец CSBN25, полученный при температуре спекания 1300°C. Для данного образца, размер пор не превышает 10-100 нм, тогда как у образцов, спеченных при других температурах поры могут достигать и 10 мкм. Также, на примере керамики CSBN25, показана прямая связь между однородностью структуры зерен и плотностью их упаковки с диэлектрическими свойствами образцов: максимальные плотность и значение диэлектрической проницаемости имеют образцы, имеющие плотную однородную структуру зерен не только на поверхности, но и в объеме образца. Увеличение температуры спекания керамики CSBN25 до 1350°С приводит к возникновению в объеме образца аморфного состояния, и, как следствие, к уменьшению значений диэлектрической проницаемости.
Keywords: пьезоэлектрическая керамика ниобата бария – кальция – стронция, бессвинцовые материалы, структура зерен, диэлектрическая проницаемость..

Н.А. Клычков, В.В. Симаков, В.В. Ефанова, И.В. Синёв
Перекрестное влияние паров изопропанола и этанола на отклик полупроводникового сенсора газа � стр. 746
Abstract: В работе представлены результаты исследования температурных зависимостей отклика пленок Cu:SnO2 к парам этанола, изоропанола, а также этанола с 3% об. фоновой примесью изопропанола в диапазоне рабочих температур 250-375°C. Целью исследования являлось установление влияния фоновой примеси изоропанола на отклик сенсора к этанолу, а также оценка возможности различить паровоздушную смесь, содержащую пары чистого этанола, от газовой смеси этанол/изоропанол с помощью статистической обработки сигнала одного сенсора. Анализ температурных зависимостей отклика сенсора показал, что температура, при которой наблюдается максимальный отклик, индивидуальна для каждого исследуемого вещества. Обнаружен селективный отклик сенсора к исследуемым веществам. Установлено, что 3% об. примесь изопропилового спирта снижает отклик к этанолу в исследуемом диапазоне концентраций и температур. Статистическая обработка экспериментальных данных методом главных компонент (PCA) и результаты кросс-валидации модели методом элиипсоида и ближайших соседей показали принципиальную возможность распознавания этанола, изоропанола и их смеси.
Keywords: полупроводниковый сенсор газа, детектирование газовой смеси, диоксид олова, температурная зависимость отклика, метод главных компонент.

В.В. Малашенко, Т.И. Малашенко
Влияние наноразмерных дефектов на неупругие процессы в состаренных сплавах � стр. 754
Abstract: Теоретически проанализирована высокоскоростная деформация состаренного сплава с высокой концентрацией зон Гинье-Престона. Анализ проведен в рамках теории динамического взаимодействия дефектов. Получено аналитическое выражение зависимости динамического предела текучести от концентрации атомов второго компонента. Проанализированы причины различного влияния зон ГиньеПрестона на неупругие процессы при различных скоростях деформации. Показано, что при высокоскоростной деформации наноразмерные дефекты влияют на характер зависимости динамического предела текучести от концентрации атомов второго компонента. Эта зависимость становится немонотонной и имеет минимум и максимум. Максимум соответствует переходу от доминирующего влияния коллективного взаимодействия дислокаций на формирование спектральной щели к доминированию влияния коллективного взаимодействия атомов второго компонента. Минимум соотвествует переходу от доминирования торможения дислокации зонами ГиньеПрестона к доминированию торможения атомами второго компонента. Выполнены численные оценки вклада зон Гинье-Престона в величину предела текучести. Показано, что при высокой концентрации зон Гинье-Престона этот вклад является весьма существенным. Выполнены численные оценки концентрации атомов второго компонента, при которой концентрационная зависимость имеет максимум и минимум.
Keywords: высокоскоростная деформация, дислокации, зоны Гинье-Престона, точечные дефекты, наноматериалы.

Е.В. Мараева, Н.В. Пермяков, В.А. Мошников
Особенности применения эвтектических расплавов на основе индия и галлия � стр. 760
Abstract: В кратком обзоре рассматриваются основные тенденции применения эвтектических расплавов на основе индия и галлия (EGaIn) в настоящее время. Приведены примеры использования EGаIn в транзисторах, конденсаторах, электродах, зондовых установках (в том числе с применением четырехзондовых методик). Рассмотрены основные свойства EGaIn, особенности растекания капли жидких расплавов EGaIn, приведена подробная схема точечно-контактного четырехзондового метода. Выявлены основные вопросы, обсуждаемые при применении EGаIn в области получения жидких электродов, включая возникновение оксидов галлия, возможность влияния пространственного окружения на каплю EGaIn и манипулирования микрокаплями. Установлено, что среди работ 2022 – 2023 годов большой сегмент занимают публикации в области гибкой электроники, интеллектуальных роботов, а также носимых устройств (например, создание метаткани, обладающей антибактериальным эффектом и способностью нагревания с низким энергопотреблением) и биомедицинских приложений (разработка умных перчаток для манипулирования жестами, измерение сердечного ритма насекомых).
Keywords: эвтектические расплавы, EGaIn, жидкие зонды, гибкая электроника.

С.В. Молчанов, С.А. Третьяков, А.М. Иванов, И.А. Каплунов
Влияние оптической обработки на структуру поверхности монокристаллов парателлурита � стр. 777
Abstract: Исследовалось влияние оптической обработки поверхностей монокристалла парателлурита, соответствующих кристаллографическим плоскостям (100), (110) и (001). С помощью оптического профилометра NanoMap WLI1000 контролировался рельефный слой поверхности образцов. Для исследования влияния способа полирования процесс проводили с использованием трех методик – нейтральная полировка, кислотная, полировка и щелочная полировка. Определены характеристики поверхностей парателлурита после шлифования и полирования. Сделаны выводы о преимущественном использовании полирования с применением химических реактивов. Показана анизотропия отличающихся кристаллографическими направлениями поверхностей на скорость шлифования и полирования и на характеристики поверхностей. Исследования структуры шлифованных и полированных поверхностей, соответствующих кристаллографическим плоскостям, показали, что максимальная высота шероховатости наблюдается для плоскости (001). Максимально гладкая поверхность достигается для поверхностей, совпадающих с кристаллографической плоскостью (110).
Keywords: монокристаллы парателлурита, оптическая поверхность, шлифование, полирование, шероховатость.

С.В. Молчанов, С.А. Третьяков, И.А. Каплунов, А.М. Иванов, В.С. Степанов, В.П. Цветков, И.В. Цветков, С.А. Михеев
Микроморфология и фрактальные параметры ростовых поверхностей кристаллов парателлурита � стр. 787
Abstract: Исследовалось влияние условий роста монокристаллов парателлурита на боковую поверхность выращенных буль, а также возможность оценки качества кристаллов, исходя из значений и динамики параметров шероховатости и фрактальных параметров ювенильных поверхностей. При близких технологических условиях были выращены два кристалла, отличающиеся между собой структурным качеством. Их боковые поверхности были исследованы с помощью оптического интерференционного профилометра NanoMap 1000WLI и программного обеспечения SPIP и Gwyddion, в результате чего получены профили, значения параметров шероховатости и фрактальные параметры поверхностей кристаллов вдоль направления роста. В результате были сделаны выводы, что при условиях, соответствующих формированию устойчивых потоков в расплаве шероховатость поверхности на всем протяжении кристалла менее 5 мкм, а параметр фрактальной энергии может быть использован как маркер качества и однородности кристаллов.
Keywords: монокристаллы парателлурита, ювенильная поверхность, параметры шероховатости, фрактальные параметры.

А.А. Остроушко, А.И. Вылков, Т.Ю. Жуланова, О.В. Русских, М.О. Тонкушина, И.В. Бекетов
Влияние наноразмерных добавок на температуру спекания оксида алюминия � стр. 799
Abstract: В качестве исходного образца оксида алюминия использован материал промышленного производства для изготовления керамических изделий. В качестве добавок, вводимых в основной материал в количестве 3% по массе, были приготовлены порошки оксида алюминия, полученные методом электрического взрыва проволоки, а также в реакциях горения нитрат-полимерного прекурсора на основе поливинилового спирта. Полученные добавки охарактеризованы с точки зрения, структуры, морфологии частиц. Образцы первого типа включали смесь разных модификаций оксида алюминия, второго типа – гидратированный оксид алюминия. Первые два образца состояли главным образом из неагрегированных шарообразных наночастиц с удельной поверхностью 20 и 69 м2/г, а порошок, полученный в реакциях горения содержал плоские чешуйчатые частицы, он обладал удельной поверхностью 8 м2/г. Введение наноразмерных добавок приводило к сдвигу дилатометрической кривой спекания компактизированных образцов в область более низких температур, максимально – до 140 градусов. Более активно снижал температуру спекания образец с наибольшей удельной поверхностью. Результат, полученный для добавки, синтезированной пиролитическим методом, был сравним с вышеназванным по сдвигу кривой спекания.
Keywords: оксид алюминия, спекание, наноразмерные добавки, метод электрического взрыва проволоки, метод горения нитрат-полимерных прекурссоров.

Н.А. Панькин, В.П. Мишкин
Электронная микроскопия поверхности стали 35ХГСЛ после её электроискровой обработки вольфрамовым электродом-анодом � стр. 807
Abstract: Методом растровой электронной микроскопии исследована морфология поверхности стали 35ХГСЛ после её электроискровой обработки электродом-анодом из вольфрама марки ЭВЧ. Выявлены следующие структурные элементы: наплывы, шарообразные и дискообразные включения, трещины, поры и частицы неправильной формы. Их появление обусловлено высокими температурами в межэлектродном промежутке (больше соответствующих температур плавления основных материалов электродов) и неравновесностью процессов протекающих в нем. При формировании пор основным механизмом является выделение газов при остывании материалов электродов в жидкой фазе. Макронапряжения, возникающие при электроискровом разряде в поверхностных слоях электродов, превосходящие механические свойства материалов электродов приводят к выбросу в межэлектродный промежуток твердых частиц неправильной формы и возникновению трещин. Возникновение наплывов, включений круглой/овальной формы и шарообразных частиц связано с взаимодействием жидкой фазы из межэлектродного промежутка с поверхностью катода.
Keywords: сталь, вольфрам, электроискровая обработка, морфология, электронная микроскопия.

Ю.Я. Гафнер, Д.А. Рыжкова
Особенности функционирования газового сенсора на основе SnO2 � стр. 814
Abstract: Современная индустрия с каждым годом наращивает количество технологических процессов с использованием химических веществ повышенной опасности. Поэтому для бесперебойной работы персонала необходимо минимизировать возможные последствия утечки данных веществ, но для этого, в первую очередь, требуется четкое определение в воздухе предельно допустимой концентрации того или иного опасного вещества. В последние десятилетие в качестве активных элементов для газовых сенсоров стали использовать наноматериалы различного вида и наибольшую популярность у исследователей приобрели газовые сенсоры на основе оксида олова. В данной работе были исследованы типичные реакции взаимодействия поверхности нанокомпактированного слоя SnO2 с некоторыми детектируемыми газами. Показано, что с ростом концентрации определяемого газа вследствие его химической абсорбции захваченные ранее кислородом электроны высвобождаются, что приводит к росту числа наночастиц в проводящем состоянии. Данная особенность позволяет использовать нанокомпактированный слоя SnO2 для определения в атмосфере моно- и диоксида азота.
Keywords: абсорбция, полупроводники, нанокомпактированный материал, газовые сенсоры, моделирование.

В.М. Скачков
Свойства диффузионно-твердеющего композиционного припоя модифицированного порошком ванадия � стр. 823
Abstract: В статье рассмотрено влияние порошка металлического ванадия на свойства диффузионно-твердеющего припоя на основе легкоплавкого сплава галлийолово и твердой компоненты состоящей из порошка сплава медь-олово. После введения порошка металлического ванадия в количестве 5, 10 и 15 мас.% образцы припоя подвергали термической обработке при двух различных температурах – 125 и 600°С. Оценена микротвердость и термическая устойчивость композиционных диффузионно-твердеющих припоев. Показано, что термическая обработка при более высоких температурах способствует переходу припоя в равновесное состояние, что приводит к увеличению твердости из-за образования и распределения интерметаллических соединений, в том числе наноразмерных. Методом рентгенофазового анализа определены фазы интерметаллидов ванадия, образующиеся в результате взаимодействия с галлием. Металлический ванадий смачивается галлием, имеет ограниченную растворимость и повышает твердость припоя за счет дисперсионного упрочнения.
Keywords: композиционные диффузионно-твердеющие припои, металлический порошок, свойства, микротвердость, дифференциально-термический анализ, ванадий.

В.М. Скачков, Л.А. Пасечник, И.С. Медянкина, Н.А. Сабирзянов
Изменение свойств диффузионно-твердеющих припоев упрочненных порошками титана, циркония и гафния � стр. 831
Abstract: В данной статье представлены результаты исследования свойств трех диффузионно-твердеющих  припоев на основе легкоплавких сплавов галлия и порошка сплава медь-олово после введения инертных металлических порошков титана, циркония и гафния в количестве 5% каждого, что составляет добавку в 15 мас.%. После термической обработки при невысоких температурах (125°С) в течение 24 часов, и после высокотемпературной обработки (600°С) в течение 6 часов оценена микротвердость полученных композиционных диффузионно-твердеющих припоев. Относительно длительная термическая обработка при невысоких температурах не приводит композиции к достижению равновесных состояний, возможные физикохимические превращения не полностью в них протекают, что показывает увеличение твердости образцов после высокотемпературной обработки. Рентгенофазовым анализом определены образующиеся в результате диффузионного твердения фазы, образующие микро- и наноразмерные интерметаллические соединения, выделяющееся металлическое олово в виде наноразмерных выделений в межзеренном пространстве. Металлические порошки-наполнители, инертные при низкой температуре к воздействию, но хорошо смачиваемые галлием при высоких температурах с ним взаимодействуют, образуя наноразмерные интерметаллические соединения, дополнительно упрочняя композиционные припои.
Keywords: композиционные диффузионно-твердеющие припои, металлический порошок, титан, цирконий, гафний, свойства, микротвердость, дифференциальнотермический анализ.

В.В. Столяров
Трибологические аспекты наноструктурных материалов � стр. 840
Abstract: Статья посвящена обзору структурных факторов, влияющих на трибологическое поведение без смазки наноструктурных металлов и сплавов. Научное значение данной темы связано с пониманием механизмов износа и возможностью его прогнозирования при длительной эксплуатации. Особое внимание сфокусировано на влиянии размера зерен в интервале 0,01-10 мкм, как одного из наиболее важных структурных параметров. Сделан акцент на ультрамелкозернистые материалы, полученные интенсивной пластической деформации, и нанокристаллические материалы, полученные не деформационными методами напыления и осаждения. Показано, что нанокристаллические пленки на поверхности контакта являются более предпочтительными для повышения износостойкости, поскольку более устойчивы к структурно-фазовым превращениям в процессе трения. Среди чистых металлов, как объектов без фазовых превращений, рассматриваются медь, никель, алюминий и титан. Как пример более сложных объектов, представлены сплавы на основе титана (интерметаллидное соединение с памятью формы TiNi и двухфазный сплав Ti-Al-V). Кроме классической схемы трения при макроперемещении индентора на контактной поверхности, рассматривается фреттинг-трение при микроперемещении.
Keywords: скольжение, износ, коэффициент трения, наноструктура, фреттинг, шероховатость.

К.В. Сулиз, А.В. Первиков
Структурно-фазовые состояния наночастиц многокомпонентного сплава AlCuNiCoCrFe, формирующегося в результате совместного электрического взрыва проволочек � стр. 851
Abstract: В данной работе впервые методом совместного электрического взрыва проволочек металлов Al, Cu, Ni и сплавов 20Х80Н, 29НK в атмосфере аргона были получены образцы наночастиц многокомпонентного сплава AlCuNiCoCrFe. В качестве базового режима взрыва проволочек был выбран режим, близкий к согласованному, что позволило минимизировать влияние энергии дуговой стадии разряда на структурнофазовое состояние формирующихся наночастиц. Показано, что полученные образцы представлены сферическими частицами с размерами от 15 до 500 нм. Среднечисленный размер наночастиц полученных образцов варьируется от 40 до 58 нм. Распределение частиц по размерам описывается нормально-логарифмическим законом, кристаллическая структура частиц соответствует твердым растворам замещения с ОЦК и/или ГЦК решеткой. Увеличение содержания Al в продуктах взрыва приводит к увеличению содержания в образцах фазы с ОЦК решеткой, тогда как увеличение содержания Cu к увеличению фазы с ГЦК решеткой. Полученные образцы могут быть использованы электрокатализе.
Keywords: наночастицы, высокоэнтропийные сплавы, структурно-фазовое состояние, электрический взрыв, ток, напряжение, порошок.

К.В. Сулиз, Н.Ю. Сдобняков, А.В. Первиков
Структурно-фазовые состояния наночастиц CoMoFeNiCu, полученных совместным электрическим взрывом проволочек � стр. 861
Abstract: В данной работе впервые методом совместного электрического взрыва проволочек различных металлов/сплавов получены наночастицы многокомпонентного сплава CoMoFeNiCu, обладающего высокой активностью в реакции разложения аммиака. Показано, что полученные образцы представлены сферическими частицами со средним размером порядка 40 нм. Кристаллическая структура наночастиц содержит ГЦК, ОЦК фазу, а также фазу, соответствующую, интерметаллическому соединению Fe2Mo. Данные энергодисперсионного анализа показывают, что в полученных образцах наблюдается два характера сегрегации меди в объеме частиц: обогащение центральной области частиц и выделение на поверхности с формированием структуры, характерной для Янус-частиц. Полученные данные указывают на необходимость привлечения методов атомистического моделирования к поиску оптимальных количественных составов наночастиц многокомпонентных сплавов, обеспечивающих необходимую структуру и функциональные свойства. Отмечены перспективы применения атомистического моделирования к высокоэнтропийным сплавам.
Keywords: наночастицы, высокоэнтропийные сплавы, электрический взрыв, катализ, порошок.

Д.Д. Тумаркина, О.Я. Бутковский, А.В. Болачков, А.А. Бурцев
Поверхностная топология энтропии смешения в результате двухимпульсной лазерной абляции нержавеющей стали � стр. 869
Abstract: В работе представлены эксперименты по кристаллизации из расплава с анализом морфологии возникающих кристаллических структур, показаны примеры возникновения сложных дендритных кристаллов. С помощью энергодисперсионного рентгеновского анализа проведены исследования микроэлементного анализа областей воздействия двух импульсного лазерного излучения на поверхности нержавеющей стали для параметров облучения, соответствующих появлению в области воздействия дендритных структур. Показано, что именно в областях дендритов происходит выравнивание концентраций всех компонентов нержавеющей стали марки AISI 304. Оценки энтропии смешения по экспериментальным данным показали, что в области поверхностных дендритов или их скоплений поверхностная энтропия смешения соответствует по своему значению высокоэнтропийному сплаву. Исходя из принципа максимального производства энтропии проведен расчет температуры фазового перехода. Несмотря на то, что дендритная кристаллизация должна снижать энтропию системы, эксперименты демонстрируют, что энтропия сплава возрастает. Предварительно можно сделать заключение, что этот процесс связан с высоким содержанием кислорода в области формирования дендритных кристаллов после лазерного воздействия. Приведенные в работе результаты позволяют сделать вывод, что формирование структур со сложной морфологией происходит после термоокислительной абляции.
Keywords: двухимпульсная лазерная абляция, дендритные кристаллы, высокоэнтропийные сплавы, энтропия смешения, энтропийная проводимость.

З.В. Шомахов, С.С. Налимова, А.А. Рыбина, С.С. Бузовкин, З.Х. Калажоков, В.А. Мошников
Улучшение сенсорных характеристик бинарных и тройных оксидных наносистем � стр. 879
Abstract: В настоящее время адсорбционные газовые сенсоры представляют большой интерес для мониторинга состояния окружающей среды. Среди подходов к улучшению их свойств выделяют синтез наноструктурированных материалов различной формы и модифицирование химического состава оксидов металлов. Целью этой работы является разработка способов улучшения сенсорных свойств наностержней оксида цинка за счет изменения структуры поверхности при обработке в растворах соединений олова и железа, а также добавлении дополнительных прекурсоров непосредственно при их синтезе. Слои, состоящие из наностержней оксида цинка, получены гидротермальным методом. На их основе синтезированы тройные оксидные наносистемы Zn-Sn-O и Zn-Fe-O при обработке наностержней оксида цинка в растворах, содержащих станнат калия и сульфат железа, соответственно. Также наностержни были получены синтезом из раствора, содержащего, помимо основных прекурсоров, бромид натрия. Химический состав поверхности проанализирован с помощью рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии. Сенсорные свойства исследованы при детектировании паров ацетона, изопропанола и метанола. Показано, что сенсорный отклик полученных образцов превышает отклик исходных наностержней оксида цинка. Наилучшим откликом обладают образцы тройной оксидной системы Zn-Sn-O. Улучшение сенсорного отклика может быть связано с увеличением содержания адсорбированных ионов кислорода на поверхности образцов, наличием катионов металлов с разными свойствами, а также образованием гетеропереходов.
Keywords: газовые сенсоры, оксиды металлов, наноматериалы, оксид цинка, рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия, адсорбционные центры.

5. НАНОХИМИЯ � стр. 888

Д.В. Белов, С.Н. Беляев, П.А. Юнин, А.А. Назаров
Образование кластеров меди в процессе биокоррозии сплавов алюминия микроскопическими грибами � стр. 888
Abstract: В работе исследована биокоррозия сплавов алюминия Д16Т и АМг6 в условиях воздействия микроскопических грибов. Показано, что микромицеты продуцируют активные формы кислорода – супероксидный анион-радикал, пероксид водорода, инициирующие биокоррозию металлов. Методом энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии определен состав продуктов биокоррозии Д16Т и АМг6 после экспозиции сплавов на газоне консорциума микромицетов. Проведено рентгенофазовое исследование продуктов биокоррозии сплавов. Сканирующей электронной микроскопией и рентгенодифракционным анализом показано образование наноразмерных и субмикронных кластеров меди. Предложен физико-химический механизм биокоррозии сплавов алюминия микроскопическими грибами. Высказано предположение о механизме работы систем «нульвалентный металл – пероксид водорода», которые могут запускать каскад реакций, ведущих к деструктивному окислению металлов. В работе дана попытка объяснения роли биопленок сообщества микроскопических грибов как основного фактора микологической коррозии металлов.
Keywords: биокоррозия, микробиологическая коррозия, сплавы алюминия Д16Т, АМг6, нульвалентный алюминий, нульвалентная медь, микроскопические грибы, активные формы кислорода, супероксидный анион-радикал, пероксид водорода, кластеры меди.

С.А. Бибанаева, Е.А. Богданова, И.М. Скачков
Синтез и исследование функциональных характеристик композиционных материалов на основе наноразмерного гидроксиапатита и синтетических цеолитов � стр. 913
Abstract: В статье обсуждается возможность получения композиционных материалов на основе наноструктурированного гидроксиапатита, синтезированного методом осаждения из раствора, и синтетических цеолитов путем механохимичекого синтеза. Синтезированные образцы аттестованы с использованием современных физико-химических методов анализа. Показано влияние качественного, количественного состава композита и режимов температурной обработки на протекание процессов спекания, прочностные характеристики исследуемых образцов. Экспериментально установлено, что максимальными прочностными характеристиками и постоянным составом обладает образец на основе гидроксиапатита, содержание армирующей добавки в котором составляет 15 масс.%. Также установлено, что композит гидроксиапатит-цеолит проявляет сорбционные свойства в отношении тяжелых металлов и фтора. Проведенные исследования позволяют рекомендовать полученные образцы для дальнейших исследований с целью введения его не только в медицинскую практику, но и как сорбционный материал для извлечения ионов из водных растворов.
Keywords: гидроксиапатит, синтетический цеолит, композиционные материалы, микротвердость, сорбция.

С.А. Бибанаева, В.М. Скачков
Сорбция тяжелых металлов из водных растворов синтетическими цеолитами � стр. 924
Abstract: Работа посвящена изучению возможности применения синтетических алюмосиликатных цеолитов, полученных из оборотных растворов глиноземного производства гидрощелочным способом, в качестве сорбентов ионов тяжелых металлов (меди, цинка и железа), а также ионов фтора и хлора из слабокислых водных растворов. В качестве образцов сравнения были использованы в тех же условиях природный цеолит и графит. Изучен химический качественный и количественный состав, морфология исходных реагентов и полученных растворов. Установлено, что синтетический цеолит проявляет сорбционные свойства в отношении ионов тяжелых металлов, превышающие показатели в тех же условиях для объектов сравнения. Также положительные результаты получены при проведении сорбции ионов хлора и фтора. Проведенные исследования позволяют рекомендовать полученные образцы для дальнейших исследований с целью введения его не только для извлечения различных ионов из водных растворов, но и применения в различных отраслях.
Keywords: очистка, синтетический цеолит, сорбция, тяжелые металлы, алюмосиликат.

А.В. Блинов, А.Б. Голик, А.А. Гвозденко, Е.С. Кастарнова, В.А. Оробец, А.А. Яковенко, Т.Н. Бахолдина
Разработка биологически активной наносистемы на основе рибофлавина, микроэлемента меди и аминокислоты L-лизина � стр. 930
Abstract: Разработана биологически активная наносистема на основе рибофлавина, микроэлемента меди и аминокислоты – лизина – лизинаторибофлавината меди. Полученный образец биологически активной добавки был исследован комплексом современных методов анализа, а именно: спектрофотометрией, сканирующей электронной микроскопией, спектрофотолюминесцентной спектроскопией, а также проведено компьютерное квантово-химическое моделирование. Установлено, что наиболее энергетически выгодной моделью биологически активной наносистемы на основе рибофлавина, микроэлемента меди и лизина является модель, в которой рибофлавин связан с ионом меди через енольный кислород у С2 и соседнего гетероатома азота N3, а лизин связывается с ионом меди через карбоксильную и аминогруппу в α-положении. В результате анализа микрофотографий биологически активной наносистемы на основе рибофлавина, микроэлемента меди и аминокислоты лизина установлено, что частицы имеют игольчатую структуру, ширина отдельных кристаллов составляет от 100 до 300 нм, а длина достигает нескольких микрон. Данные энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии биологически активной наносистемы на основе рибофлавина, микроэлемента меди и аминокислоты лизина совпадают с теоретическими представлениями о строении рассматриваемых элементов. Анализ не показал наличия примесных соединений, что может позволить судить о высокой чистоте разработанного соединения.
Keywords: микроэлемент медь, незаменимые аминокислоты, квантовохимическое моделирование, витамин В2.

А.А. Блинова, Е.С. Кастарнова, М.А. Пирогов, Е.С. Кузнецов, П.С. Леонтьев, Д.Д. Филиппов
Определение оптимальной конфигурации молекулярной системы «наночастицы силиката марганцанезаменимая аминокислота» � стр. 940
Abstract: В данном исследовании с помощью квантово-химического моделирования было проведено определение оптимальной конфигурации молекулярной системы «наночастицы силиката марганца — незаменимая аминокислота». Для начала проводилось квантово-химическое моделирование отдельных молекул силиката марганца и незаменимых аминокислот, после проводилось моделирование молекулярных систем «наночастицы силиката марганца-незаменимые аминокислоты», в которых атом кислорода, присоединённый к атому кремния в силикате марганца, соединялся с ионизированной аминогруппой аминокислоты. В результате установлено, что молекулярные системы «наночастицы силиката марганца-незаменимые аминокислоты» являются энергетически выгодными и химически стабильными. На основе полученных данных можно сделать вывод, что оптимальной конфигурацией данных молекулярных систем является взаимодействие силиката марганца с лизином через ионизированную α-аминогруппу лизина. Данная молекулярная система обладает наибольшими значениями разницы полной энергии (ΔE = 73,268 ккал/моль) и химической жёсткости (η = 0,144 эВ), которые являются показателями энергетической выгоды и химической стабильности молекулярной системы. После путём смешивания ацетата марганца, L-лизина и силиката натрия были получены наночастицы силиката марганца, стабилизированные L-лизином.
Keywords: наночастицы силиката марганца, незаменимые аминокислоты, квантово-химическое моделирование, лизин, ИК-спектроскопия.

О.А. Голованова, В.М. Киселев
Математическое моделирование образования нанокристаллического оксалата кальция при физиологических условиях � стр. 950
Abstract: Впервые разработана физико-химическая модель образования малорастворимых соединений в нефроне почки на основе математического описания реактора идеального вытеснения. В результате моделирования установлено, что при физиологических условиях в норме образование твердой фазы не является доминирующим процессом, что объясняет факт отсутствия кристаллических образований в почках у здоровых людей. Увеличение концентрации осадкообразующих ионов, соответствующее определенным состояниям организма человека, приводит к возникновению локальных высоких пересыщений на отдельных участках нефрона, что может приводить к образованию зародышей твердой фазы, их закреплению и дальнейшему росту. Показано, что расчеты материальных балансов, движения потоков, а также концентрационные профили компонентов в нефроне определяют возможность прогнозирования поведения модельной системы при вариации параметров и условий, влияющих на протекание процесса кристаллизации (концентрация, расход жидкости, гидродинамический режим и т.д.), что позволит разрабатывать эффективные методы профилактики и лечения мочекаменной болезни, в том числе и растворения уже сформировавшихся агрегатов.
Keywords: кристаллизация, оксалаты кальция, физиологический раствор, модель, реактор идеального вытеснения, нефрон, материальный граф.

О.А. Голованова, И.А. Томашевский
Синтез нанокристалического карбоната кальция из желчи в присутствии аминокислот � стр. 962
Abstract: В данной работе изучено влияние аминокислот в составе желчи на образование разных модификаций карбоната кальция (арагонит, ватерит, кальцит). В работе синтезировано 22 образца карбоната кальция в растворе желчи при варьировании концентраций аминокислот (гистидин, метионин, аргинин и триптофан). Для аминокислот метионина и аргинина доказан их стабилизирующий эффект по отношению к метастабильному арагониту: с ростом их концентрации в желчи происходит увеличение массовой доли арагонита в составе твёрдой фазы. Оптическая микроскопия показала присутствие сферолитов ватерита во всех полученных порошках. Результаты фотонной корреляционной спектроскопии коррелируют с данными рентгенофазового анализа. Показано, что микрочастицы карбоната кальция радиусом менее 10 мкм представлены тремя фракциями. Показано, что синтезы с участием гистидина и триптофана, в которых с ростом концентраций аминокислот наблюдается увеличение доли мелкоразмерной фракции и снижение доли крупноразмерных. Таким образом, все исследованные аминокислоты имеют потенциальную возможность использования их в качестве медицинских препаратов для лечения и профилактики нанохолелитиаза.
Keywords: желчные камни, кристаллизация, карбонаты кальция, аминокислоты, добавки, ватерит, радиус, морфология.

А.Н. Заритовский, Е.Н. Котенко, С.В. Грищук, В.А. Глазунова, Г.К. Волкова
Синтез углеродных наноматериалов при микроволновом каталитическом пиролизе целлюлозы � стр. 973
Abstract: Растущий спрос на углеродные нанотрубки, являющиеся типичными представителями класса углеродных наноматериалов и обладающие уникальными физико-химическими свойствами, вызывает необходимость поиска доступных и возобновляемых углеводородных ресурсов для их получения и разработки энергоэффективного и высокопроизводительного метода синтеза. В работе рассмотрены вопросы перспективности использования лигноцеллюлозной биомассы и ее отходов в качестве источника углерода для синтеза углеродных нанотрубок в микроволновом каталитическом пиролизе, подчеркивается целесообразность исследований в данном направлении. Отмечается, что одним из параметров, отвечающих за протекание процесса пиролитического синтеза углеродных нанотрубок, является концентрация поглотителя микроволнового излучения, определяющая температуру пиролиза. Изучено влияние изменения концентрации микроволнового поглотителя в реакционной смеси на каталитический синтез многостенных углеродных нанотрубок в процессе микроволнового пиролиза целлюлозы. Показано, что изменение содержания микроволнового акцептора от 10 до 30% сопровождается увеличением концентрации многостенных углеродных нанотрубок разупорядоченной морфологии в реакционной смеси. Высказано предположение о двухстадийном процессе пиролизасинтеза. Рассмотрены результаты просвечивающей электронной микроскопии и рентгенофазового анализа полученных продуктов.
Keywords: растительное сырьё, углеродные нанотрубки, целлюлоза, микроволновые поглотители, концентрация, микроволновая обработка, пиролиз.

В.К. Крутько, Л.Ю. Маслова, О.Н. Мусская, А.И. Кулак
Формирование биомиметического апатита на кальцийфосфатной пенокерамике в стандартном и бескарбонатном модельных растворах � стр. 982
Abstract: На кальцийфосфатной пенокерамике, состоящей из α/β- трикальцийфосфата и β-пирофосфата кальция, в модельных растворах Simulated Body Fluid стандартного состава и не содержащем гидрокарбонат-ионов сформирован биомиметический апатит. Фазовый состав апатита определяется составом используемого для выдерживания раствора Simulated Body Fluid. Смещение равновесия в модельном растворе при взаимодействии кальцийфосфатной пенокерамики с ионами среды приводит к осаждению апатита в виде агрегированных частиц. Избыточное содержание Н+-ионов в бескарбонатном Simulated Body Fluid приводит к резким колебаниям величины рН и включению в сферолиты апатита примесного гидратированного СaClH2PO4. Увеличение времени выдерживания в модельных растворах Simulated Body Fluid до 21-28 суток приводит к укрупнению сферолитов апатита до 5-6 мкм. Морфология поверхности пенокерамики после осаждения апатитов изменяется незначительно с малым уменьшением сквозной пористости на 1-3% и повышением статической прочности в два раза за счет залечивания микродефектов пенокерамической структуры.
Keywords: кальцийфосфатная пенокерамика, трикальцийфосфат, SBF (Simulated Body Fluid), биомиметический апатит, сферолиты.

С.Ю. Меньшиков, А.Н. Малышев, В.С. Курмачева, М.О. Тонкушина, А.А. Остроушко
Воздействие FeSO4 и нанокластерных полиоксометаллатов на окисление персульфатом фенола в спиртовой среде � стр. 992
Abstract: Изучены каталитические свойства FeSO4, нанокластерного железомолибденового полиоксометаллата {Mo72Fe30} и нанокластерного молибденового полиоксометаллата {Mo132} при окислении фенола в этанолоизобутанольном растворе персульфатом. Для определения продуктов окисления, фенола, этанола и изобутанола кислотной природы в реакционную смесь в каждом эксперименте добавлялся сульфокатионит КУ-2, чтобы катализировать реакцию этерификации кислотных продуктов окисления с исходными спиртами. Продукты кислотной этерификации идентифицировались методом газо-жидкостной хроматографии с масс-спектроскопическим детектором. По конверсии фенола, этанола и изобутанола проведено сравнение каталитических свойств гомогенного катализатора FeSO4 (аналогичного реактиву Фентона) с гетерогенными катализаторами (полиоксометаллатами). Эти данные позволяют предполагать возможность дальнейшего поиска гетерогенных катализаторов, содержащих в своем составе Fe и Mo, при деструкции фенола перекисными соединениями.
Keywords: полиоксометаллат, кеплерат, FeSO4, каталитические свойства, окисление фенола в этанольно-изобутанольной среде, персульфат калия, газовая хроматомасс-спектрометрия.

О.Н. Мусская, В.К. Крутько, И.Е. Глазов, А.И. Кулак
Жидкофазный синтез фосфатов кальция в присутствии галловой кислоты � стр. 1000
Abstract: Жидкофазным синтезом из водных растворов хлорида кальция и гидрофосфата аммония при мольных соотношениях Са/Р 1,0-1,67 и величине рН 5-11 в присутствии полифенольного соединения (галловой кислоты) получены кислые, средние и основные фосфаты кальция. Методами рентгенофазового анализа и ИК-спектроскопии показано, что в слабокислой среде (рН 5-6) при мольном соотношении Са/Р 1,0 образуется брушит, размеры элементарной ячейки которого могут уменьшаться в присутствии галловой кислоты. В щелочной среде (рН 8-11) полифенольное соединение хелатирует ионы кальция, что приводит к образованию аморфизированного фосфата кальция, который после прогрева при 800°С превращается в β-трикальцийфосфат и гидроксиапатит. Выявлено, что наличие галловой кислоты способствует образованию основного фосфата кальция при более низком мольном соотношении (Са/Р 1,5), чем для стехиометрического гидроксиапатита (Са/Р 1,67). Методом термического анализа показано, что жидкофазный синтез фосфатов кальция в присутствии галловой кислоты способствует переходу брушита в пирофосфат кальция, а аморфизированных фосфатов кальция – в трикальцийфосфат и гидроксиапатит, при высокотемпературной обработке.
Keywords: галловая кислота, жидкофазный синтез, брушит, аморфизированные фосфаты кальция, гидроксиапатит, трикальцийфосфат, пирофосфат кальция.

С.С. Налимова, З.В. Шомахов, А.Д. Чупрова, А.М. Гукетлов
Синтез и диагностика газочувствительных наноструктур на основе соединений молибдена � стр. 1009
Abstract: В последние годы активно исследуются различные дихалькогениды переходных металлов, которые представляют интерес для множества областей применений, в том числе газовых сенсоров. В данной работе газочувствительные наноструктуры на основе дисульфида молибдена и оксида молибдена получены гидротермальным методом. Химический состав поверхности полученных образцов исследован с помощью рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии. Проанализированы газочувствительные свойства синтезированных структур к парам изопропилоовго спирта и ацетона при вариации температуры детектирования. Показано, что в результате термообработки при 150°С происходит частичное окисление дисульфида молибдена. Отжиг образцов MoS2 при 400°С приводит к полному окислению до MoO3. Анализ газочувствительных свойств структур показал, что максимальный отклик к парам изопропилового спирта и ацетона имеет оксид молибдена во всем исследуемом температурном диапазоне. Как дисульфид молибдена, так и оксид молибдена показывают лучший отклик к парам изопропилового спирта по сравнению с ацетоном.
Keywords: хемосорбционные газовые сенсоры, дисульфид молибдена, оксид молибдена, рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия.

А.А. Остроушко, М.О. Тонкушина, Т.Ю. Жуланова, Е.В. Кудюков, А.Я. Голуб, О.В. Русских
Особенности формирования текстуры в материалах на основе гексаферрита стронция при синтезе из нитрат-органических прекурсоров � стр. 1017
Abstract: Изучены процессы получения гексаферрита стронция (материал постоянных магнитов) в реакциях горения с последующей термообработкой нитрат-органических прекурсоров, содержащих глицин или поливиниловый спирт. Образование железо-глициновых комплексов органических компонентов прекурсоров оказывает влияние на формирование морфологии получаемых образцов. При использовании глицин-содержащих систем в ходе горения возникает разветвленная волокнистая текстура материала с протяженными внутренними полостями, где имеются удлиненные оксидные частицы. Такие образцы обладают более высокой коэрцитивной силой, внешнее магнитное поле существенного влияния на формирование текстуры в ходе горения не оказывает. Установлено наличие генерирования зарядов в прекурсорах при их горении, что проявляется в появлении разности потенциалов земля – прекурсор. В данном случае возникновение меньших по интенсивности зарядов позволяет получить образцы с более высокой намагниченностью, а также с большей способностью к повышению магнитных характеристик при дальнейшей термомагнитной обработке.
Keywords: гексаферрит стронция, синтез, нитрат-органические прекурсоры, магнитные свойств, текстурирование.

Т.В. Свиридова, З.А. Якубовская, В.Б. Оджаев, Д.В. Свиридов
Механизм изменения наноструктуры пленок смешанных оксидов молибдена-ванадия в процессе твердофазной фотополимеризации � стр. 1029
Abstract: В работе приведены результаты изучения характера изменения топологии поверхности в результате фотостимулированной полимеризации фоторезистных слоев на основе высших оксидов – неорганических полимеров. С использованием атомносиловой микроскопии выполнено исследование изменения наноструктуры поверхности тонких пленок смешанных оксидов молибдена-ванадия (V2O5:MoO3 = 3:2) в процессе УФ-стимулированной полимеризации. Фрактальный анализ атомно-силовых изображений позволил установить, что твердофазная полимеризация в смешаннооксидных слоях, полученных путем конденсации соответствующих оксокислот, протекает с участием смешанных оксоолигомеров по 3D-механизму. При этом теряется анизотропия, характерная для исходной пленки и обусловленная направленной агломерацией лентообразных смешанных оксоолигомеров, входящих в ее состав. Развивающиеся в смешаннооксидном слое полимеризационные процессы приводят к образованию агломератов зерен, состоящих из четко огранённых псевдокристаллитов нанометрового размера. Одновременно в процессе экспонирования происходит твердофазная рекристаллизации аморфизированной оксидной пленки, результатом чего является увеличение значения среднего отклонения профиля поверхности. В процессе избирательного кислотного травления происходит обнажение скрытой внутренней структуры фоточувствительного оксидного слоя и дробление псевдокристаллитов, что приводит к снижению шероховатости поверхности до исходной величины. Указанные особенности структуры фоточувствительных смешаннооксидных пленок MoO3/V2O5 имеют принципиальное значение для создания неорганических фоторезистов.
Keywords: фотополимеризация, смешанные оксиды молибдена-ванадия, тонкие пленки, наноструктура, неорганические фоторезисты, атомно-силовая микроскопия.

В.Е. Супрунчук
Оценка свойств нанокомпозита фукоидан/Fe3O4 как транспортного агента ковалентно связанного молекулярного груза � стр. 1039
Abstract: Магнитоуправляемый транспорт лекарственных веществ с целенаправленным высвобождением молекулярного груза способствует расширению возможностей клинической терапии. В работе исследуется возможность создания наночастиц, на основе фукоидана модифицированного магнетитом, для биомедицинских целей. Изучена возможность иммобилизации модельного фибринолитического фермента с помощью сшивающего агента. Максимальная загрузка фермента составляет 2,06±0,09% масс. Размер частиц с иммобилизованной альтеплазой по данным сканирующей электронной микроскопии составил 94,4±24,3 нм, гидродинамический диаметр – 370 нм, дзета-потенциал – -1,66±0,06 мВ. Намагниченность насыщения образца составляет 6 Гс·см3/г. Для пониманиямеханизмов высвобождения молекулярного груза проведены исследования с использованием различных моделей: нулевой порядок, модель Вейбулла, уравнение Хилла, модель Хигучи, модель Корсмейер-Пеппаса. Использование математического моделирования показало, что наилучшей моделью для описания этого процесса является кинетическое уравнение Корсмейер-Пеппаса (r2 = 0,97), а процесс высвобождения контролируется диффузией Фика. Полученный биокомпозитный материал является перспективным кандидатом в качестве наноносителя для ферментативного агента.
Keywords: фукоидан, магнетит, магнитные наночастицы, таргетинг, адресная доставка, альтеплаза, кинетика выпуска, переменное магнитное поле.

В.В. Туровцев, Е.М. Чернова, Е.А. Мирошниченко, Ю.Д. Орлов
Влияние свободной валентности на электронное строение радикалов н-спиртов � стр. 1049
Abstract: В работе представлены результаты исследования влияния свободной валентности (при отрыве атома водорода) на электронное строение радикалов нспиртов на примере радикалов производных н-гептанола (C●H2(CH2)6OH, CH3C●H-(CH2)5OH, C2H5C●H-(CH2)4OH, C3H7C●H-(CH2)3OH, C4H9C●H-(CH2)2OH, C5H11●HCH2OH, C6H13C●H-OH, C7H15O●). Оптимизация геометрии и нахождение распределения электронной плотности в указанных соединениях получено методом функционала плотности B3LYP/6-311++G(3df,3pd) 6d 10f. Электронное строение выбранных молекул и радикалов исследовано в рамках «квантовой теории атомов в молекуле» (QTAIM): вычислены электронные параметры атомов и атомных групп, изучено распределение спиновой плотности, количественно охарактеризованы понятия «радикальный центр» и «свободная валентность». Рассмотрены индуктивный эффект и переносимость атомных групп, составлена качественная шкала групповых электроотрицательностей. Проведено сравнение возмущающего действия различных атомных групп, в том числе содержащих свободную валентность, на углеводородную цепь, посредством сравнения интегральных параметров групп, входящих в состав исследуемых соединений, с параметрами «стандартных» групп.
Keywords: квантовая теория атомов в молекуле, электронная плотность, электроотрицательность, индуктивный эффект, спиновая плотность, свободная валентность, радикальный центр.

С.Д. Хижняк, А.И. Иванова, В.М. Волкова, Е.В. Барабанова, П.М. Пахомов
Зеленый синтез наночастиц серебра. Комплементарные методы исследования � стр. 1059
Abstract: В настоящей работе представлены результаты исследования зеленого или биосинтеза наночастиц серебра с использованием водных экстрактов листьев клена и дуба. Эффективность процесса синтеза, размер и форма образующихся наночастиц изучены с помощью методов спектроскопии УФ-видимого диапазона, динамического светорассеяния, атомно-силовой и сканирующей электронной микроскопии. Установлено, что образование наночастиц серебра сопровождается появлением в электронных спектрах водных экстрактов полосы плазмонного резонанса, максимум которой зависит от концентрации нитрата серебра и находится в диапазоне ~420-429 нм в спектрах листьев клена, а в спектрах экстрактов дуба наблюдается сдвиг в сторону больших длин волн ~425-435 нм, что соответствует формированию наночастиц большего размера. Согласно данным динамического светорассеяния размер наночастиц в экстрактах клена составляет ~60-68 нм, а в образцах дуба ~107 нм. Зафиксированные с помощью атомно-силовой и сканирующей электронной микроскопии различия в размерах и форме наночастиц, полученных в фитоэкстрактах клена и дуба, объясняются различным составом биоактивных веществ в растениях, участвующих в восстановлении ионов серебра и стабилизации поверхности наночастиц серебра.
Keywords: зеленый синтез, наночастицы серебра, полоса поверхностного плазмонного резонанса, сканирующая электронная микроскопия.

Н.В. Черкесова, Г.А. Мустафаев, А.Г. Мустафаев
Процессы нитризации подзатворного диэлектрика и их влияние на изменение плотности межслойных состояний МДП-структур � стр. 1070
Abstract: Процессы, протекающие в системе кремний-кислород-азот, представляет большое практическое значение, поскольку диэлектрические слои из материалов этой системы широко применяются в качестве барьеров для проникновения примесей, элементов накопительных конденсаторов, полевых изолирующих слоев и т.д. Интерес к созданию таких диэлектриков повысился в связи с использованием в технологических процессах этапа быстрого термического отжига, сопровождающегося возникновением на поверхности раздела быстрых поверхностных состояний и механических напряжений. В результате исследования определено что МДП-структурах изменение порогового напряжения, связано с захватом электронов на образующиеся при этом в объеме полупроводника ловушки. МДП-структуры с азотированным оксидом по сравнению с обычным оксидом обладают лучшей стабильностью. Исследования показали, что подавление процесса образования состояний на поверхности раздела зависит от степени азотирования. Характеристики МДП-структур под воздействием облучения существенно зависят от температуры и длительности быстрой термической нитризации.
Keywords: металл–диэлектрик–полупроводник (МДП), оксинитрид кремния, нитризация, подзатворный диэлектрик, диоксид кремния, термообработка.

В.А. Шкрумеляк, О.А. Голованова
Синтез и изучение строения соединений лантана (III) и церия (III) с аспарагиновой кислотой � стр. 1080
Abstract: Значительная часть современных исследований посвящена синтезу и изучению строения соединений редкоземельных элементов с биолигандами – это те лиганды, которые участвуют в биохимических процессах. Особый интерес для изучения представляют соединения редкоземельных элементов с аминокислотами, так как они являются важнейшими биолигандами, природными наноразмерными молекулами. В ходе работы были синтезированы соединения лантана (III) и церия (III) с аспарагиновой кислотой. Получены белые кристаллические осадки для систем «LaAsp» (1:2) и «Ce-Asp» (1:3). С помощью оптической микроскопии доказано принципиальное отличие кристаллов синтезированных соединений (по форме и размерам) от кристаллов исходных веществ, используемых для синтеза. Результаты ИК-Фурье спектроскопии показали, что ионы металлов взаимодействуют с карбоксильной группой аспарагиновой кислоты. Результаты, полученные при спектрофотометрическом анализе надосадочной жидкости для системы «La-Asp» (1:2), позволили смоделировать пространственную структуру данного соединения с учётом количества аспарагиновой кислоты, связываемой с ионами лантана (III). Синтезированные соединения являются перспективными для дальнейшего их применения в медицине.
Keywords: редкоземельные элементы, комплексные соединения лантана (III) и церия (III), аминокислоты, аспарагиновая кислота, лиганды.

ФХ-2022 Обложка (первый лист)


Рекомендация пленума ВАК от 22.06.2023 № 1-пл/2 � стр. __
Abstract:
Keywords: .

Предисловие � стр. 7

1. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ НАНОЧАСТИЦ, НАНОСИСТЕМ И НАНОМАТЕРИАЛОВ � стр. 8

И.Е. Ануфриев, Е.Н. Муратова, Д.В. Королев, Г.А. Шульмейстер, Р.Г. Валеев, В.А. Мошников
Разработка ручного экструдера для гомогенизации липосом � стр. 8
Abstract: Лекарственные препараты с использованием липосом вызывают большой интерес в фармацевтике. Они повышают терапевтический индекс препарата за счет заключения лекарственного вещества внутрь биосовместимой липидной оболочки, которая выпускает раствор только в необходимой области. Такие лекарства уже показали свою эффективность при лечении заболеваний, связанных с онкологией, дерматологией неврологией, хирургией и др. Для использования липосом в этих целях, необходимо чтобы их размер был в интервале от 50 до 200 нм. Существует несколько способов создать везикулы такого размера, но в основном используют либо воздействие ультразвука на раствор липосом, либо экструзию. Метод экструзии является методом, позволяющим получить наиболее гомогенный раствор из липосомальных частиц. Для проведения экструзии, требуется специальный прибор – экструдер. Он представляет собой систему, пропускающую под давлением липосомальный раствор через фильтр с определенным размером пор. В данной работе рассмотрен процесс экструзии липосом, виды липосомальных экструдеров и оценены их плюсы и минусы, так же была разработана модель ручного экструдера, способного гомогенизировать до 20 мл раствора. Были рассмотрены и использованы разные материалы для конструкции данного прибора. Проверка экструдера показала его работоспособность и показала преимущества использования экструзии по сравнению с методом воздействия ультразвука.
Keywords: экструзия, липосомы, гомогенизация, мембрана, пористый оксид алюминия, экструдер, 3D моделирование.

А.М. Апеков, И.Г. Шебзухова
Ориентационная зависимость межфазной энергии низкотемпературной модификации титана на границе с органической жидкость � стр. 17
Abstract: В рамках электронно-статистического метода проведены вычисления межфазной энергии низкотемпературной модификации титана на границе с неполярными органическими жидкостями, получены поправки к межфазной энергии на дисперсионное взаимодействие ячеек Вигнера-Зейтца и осцилляцию электронной плотности в переходном слое, поляризацию поверхностных ионов металла и органической жидкости в поле полубесконечного металла. При расчете межфазной энергии рассматриваются изменения всех компонентов энергии металлической связи в переходном слое – собственные энергии электронного газа, энергии взаимодействия электронного газа с ионами. Установлено влияние органической жидкости на ориентационную зависимость межфазной энергии альфа-титана и поправок к межфазной энергии с учетом диэлектрической проницаемости органической жидкости. Показано, что дисперсионная и осцилляционная поправки увеличивают межфазную энергию, а поляризационная поправка снижает межфазную энергию. Для этой структуры титана получена резкая анизотропия межфазной энергии и поправок.
Keywords: межфазная энергия, поляризационная поправка, дисперсионная поправка, электронно-статистический метод, неполярная органическая жидкость, титан.

Н.М. Барбин, Л.В. Якупова, Д.И. Терентьев, В.Т. Куанышев
Распад фуллерена C28 в атмосфере азота при нагреве � стр. 24
Abstract: Проведено исследование поведения фуллерена С28 при нагревании в атмосфере азота. Расчеты выполнены с помощью метода термодинамического моделирования, который заключается в полном термодинамическом анализе системы с использованием программного комплекса TERRA. Диапазон минимальных и максимальных значений температур нагрева – 273-3373 К, давление 0,1 МПа. Построен график баланса углерода в системе С28 – N2, определены протекающие химические реакции, для каждой реакции выделены температурные интервалы. Установлены температурные интервалы термической стабильности углеродных наночастиц в конденсированной и паровой фазах. В газовой фазе пар С28 демонстрирует повышенную термодинамическую устойчивость и только при высоких температурах вступает в реакции с парами, о чем свидетельствует резкое снижение его содержания. Рассчитаны константы равновесия реакций, а также приведены графики зависимости констант равновесия реакций от температуры. Для каждой протекающей реакции произведена аппроксимация расчетных данных линейной зависимостью.
Keywords: фуллерены, углеродные наночастицы, термодинамическое моделирование, физико-химический процесс.

Д.П. Бернацкий, В.Г. Павлов
Влияние взаимодействия атомов бария на поверхности рениевого полевого эмиттера на работу выхода � стр. 31
Abstract: С помощью полевой электронной и десорбционной микроскопии исследована модификация эмиссионной поверхности в нанометровом масштабе при адсорбции атомов бария на поверхности рениевого полевого эмиттера. Получены полевые электронные изображения поверхности эмиттера, отражающие локализацию атомов бария на поверхности эмиттера, представляющую квазисферическую поверхность монокристалла рения. Показано влияние температуры эмиттера с адсорбированным барием на изменение работы выхода эмиттера. Напыление при комнатной температуре приводит к появлению зависимости работы выхода от концентрации адсорбата с минимумом в области оптимального покрытия. Отжиги эмиттера при T=600 K после напыления каждой порции бария вызывают исчезновение минимума. Работа выхода после достижения минимального значения (оптимальное покрытие адсорбированными атомами) остается постоянной при увеличении количества адсорбированных атомов бария на поверхности эмиттера. На полевом электронном изображении обнаружено резкое изменение локализации атомов бария, обусловленное фазовым переходом с образованием островков в области грани (011̅1̅ ) рения. Изменение характера зависимости работы выхода связано с фазовым переходом в пленке бария с образованием островков бария. Концентрация бария в островке постоянна и соответствует оптимальному покрытию. Работа выхода островка является минимальной и определяет эмиссионные свойства эмиттера. Кратковременный отжиг эмиттера с адсорбированным барием с концентрацией, меньше оптимальной, снижает работу выхода до значения близкого к минимальному. Последующий отжиг не изменяет работу выхода. Вольтамперные характеристики полевого эмиттера при адсорбции атомов бария смещаются в область низких напряжений и перестают смещаться с наступлением фазового перехода.
Keywords: полевые эмиттеры, полевой электронный и десорбционный микроскоп, адсорбция, рений, барий.

А.В. Блинов, И.М. Шевченко, М.А. Пирогов, А.А. Гвозденко, А.Б. Голик, П.С. Леонтьев
Исследование влияния мольного соотношения реагентов на размерные и структурные характеристики наночастиц гексацианоферрата кобальта � стр. 39
Abstract: В рамках данной работы проведено исследование влияния мольного соотношения на размерные и структурные характеристики наночастиц гексацианоферрата кобальта. Синтез проводили химическим методом в водной среде с использованием гексацианоферрата калия и нитрата кобальта. В результате исследования образцов методом динамического рассеяния света получены значения гидродинамического радиуса наночастиц. Установлено, что минимальным размером (R = 76 нм) обладает образец с мольным соотношением K3[Fe(CN)6] : Co(NO3)2 = 4 : 1. С помощью растровой электронной микроскопии установлено, что образцы гексацианоферрата кобальта представляют собой агрегаты неправильной формы, состоящие из наночастиц диаметром от 50 до 150 нм. В результате рентгенофазового анализа установлено, что образцы обладают гранецентрированной кубической кристаллической решеткой (Fm 3 m). По уравнению Дебая-Шеррера, средний размер кристаллитов в образцах составляет от 17 до 20 нм.
Keywords: гексацианоферраты переходных металлов, гексацианоферрат кобальта, нитрат кобальта, сканирующая электронная микроскопия, динамическое рассеяние света, порошковая дифрактометрия, гидродинамический радиус.

Н.Н. Большакова, Н.Ю. Дружинина, А.И. Иванова, Д.Н. Павлова, Б.Б. Педько, Е.М. Семенова
Переполяризационные свойства медьсодержащих кристаллов триглицинсульфата � стр. 50
Abstract: В работе представлены результаты анализа экспериментальных данных, полученных при регистрации петель диэлектрического гистерезиса и полевых зависимостей переключаемой поляризации исходных и отожженных кристаллов триглицинсульфата, легированных медью в диапазоне концентраций (4,2-8,7)∙10-3 вес.%. Экспериментально установлено, что петли диэлектрического гистерезиса для исследуемых кристаллов не имеют искажений. Показано, что значения относительной и эффективной диэлектрических проницаемостей и переключаемой поляризации для кристаллов ТГС: Cu2+ увеличиваются с ростом концентрации примесей. Полевые зависимости эффективной диэлектрической проницаемости имеют экстремумы: до отжига образцов максимумы кривых εeff(E) соответствуют полям порядка (20-40)∙103 В∙м-1, а для отожженных эти поля составляют ~(15-30)∙103 В∙м-1. Отжиг образцов увеличивает подвижность доменных стенок, что способствует преобразованию линзовидных зародышей доменов в ламели.
Keywords: триглицинсульфат, переполяризация, доменная структура, процессы переключения, гистерезис, диэлектрическая проницаемость.

О.А. Голованова
Изучение нанокристаллических структур оксалатов кальция и кинетики их кристаллизации � стр. 61
Abstract: Оксалаты кальция, представленные уэвеллитом CaC2O4·H2O и уэдделлитом CaC2O4·2H2O (наиболее стабильные формы), являются основными компонентами камней мочеполовой системы, а также входят в состав зубных, желчных камней, и других минеральных отложений. Известно, что современные подходы к исследованию и моделированию процессов кристаллизации позволяют
проанализировать влияние ряда факторов (экзогенного и эндогенного характера) возникающие на различных уровнях организации: от атомов и молекул до макроскопических процессов, протекающих в промышленных аппаратах. Процесс кристаллизации с учетом многообразие действующих факторов
и форм кристаллических структур, состоит из двух основных этапов: образование зародыша твердой фазы и его рост (формирование кристалла растворенного вещества). В работе с помощью современных подходов определены физико-химические и кинетические закономерности кристаллизации оксалатов кальция в условиях, близких к физиологическим. Исследовано влияние компонентов физиологического раствора (органических и неорганических) и установлен стадийный механизм образования твердой фазы, рассчитаны кинетические параметры стадии роста (lgk = 33,1). Выявлен ингибирующий эффект неорганических добавок (Mg2+, Cl), аминокислот (глицин, глутаминовая, аспарагиновая) и ускоряющий эффект кристаллов гидроксилапатита, затравки в виде кристаллов оксалата кальция и карбамида на процесс кристаллизации.
Keywords: кристаллизация, оксалаты кальция, физиологический раствор, добавки, кинетические параметры, морфологическая размерность.

О.А. Голованова
Кристаллизация нанокристаллического гидроксилапатита в присутствии альбумина � стр. 71
Abstract: Благодаря развитию современных биотехнологий и разработке наноматериалов, в ближайшее время предполагается достижение нового, более качественного уровня в конструировании и улучшении характеристик внутрикостных имплантатов, используемых в ортопедии. Проведен синтез фосфата кальция из модельного раствора синовии в присутствии альбумина. Синтетические твердые фазы
исследовали с помощью рентгеннофазового анализа, ИК-Фурье спектроскопии, сканирующей
электронной микроскопии, энергодисперсионного анализа. Надосадочная жидкость проанализирована на содержание ионов Ca2+ и PO43- для определения Ca/P соотношения. Получено, что альбумин не оказывают влияния на фазовый состав образцов: осадки однофазны и состоят из карбонат-гидроксилапатита Б-типа. Исследование структуры и морфологии твердой фазы показало, что присутствие белков приводит к формированию композитов с меньшей удельной
поверхностью, в сравнении с карбонат-гидроксилапатитом. Наибольший размер кристаллитов получен для образца карбонат-гидроксилапатит/альбумин с концентрацией альбумина 10 г/л. С помощью определения тепловых эффектов термического анализа выделено пять этапов термопреобразования в интервале температур 25-1000°С, для всех образцов основными этапами являются II – III, связанные с термодеструкцией органической добавки. При исследовании
биоактивности образцов выяснено, что при активной резорбции наиболее растворимыми являются образцы, синтезированные в присутствии альбумина с концентрацией более 7 г/л, а в случае пассивной резорбции композиты карбонат- гидроксилапатит/альбумин с концентрацией альбумина 5 и 7 г/л.
Keywords: синтез, карбонат-гидроксилапатит, альбумин, рентгенофазовый анализ, ИК-Фурье спектроскопии, биорезорбируемость, термический анализ, удельная поверхность.

С.И. Гудков, А.В. Солнышкин, Р.Н. Жуков, Д.А. Киселев
Электрический отклик тонких пленок ниобата лития и танталата лития на модулированное тепловое излучение � стр. 82
Abstract: В работе проведены исследования пироэлектрической активности наноразмерных тонких поликристаллических пленок ниобата лития, изготовленных методом высокочастотного магнетронного распыления и методом лазерной абляции, а также тонких поликристаллических пленок танталата лития, изготовленных методом высокочастотного магнетронного распыления. С использованием динамического метода исследования пироэлектрического эффекта выяснено, что все образцы обладают самопроизвольной поляризацией, возникающей во время постростового термического отжига. Оценка пироэлектрического коэффициента показала, что значения пирокоэффициента тонких пленок ниобата лития и танталата лития в несколько раз меньше значений пирокоэффициента для объемных кристаллов соответствующих материалов. Это может быть связано с тем, что вектор поляризации части зерен лежит в плоскости пленки, а также с существующими в объеме пленки и на границе раздела пленка/подложка ловушками, на которых носители заряда рекомбинируют и не участвуют в генерации пироэлектрического тока.
Keywords: ниобат лития, танталат лития, тонкая пленка, динамический метод, естественная униполярность, самополяризация, самопроизвольная поляризации, пироэлектрический эффект, пироэлектрический коэффициент.

Д.А. Зерница
Кристаллизация бессвинцовых бинарных сплавов олово-цинк, полученных методом сверхбыстрой закалки из расплава � стр. 92
Abstract: Представлены результаты исследований структур быстрозатвердевших фольг сплавов системы Sn – Zn с низким содержанием легирующих элементов (до ~ 1,5 мас.%), сплавы околоэвтектических составов, а также сплавы, содержание легирующих элементов которых составляет 20-95 мас.%. В быстрозатвердевших сплавах, содержащих 1,5 мас.% Sn и 1,2 мас.% Zn, образуются пересыщенные твёрдые растворы, распадающиеся по механизму образования и роста зародышей новой фазы
при комнатной температуре. Сплавы составами 4,4 – 15 мас.% Zn после высокоскоростного охлаждения являются переохлаждёнными и пересыщенными обоими компонентами, и испытывают спинодальный распад с последующим образованием пересыщенных твёрдых растворов на основе Sn и Zn, распадающиеся при комнатной температуре. Во всех остальных сплавах формируется двухфазная структура из твёрдых растворов на основе Sn и Zn. Выявлено, что по мере перемещения фронта кристаллизации от поверхности контактирующего слоя фольги с поверхностью кристаллизатора происходит укрупнение частиц Sn и уменьшение удельной поверхности межфазной границы. Установлено, что быстрозатвердевшие фольги имеют микрокристаллическую структуру зёрен, и при увеличении концентрации легирующих элементов наблюдается тенденция уменьшения размера зерна.
Keywords: быстрозатвердевшие сплавы, цинк, олово, зерно, спинодальный распад, пересыщенный раствор, эвтектика, структура.

А.Д. Зигерт, Е.М. Семенова, Н.Б. Кузьмин, Н.Ю. Сдобняков
Фрактальный анализ магнитооптических изображений поверхности магнита после воздействия импульсным полем � стр. 101
Abstract: Представлены результаты фрактального анализа изображений поверхности постоянного магнита КС37, полученных методом полярного эффекта Керра с помощью индикаторной висмутсодержащей феррит-гранатовой пленки после перемагничивания импульсным полем 0,1 — 1,5 Тл. Полученные зависимости остаточной намагниченности от величины внешнего импульсного поля сопоставляются с фрактальной размерностью магнитооптических изображений поверхности магнита после воздействия импульсного поля. Высказана гипотеза о том, что полевые зависимости фрактальной размерности профиля магнитооптических изображений поверхности магнита по форме совпадают с графиками первой производной намагниченности по полю dMr(H)/dH, т.е. существует взаимосвязь между характером изменения намагниченности в импульсном поле и видом магнитооптического изображения, анализируемого с использованием аппарата фрактальной геометрии.
Keywords: постоянный магнит, эффект, феррит-гранатовые пленки, доменная структура, фрактальная размерность, производная намагниченности по магнитному полю.

Д.В. Иванов, А.С. Антонов, Е.М. Семенова, А.И. Иванова, Н.Б. Кузьмин, Н.Ю. Сдобняков
О формировании фрактальных пленок железа � стр. 108
Abstract: Рассмотрены закономерности формирования фрактального рельефа наноразмерных пленок железа на поверхности слюды с использованием атомно-силовой микроскопии. С целью не допустить образования оксидного слоя, пленки железа исследовались непосредственно после их получения на установке магнетронного напыления. Установлено, что магнетронное напыление позволяет получать островковые пленки железа, структурным элементом которых являются усеченные нанокубы – нанопирамиды. Определена фрактальная размерность полученных агломератов на различных масштабах: на масштабе 5 мкм Dc = 2,462±0,113; на масштабе 3 мкм Dc = 2,373±0,122; на масштабе 1 мкм Dc = 2,298±0,139. Проведена оценка распределения вероятности обнаружения агломератов на исследуемых пленках с определенной фрактальной размерностью поверхности пленок железа. Последующий элементный анализ пленок железа показал наличие кислорода, а следовательно формирование упорядоченных оксидных пленок типа ядро-оболочка.
Keywords: атомно-силовая микроскопия, магнетронное напыление, фрактальная размерность, пленки железа, нанопирамиды.

А.И. Иванова, П.А. Свешников, К.А. Мариничева, К.А. Гугуцидзе, А.Д. Васильев, С.А. Третьяков, А.Ю. Карпенков
Сравнительные исследования прочностных свойств монокристаллов германия и кремния � стр. 120
Abstract: В настоящей работе изложены результаты проведенных испытаний на микротвердость методом индентирования по Виккерсу монокристаллов германия и кремния. Показано, что в исследуемых образцах существует зависимость микротвердости от кристаллографических направлений и характера легирующей примеси. Подсчитаны коэффициенты анизотропии микротвердости: для германия KII=1,2; для кремния KII=1,3. Проведен анализ влияния высокотемпературного отжига на величину микротвердости кристаллов германия и кремния. Показано, что микротвердость кристаллов Ge(111) возрастает на 12% после отжига при 550°С, дальнейшая термическая обработка кристаллов германия при Т=650°С значительно меняет структуру и рельеф поверхности, что способствует снижению значений микротвердости. Показано, что микротвердость кристаллов кремния возрастает на 10% после отжига при 750°С, дальнейший отжиг до Т=850°С приводит к снижению микротвердости. Исследованы поверхности монокристаллов после высокотемпературного отжига, установлено, что тепловое воздействие при Т≈0,6 Tm (Tm – температура плавления монокристалла) приводит к возникновению дефектов и десятикратному увеличению максимальной высоты профиля поверхности (от 10-12 нм до 100-200 нм).
Keywords: монокристаллы германия и кремния, микротвердость, метод Виккерса, коэффициент анизотропии микротвердости, межатомные связи, примеси, высокотемпературный отжиг, нанорельеф поверхности, дефекты.

А.И. Иванова, И.И. Мусабиров, Е.М. Семенова, А.Д. Васильев, К.А. Гугуцидзе, А.Ю. Карпенков
Влияние деформации на микроструктуру и магнитные свойства сплавов Гейслера � стр. 132
Abstract: В настоящей работе представлены результаты исследований влияния деформации, полученной методом всесторонней изотермической ковки, на микроструктуру и магнитные свойства сплава системы NiMnGa. Показано, что микроструктура исходного сплава в ходе деформации претерпевает изменения, уменьшается размер зерен и формируется двухкомпонентная структура. Методом магнитно-силовой микроскопии визуализирована магнитная доменная структура исходного и деформированного сплавов. Показано, что искажение формы доменов связано с присутствием мартенситного рельефа и межзеренных границ, 180-градусные магнитные домены непрерывны в пределах кристаллитов, при этом они пересекают плоские параллельные между собой границы мартенситных пластин. Исследование температурных и полевых зависимостей намагниченности исходного и подверженного всесторонней изотермической ковке образцов демонстрирует незначительное уменьшение намагниченности и смещение температуры фазового перехода в сторону низких температур. Сделан вывод, что деформация методом всесторонней изотермической ковки может рассматриваться как способ коррекции температуры фазового перехода в сплавах NiMnGa с сохранением намагниченности.
Keywords: сплавы Гейслера, мартенситный рельеф, всесторонняя изотермическая ковка, микро- и наноструктура, магнитная доменная структура, магнитоструктурный переход.

Р.Ю. Кармокова, А.М. Кармоков, О.А. Молоканов, А.И. Хасанов, А.А. Канаметов
Влияние параметров акустических волн на характеристики кавитационных пузырьков в жидком алюминии � стр. 141
Abstract: Проведен расчет параметров кавитационного пузырька при облучении расплава алюминия акустическими волнами. Получены зависимости числа Маха от амплитуды при частотах 1-20 кГц, использованных в экспериментах. Установлена связь между резонансной частотой акустических волн и размером кавитационных пузырьков в жидком алюминии. В допущении возможности обобщения линейной теории Миннерта на случай вязких жидкостей получена зависимость максимального радиуса кавитационных пузырьков от частоты акустического поля при различных температурах
с учетом поверхностного натяжения, плотности и вязкости жидкого алюминия. Установлено, что с увеличение частоты акустического поля радиус кавитационных пузырьков уменьшается. Оценено изменение температуры внутри кавитационного пузырька в зависимости от радиуса пузырька в любой момент его сжатия при адиабатических условиях. Показано, что при уменьшении радиуса пузырька до критического размера, температура внутри него может возрастать на порядок.
Keywords: алюминий, акустические волны, кавитация, кавитационный пузырек, число Маха.

А.Ю. Карпенков, П.А. Ракунов, И.И. Мусабиров, Г.Г. Дунаева
Влияние комбинированной деформационной обработки на магнитотепловые свойства сплавов Гейслера � стр. 149
Abstract: В настоящей работе представлены результаты комплексных исследований влияния деформации, полученной методом всесторонней изотермической ковки, на магнитокалорические свойства сплава Гейслера на основе Ni-Mn-Ga. Прямые измерения адиабатического изменения температуры показали, что в результате циклирования образца в магнитном поле μ0ΔH=1,85 Тл, ΔTad(T)0→H может уменьшаться на величину, соответствующую необратимому изменению температуры на этапе первого цикла намагничивания, связанному с выделением срытой теплоты перехода. Пренебрежение этим эффектом приводит к завышенной оценке магнитокалорического эффекта материалов с переходом первого рода. Анализ влияния деформационной обработки на температуры фазовых превращений и величину магнитокалорического эффекта указывает на то, что применение всесторонней изотермической ковки к исходному составу привело к незначительному уменьшению намагниченности, а следовательно и величины магнитокалорического эффекта, а также смещению температуры фазового перехода в сторону низких температур и уменьшение ширины температурного гистерезиса на температурных зависимостях магнитных свойств, измеренных в процессе нагревания и охлаждения образца.
Keywords: сплавы Гейслера, всесторонняя изотермическая ковка, магнитокалорический эффект, магнитоструктурный фазовый переход.

В.Г. Кульков, В.В. Кулькова
Внутреннее трение, обусловленное миграцией межкристаллитной границы в металле � стр. 159
Abstract: Рассматривается модель внутреннего трения на мигрирующей межкристаллитной границе. Под действием переменного внешнего напряжения, ориентированного нормально к границе, происходит
сжатие и растяжение сопрягающихся кристаллитов. Вследствие их анизотропии и взаимного разворота модули Юнга в направлении действия напряжения различны. Объемная плотность
упругой энергии в кристаллитах различна. Это приводит к возникновению эффективной движущей силы миграции границы. В качестве модели выбран квадратный сегмент границы, закрепленный по периметру тройными стыками зерен. Противодействующим является напряжение Лапласа со стороны искривленной границы. Дифференциальное уравнение связи смещения границы с полным
напряжением решается методом Фурье. На основе этого решения рассчитывается внутреннее трение. Спектр времен релаксации состоит из серии линий. Каждая из них соответствует пику Дебая. Главный пик имеет значительную величину, на него накладываются более мелкие пики. Результирующий максимум внутреннего трения уширяется по сравнению с пиком Дебая.
Keywords: движущая сила, миграция межкристаллитной границы, пик внутреннего трения, время релаксации.

В.А. Лапин, И.В. Касьянов
Выращивание гетероструктур InAlN/Si с высоким содержанием In � стр. 168
Abstract: Пленки InAlN на Si (111) были получены с помощью ионно-лучевого осаждения с различными технологическими параметрами роста. Результаты исследования выращенных пленок методом сканирующей электронной микроскопии использовались для выявления условий получения сплошных пленок InAlN. Вследствие рассогласования параметров решетки пленки и подложки, рост имеет островковый характер, сплошную пленку удалось получить только при следующих технологических параметрах: Уровень энергии пучка U = 600 эВ при ионном токе пучка ji = 32 мА, с
током нейтрализации пучка jn = 16 мА, температура подложки 400°С. С повышением концентрации азота до 80-90% в газовой смеси происходил переход от островкового к эпитаксиальному механизму роста. Соотношение элементов In, Al и N в пленке показало, активная плазма ионного пучка срывает слабосвязанные ионы и оставляет только нормально встроенные атомы азота N-3, но чрезмерно сильное воздействие приводит к металлизации пленок.
Keywords: гетероэпитаксия, InAlN, ионно-лучевое осаждение, элементный анализ, сканирующая электронная микроскопия, гетероструктуры.

В.В. Малашенко, Т.И. Малашенко
Влияние плотности дислокаций на динамический предел текучести сплавов с наноразмерными дефектами при высокоэнергетических внешних воздействиях � стр. 176
Abstract: Выполнен теоретический анализ неупругих процессов в состаренных сплавах в условиях интенсивных внешних воздействий. Анализ проведен в рамках теории динамического взаимодействия дефектов. Получено аналитическое выражение зависимости динамического предела текучести от плотности дислокаций. Определена причина различного влияния наноструктурных дефектов на движение дислокаций при высокоскоростной и квазистатической деформации. Показано, что при высокоскоростной деформации наноразмерные дефекты влияют на характер
зависимости динамического предела текучести от плотности дислокаций. Эта зависимость становится немонотонной и имеет минимум. В точке минимума происходит переход от доминирования торможения дислокации зонами Гинье-Престона к доминированию её торможения другими дислокациями. Выполнены численные оценки вклада зон Гинье-Престона в величину предела текучести. Показано, что при высокой концентрации зон Гинье-Престона этот вклад является весьма существенным. Выполнены численные оценки плотности дислокаций, при которой нарушается соотношение Тейлора.
Keywords: высокоскоростная деформация, дислокации, зоны Гинье-Престона, точечные дефекты, наноматериалы, соотношение Тейлора.

О.В. Малышкина, А.И. Иванова, Д.В. Мамаев
Влияние паров теллура на формирование структуры и диэлектрические свойства многокомпонентной системы на основе ниобата натрия-калия � стр. 183
Abstract: В работе представлены результаты исследования влияния паров парателлурита в процессе спекания на структуру и диэлектрические свойства многокомпонентной системы на основе керамики ниобата натрия–калия (mKNN) общей формулой (Na0,5K0,49Li0,05Sr0,05)(Nb0,9Ta0,05Ti0,05)O3. Установлено, что парателлурит входит в состав керамики, изменяя форму и увеличивая размер зерен на порядок. Если зерна, содержащие только материал mKNN, имеют кубическую форму, то присутствие теллура приводит к формированию зерен в виде достаточно длинных трубок (когда длина в несколько раз превышает диаметр) с пористой внутренней структурой. Введение в состав mKNN добавки TeO2 приводит к исчезновению максимума на температурной зависимости диэлектрической проницаемости при температуре 240°С, соответствующему несегнетоэлектрическому структурному фазовому переходу, и сглаживанию резонансного – антирезонансного пика в диапазоне 5 – 15 МГц, появляющегося в системе KNN при введении модификаторов.
Keywords: пьезоэлектрическая керамика ниобата калия-натрия, бессвинцовые материалы, структура зерен, дисперсия комплексной диэлектрической проницаемости.

О.В. Малышкина, Г.С. Шишков, А.И. Иванова
Структура и диэлектрические свойства слоистого композита титанат бария – феррит бария � стр. 194
Abstract: В работе представлены результаты исследования влияния постоянного магнитного поля на дисперсию комплексной диэлектрической проницаемости слоистого композита (связность 2-2) на основе титаната бария – феррита бария. Показано, что при изготовлении магнитоэлектрического композита титанат бария – феррит бария со связность 2-2 появляется сильная диффузия железа в слой керамики титаната бария на границе раздела двух материалов. Обнаружено, что железо проникает равномерно, со случайными отклонениями и экспоненциального спада по мере вхождения железа в титанат бария не наблюдается. Установлено, что постоянное магнитное поле не влияет на диэлектрические характеристики в переменном электрическом поле на частотах выше 1600 Гц. При более низких частотах, отжиг в параэлектрической фазе увеличивает сопротивление образца, а последующее воздействие постоянного магнитного поля приводит к его уменьшению. Выявлено, что изменение типа связности магнитоэлектрического композита от 0-3 к 2-2 добавляет дополнительные, более мелкие, резонансные и антирезонансные пики при исследовании пьезоэлектрических свойств методом резонанса – антирезонанса. При этом образцы имеют достаточные для практического применения величины пьезоэлектрического модуля (d31 > 40·10-12 Кл/Н; d33 > 120·10-12 Кл/Н).
Keywords: мультиферроик, феррит бария, титанат бария, магнито- электрический композит, структура пьезоэлектрической керамики.

Е.В. Мараева, С. Токмеилова, Д.Р. Сагитова, И.Е. Кононова, В.А. Мошников, С.А. Скорникова
Исследование параметров микропористой структуры цеолитов типа BEA � стр. 203
Abstract: В работе рассматривается серия цеолитных материалов, применяемых в качестве катализаторов. Так как формирование мезопористости в микропористой матрице является одним из методов повышения эффективности цеолитных материалов в катализе, необходим контроль параметров их пористой структуры. Изучено влияние постсинтетической обработки растворами кислот и щелочей на удельную поверхность цеолитов типа BEA. Методом низкотемпературной (при 77 К) адсорбции паров азота определена внешняя удельная поверхность (без учёта микропор) и объем микропор в
образцах на приборе Sorbi. Показано, что модифицирование цеолита типа BEA концентрированными минеральными кислотами приводит и к снижению объема микропор, и к снижению удельной поверхности. Вместе с тем, методом рентгенофазового анализа установлено, что обработка концентрированными кислотами не приводит к разрушению кристаллической структуры цеолитов. В случае обработки растворами щелочи у образцов возрастает удельная поверхность и резко снижается
объем микропор.
Keywords: цеолиты, тип ВЕА, иерархия, мезопоры, микропоры, адсорбция, удельная поверхность.

Н.И. Непша, А.Д. Веселов, К.Г. Савина, С.С. Богданов, А.Ю. Колосов, В.С. Мясниченко, Н.Ю. Сдобняков
Вариабельность структурных превращений в биметаллических наносплавах Cu-Ag � стр. 211
Abstract: В данной работе методом молекулярной динамики с использованием многочастичного EAM-потенциала исследованы биметаллические наночастицы Cu-Ag пяти стехиометрических составов различного размера. Установлены закономерности структурообразования, описаны их характерные особенности. В частности, в составах с 10, 70 и 90 ат.% содержанием Cu после охлаждения расплавов образуются характерные структуры ГЦК с пересекающимися плоскостями атомов ГПУ фазы. В составах 30 и 50 ат.% Cu доля распознанных фаз не превышает 20% от общего числа атомов. Выявлена тенденция к образованию структуры ядро-оболочка в составах с высоким содержанием меди, в то время как в наносплаве с преобладанием серебра формируется так называемая луковичная структура. С использованием калорических кривых потенциальной части внутренней энергии определены температуры плавления и кристаллизации. Установлено, что концентрационные зависимости температуры плавления биметаллических наночастиц Cu-Ag имеют минимум, отвечающий эквиатомному составу, для всех исследованных размеров. Для температуры кристаллизации как концентрационные зависимости, так и размерные выражены слабее, но также эквиатомному составу для всех размеров соответствует минимальное значение температуры кристаллизации. C увеличением размера биметаллических наночастиц Cu-Ag наблюдается слабый рост температуры кристаллизации.
Keywords: метод молекулярной динамики, LAMMPS, EAM-потенциал, метод сопоставления полиэдрических шаблонов, биметаллические наночастицы, серебро, медь, структурообразование, температуры плавления и кристаллизации.

Н.В. Сидоров, М.В. Смирнов, Р.А. Титов, Н.А. Теплякова, М.Н. Палатников
Оптические свойства кристаллов LiNbO3:B � стр. 227
Abstract: Методом фотолюминесценции в видимой области спектра (λ = 380-700 нм) исследованы оптические свойства номинально чистых кристаллов LiNbO3стех, близкого по составу к стехиометрическому LiNbO3стех (6,0 мас.% K2O), LiNbO3конг и номинально чистых кристаллов LiNbO3:B (0,55 и 0,83 мол. % B2O3 в шихте), полученных методом Чохральского по технологии прямого твёрдофазного легирования шихты конгруэнтного состава оксидом бора (B2O3). Обнаружено, что интенсивность фотолюминесценции растет в ряду кристаллов LiNbO3стех, LiNbO3стех (6,0 мас.% K2O), LiNbO3конг и определяется изменением концентрации глубоких ловушек электронов (NbLi — катион ниобия, локализованный в литиевом октаэдре) при изменении стехиометрии этих кристаллов. В кристаллах LiNbO3:B (0,55 и 0,83 мол. % B2O3 в шихте) интенсивность фотолюминесценции близка к таковой для кристалла LiNbO3стех, что обусловлено приближением состава и структуры кристаллов LiNbO3:B (0,55 и 0,83 мол. % B2O3 в шихте) к составу и структуре стехиометрического кристалла.
Keywords: ниобат лития, кристалл, дефекты, прямое твердофазное легирование, фотолюминесценция.

Н.В. Сидоров, А.В. Кадетова, Р.А. Титов, Н.А. Теплякова, М.Н. Палатников
Особенности дефектной структуры кристаллов LiNbO3:B � стр. 235
Abstract: Методом рентгеноструктурного анализа исследованы особенности дефектной структуры номинально чистых кристаллов LiNbO3:B, выращенных методом Чохральского по технологии прямого твёрдофазного легирования шихты конгруэнтного состава ортоборной кислотой (H3BO3). В работе обнаружено, что в кристаллах LiNbO3:B длины связей Ме-О (Ме-Li, Nb) в кислородно-октаэдрических
кластерах МеО6, ответственных за сегнетоэлектрические и нелинейно оптические свойства кристалла, существенно отличаются от таковых для номинально чистого конгруэнтного кристалла ниобата лития LiNbO3конг. Отличия в длинах связей обусловлены изменением свойств расплава, содержащего бор, технологическими параметрами роста кристаллов LiNbO3:B и локализацией следовых количеств бора в тетраэдрических пустотах структуры кристалла ниобата лития. Результаты
исследования кристаллов LiNbO3:B сравниваются с таковыми для номинально чистых кристаллов LiNbO3конг и LiNbO3стех (5,5 мас.% К2О).
Keywords: ниобат лития, кристалл, дефекты, прямое твердофазное легирование, рентгеноструктурный анализ.

А.С. Стречень, Ю.А. Курносов, А.Ю. Карпенков, А.И. Иванова, А.И. Синкевич, Е.М. Семенова, Ю.Г. Пастушенков
Исследование поверхности интерметаллидов Tb0,16Ho0,84Fe2,00-xCox � стр. 243
Abstract: Представлены результаты исследования кристаллической структуры, магнитных свойств, а также микро- и доменной структуры поверхности серии соединений Tb0,16Ho0,84Fe2,00-xCox (x = 0,1; 0,2; 0,3; 0,4). Показано, что с увеличением относительного содержания кобальта параметр кристаллической решетки a уменьшается от 7,310 Å при x = 0,1 до 7,304Å при x = 0,4, а температура Кюри увеличивается соответственно от 581 до 614 К. Экспериментально установлено, что с ростом x удельная намагниченность насыщения линейно уменьшается с ростом температуры. Обнаружено, что механическое воздействие на поверхность шлифов в процессе полировки может приводить к возникновению регулярного микрорельефа. Представлены результаты исследования доменной структуры поверхности. Показано, что конфигурация и линейные размеры доменов изменяются в результате воздействия на поверхность образцов.
Keywords: интерметаллиды, фаза Лавеса, магнитные свойства, поверхность, микроструктура, доменная структура.

С.А. Эльчепарова, А.А. Кокоева
Люминесцентный способ определения наноразмерных частиц редкоземельных элементов с производными сульфосалициловой кислоты � стр. 254
Abstract: Представляло интерес провести поиски люминесцентных реакций на тербий в комплексах с производными сульфосалициловой кислоты и по их усилению путем исследования влияния третьих компонентов (аминополикарбоновые кислоты, органические основания и поверхностно-активные вещества). Как показали результаты проведенных исследований, поверхностно-активные вещества
увеличивают интенсивность свечения ионов тербия в комплексах с производными сульфосалициловой кислоты. Установлено существование яркой люминесцентной реакции зеленого цвета тербия в комплексе с метиловым эфиром S-(4-броманилидом) сульфосалициловой кислоты. Подобраны оптимальные условия комплексообразования тербия и разработаны высокочувствительные люминесцентные методы определения тербия в различных объектах. Тербий переводят в люминесцирующее комплексное соединение с органическим реагентом – метиловым эфиром S-(4-броманилидом) сульфосалициловой кислоты в присутствии катионного поверхностно-активного вещества хлорида децилпиридиния в соотношении 1: 2: 13, pH= 7,9 ± 0,08. Получаемое
комплексное соединение тербия при облучении ультрафиолетовым светом ртутной лампы дает интенсивную люминесценцию зеленого цвета, устойчивую во времени стояния и облучения. Предложенный способ позволяет определить тербий в оксидах редкоземельных элементов, являющихся тушителями люминесценции с чувствительностью 10-6 – 10-8%, минуя стадию экстракции.
Keywords: наноразмерные частицы, редкоземельные элементы, лантаниды, органический реагент, комплексное соединение, тербий, люминесценция, предел обнаружения.

2. ТЕОРИЯ НАНОСИСТЕМ � стр. 264

В.А. Анофриев, А.В. Низенко, Д.В. Иванов, А.С. Антонов, Н.Ю. Сдобняков
К проблеме автоматизации процесса определения фрактальной размерности � стр. 264
Abstract: В данной работе с использованием различных программных продуктов Gwyddion, Mountains 9 DigitalSurf, Image Analysis P9, а также собственной разработки FractalSurface проанализированы возможности расчёта фрактальной размерности для различных типов данных с помощью нескольких методов подсчёта (метод подсчёта кубов, метод триангуляции, метод вариации, метод спектра мощности, метод «скейлинг» анализа, метод морфологических огибающих) и возможности по работе с полученными значениями, такими, как: выделение линейного участка графика для пересчёта итогового значения размерности, применение матричных конволюционных фильтров с различными ядрами свёртки для обработки изображений и пакетный анализ исследуемых изображений. На текущий момент времени нет программного продукта, который бы удовлетворял всем требованиям проведения анализа изображений на наличие самоаффинных структур, однако наличие достаточного функционала в основном зависит от типа исследования. Проведённый сравнительный анализ получаемых результатов позволяет оценить возможности программного продукта для дальнейшего использования в качестве инструментов для: автоматизации процесса определения фрактальной размерности, первичной обработки изображений.
Keywords: фрактальная размерность, метод подсчета кубов, метод вложенных кубов, метод триангуляции, вариационный метод, метод спектра мощности, метод «скейлинг» анализа, метод морфологических огибающих, программное обеспечение по обработке изображений.

З.А. Ахматов, З.А. Ахматов
О возможности управления шириной запрещенной зоны в графене � стр. 277
Abstract: Используя расчеты из первых принципов была исследована возможность управления электронной зонной структурой однослойного графена. Показано, что при адсорбции атомов калия на поверхность графена в его электронном спектре появляется энергетическая щель. Также замечено, что величина запрещенной зоны сильно зависит от количества адсорбированных атомов, а именно, при увеличении количества адсорбируемых атомов запрещенная зона в графене может как увеличиваться, так и исчезать. Так, например, когда на 32 атома углерода в решетке графена приходится один атом калия, величина запрещенной зоны составляет ∆E = 0,1 эВ. Увеличение числа атомов калия до двух приводит к исчезновению энергетической щели, тогда как для трех атомов калия она составляет ∆E = 0,22 эВ. Следует также отметить, что появление запрещенной зоны при адсорбции не приводит к нарушению симметрии графеновых подрешеток. Данное наблюдение представляется нам интересным, так как по мнению многих авторов, именно нарушение симметрии подрешеток является основной причиной появления запрещенной зоны в графене.
Keywords: графен, электронная зонная структура, расчеты из первых принципов, адсорбция, атомы щелочных металлов.

И.Н. Беляева, И.К. Кириченко, Н.Н. Чеканова
Решения некоторых нелинейных обыкновенных дифференциальных уравнений в виде степенных рядов � стр. 284
Abstract: В текущей научной литературе самые различные нелинейные обыкновенные дифференциальные уравнения широко и успешно применяются для описания реальных процессов в различных областях естественных наук: в оптике, в теории упругости, молекулярной физике и др. К примеру, уравнения Ермакова и Риккати используют для решения квантового уравнения Шредингера, в электродинамике. Однако хорошо и надежно разработанных и общепринятых методов решения нелинейных дифференциальных уравнений, к сожалению, не имеется. Кроме того, большинство уравнений Риккати не интегрируются даже в квадратурах. В настоящей работе для построения решений нелинейных уравнений Ермакова и Риккати предлагается использовать соответствующие так называемые присоединенные линейные дифференциальные уравнения, решения последних находится в виде степенных рядов с помощью современных компьютерных систем аналитических вычислений. Предложенным способом в настоящей работе вычислены решения для некоторых нелинейных уравнений Ермакова и Риккати. Показано непосредственной подстановкой, что полученные решения в виде степенных рядов удовлетворяют рассмотренным нелинейным уравнениям Ермакова и Риккати с известной точностью. Для описания химических и физических свойств наноструктур на квантовом уровне могут быть использованы решения нелинейных уравнений Ермакова и Риккати. Решения нелинейных уравнений Ермакова и Риккати могут успешно применяться при решении стационарных и времени-зависящих уравнений Шредингера.
Keywords: обыкновенные дифференциальные уравнения, уравнение Ермакова, уравнение Риккати, математическое моделирование, степенные ряды, компьютерная система Maple.

И.С. Замулин, А.А. Голубничий, И.В. Чепкасов, В.С. Байдышев
Методы описания реакционной способности наночастиц переходных металлов � стр. 292
Abstract: Используя современные расчеты из первых принципов, в данной работе мы систематически изучали адсорбцию атомарного кислорода на поверхности наночастиц ГЦК металлов Ag, Cu, Pd состоящих из 79 атомов. Было рассмотрено две модели для описания реакционной способности переходных металлов на основе центра d-зоны (d-band center) атомов поверхности, а также на основе обобщенного координационного числа. Оба метода предсказания энергии адсорбции атомов
кислорода на различных сайтах показали себя хорошо, однако метод основанный на обобщенном координационном числе более прост в вычислительном плане, так как для этого метода нужна информация лишь о структуре частицы, в то время как для модели d-band center необходимы расчеты электронной структуры. Полученные значения энергии адсорбции кислорода и d-band center соответствуют известным литературным данным. Наиболее благоприятные позиции для адсорбции атома кислорода находятся на плоскости (100) и представляют собой полости состоящие из 4 атомов и не зависят от типа рассматриваемого металла. Наибольшая энергия адсорбции атома кислорода
наблюдалась в случае медных наночастиц.
Keywords: переходные металлы, наночастицы, обобщенное координационное число, адсорбция, теория функционала электронной плотности.

Р.А. Магомедов, Э.Н. Ахмедов
Расчёт P-ρ-T свойств водяного пара в диапазоне температур от 773 K до 1673 K � стр. 298
Abstract: В работе представлен расчёт изотерм уравнения состояния водяного пара в диапазоне температур от T = 773 K до T = 1673 K. Расчёт произведён с помощью специально разработанного программного модуля «Fract EOS». Предложен подход повышающий точность расчётов ранее описной методики. Если имеются табличные данные соотношения P-V-T (P-ρ-T) для нескольких температур и полученные по ним зависимости показателя производной дробного порядка α(ρ) (который является подгоночным), то можно с помощью интерполяции по температуре для нескольких значений плотности получить зависимость α(ρ) для температуры внутри диапазона. После чего, возможно с высокой точностью рассчитать уравнение состояния при данной температуре, для которой в литературе нет экспериментальных значений. Полученные результаты показывают хорошее согласие с экспериментальными данными. Показано, что методика подходит для расчёта изотерм в областях температур, которые не представлены в табличных справочных данных.
Keywords: уравнение состояния, интегро-дифференцирование дробного порядка, соотношения Максвелла, потенциал Гельмгольца, статистическая сумма, водяной пар, изотерма, теплофизические свойства.

И.В. Талызин, В.М. Самсонов, С.С. Богданов, Н.Ю. Сдобняков, Р.Е. Григорьев, А.В. Первиков, И.В. Мишаков
Идентификация сложных наноструктур ядро-оболочка по радиальным распределениям локальной плотности компонентов � стр. 307
Abstract: Работа посвящена обоснованию и дальнейшему развитию подхода к анализу мезоскопической и интегральной структуры бинарных металлических наночастиц по радиальным распределениям локальной плотности компонентов. В качестве примера рассмотрены распределения локальной плотности Ni и Al, полученные с использованием результатов молекулярно-динамического моделирования бинарных наночастиц Ni-Al с исходным однородным распределением компонентов и икосаэдрических наноструктур ядро-оболочка Ni@Al. Оба паттерна демонстрируют сегрегацию атомов Al в ходе релаксации и последующей закалки исходных конфигураций, содержащих 5000 атомов в соотношении 1:1 (радиус наночастиц 3 нм). В процессе закалки температура наночастиц уменьшалась от 1000 К до 0,01 К с низкой для атомистического моделирования скоростью охлаждения. Экспериментально бинарные наночастицы Ni-Al радиуса порядка 100 нм (76Ni:24Al ат.%) были синтезированы методом электровзрыва проволок. Представлены и проанализированы экспериментальные распределения интенсивностей, полученных по данным энергодисперсионного анализа при воздействии электронного пучка. Эти распределения в большей степени соответствуют начальным конфигурациям в молекулярно-динамических экспериментах, т.е., очевидно, являются неравновесными. Вместе с тем, сделан вывод, что и конечные молекулярно-динамические конфигурации также не являются в полной степени равновесными.
Keywords: наноструктуры ядро-оболочка, наночастицы Ni-Al, функция радиального распределения плотности, метод погруженного атома, потенциал сильной связи, молекулярная динамика, метод электровзрыва проволок, энергодисперсионный анализ.

А.В. Твардовский
Общий феноменологический подход для описания адсорбционных и абсорбционных равновесий � стр. 321
Abstract: Вплоть до настоящего времени весьма актуальной задачей является построение общей теории равновесной адсорбции. В представленной работе дан общий феноменологический подход для описания как адсорбционных, так и абсорбционных равновесий. Было показано, что при определенных допущениях полученное уравнение переходит в известные классические уравнения Генри, Лэнгмюра, Брунауэра-Эмметта-Теллера с константами, имеющими ясный физический смысл. Так, константа в уравнении Генри определяется температурой, удельной поверхностью адсорбента, размером молекул адсорбата, молярной массой адсорбата и изостерической теплотой адсорбции (энергией взаимодействия молекул адсорбата с поверхностью адсорбента). В выведенном частном уравнении Брунауэра-Эмметта-Теллера, в отличие от классического варианта, впервые указана ясная зависимость константы уравнения от конкретных физических характеристик адсорбционной системы. Она определяется концентрацией молекул адсорбата в жидкой фазе при рассматриваемой температуре, концентрацией молекул адсорбата при образовании плотного монослоя на поверхности адсорбента, энергией взаимодействия молекул адсорбата с поверхностью адсорбента и теплотой конденсации. Представленный подход может служить основой для моделирования самых различных адсорбционных и абсорбционных явлений, включая адсорбцию на микропористых адсорбентах.
Keywords: адсорбция, адсорбент, абсорбция, термодинамика фазовых равновесий, уравнение Генри, уравнение Лэнгмюра, уравнение Брунауэра – Эмметта – Теллера.

В.М. Юров, В.С. Портнов, А.Д. Маусымбаева
Толщина поверхностного слоя каркасных углеводородов � стр. 331
Abstract: В работе поставлена цель — это построение модели поверхностного слоя объектов (кристаллов) и выяснение роли поверхностной энергии в физических процессах, протекающих в области наноразмеров. В качестве объектов были выбраны каркасные углеводороды типа адамантана, которые имеют высокосимметричную алмазоподобную структуру. На основе эмпирической модели впервые проведено определение толщин поверхностного слоя и поверхностной энергии каркасных
углеводородов. На практике это очень важно, поскольку все значимые в эксплуатации физические и химические процессы происходят через поверхностный слой. Для адамантана толщина этого слоя равна 21,6 нм, а для алмаза – 8,2 нм, то есть они представляют собой наноструктуру. Такое различие в толщине поверхностного слоя двух типов структур обуславливает их резкое отличие в их свойствах, в частности, в их поверхностной энергии, которая определяет их механические свойства. Для адамантана поверхностная энергия равна 378,7 мДж/м2, а для алмаза – 9400 мДж/м2. На практике
исследователями установлено, что при ударно-волновом воздействии степень превращения адамантан→алмаз составляет почти 30 %. Работа адгезии для каркасных углеводородов имеет значение 400-500 мДж/м2, а внутренние напряжения – 35-45 МПа, которые в поверхностном слое приводят к уменьшению адгезиционной прочности и возникновению обратного эффекта Холла-Петча.
Keywords: поверхностный слой, наноструктура, поверхностная энергия, атомный объем, размерный эффект, углеводород, адамантан, алмаз, эмпирическая модель.

3. ПЕРВОПРИНЦИПНОЕ И АТОМИСТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ � стр. 342

Э. Андре, А.Н. Цирулев
Моделирование запутанных состояний в кластерах кубитов � стр. 342
Abstract: Модель универсальных квантовых вычислений, которая задействует квантовые схемы, состоящие из однокубитных и двухкубитных логических элементов реализована в нескольких действующих квантовых вычислительных устройствах. В последнее десятилетие идея использования многокубитных логических элементов стала очень актуальной, поскольку такой подход в перспективе позволит уменьшить зашумленность квантовых схем. Основным ресурсом квантовых вычислений является запутанность отдельных кубитов, образующих кластер. Несмотря на актуальность этого вопроса, пока в теории рассматриваются только несколько примеров простейших логических элементов, реализующих запутанность в системе трех кубитов (элемент Тоффоли и двойное управляемое NOT). Работа посвящена математическому моделированию запутанных состояний квантовых систем, состоящих из нескольких кубитов. Предложен математический метод точного или
приближенного конструирования гамильтонианов, порождающих требуемые унитарные преобразования. Оказывается, что подход, основанный на представлении гамильтонианов и унитарных преобразований в базисе Паули, является наиболее подходящим в данном контексте по двум причинам: во-первых, базис Паули образует алгебру Ли соответствующей унитарной группы; во-вторых, в разложениях по этому базису гамильтонианов и операторов плотности состояний присутствуют только вещественные коэффициенты. В деталях метод рассмотрен на примере трехкубитного кластера, управляемого тернарным гамильтонианом, предназначенным для получения запутанного состояния Гринбергера-Хорна-Цайлингера. Кроме того, для этой системы
изучено состояние теплового равновесия и получен соответствующий оператор плотности состояния.
Keywords: квантовый логический элемент, запутанное состояние, унитарное преобразование, разложение гамильтониана, базис Паули, состояние Гринбергера- Хорна-Цайлингера.

А.А. Блинова, А.В. Блинов, М.А. Пирогов, К.А. Огурков, Д.Г. Маглакелидзе, А.А. Яковенко
Компьютерное квантово-химическое моделирование взаимодействия фосфата кальция с аминокислотами � стр. 352
Abstract: В данной работе проведено квантово-химическое моделирование процесса взаимодействия фосфата кальция с аминокислотами. В рамках квантово-химического моделирования рассчитывали полную энергию молекулярного комплекса E, разницу энергии молекулы аминокислоты и системы «фосфат кальция-аминокислота» ∆E, энергия высшей заселённой молекулярной орбитали EНOMO, энергию низшей свободной молекулярной орбитали ELUMO, химическую жёсткость системы η. В качестве
стабилизатора рассматривали восемь незаменимых протеиногенных аминокислот. В результате анализа данных установлено, что все представленные взаимодействия являются энергетически выгодными ∆E > 3370 ккал/моль, а химическая жёсткость этих взаимодействий находится в диапазоне от 0,049 до 0,090 эВ. Исходя из полученных данных, наиболее стабильным и энергетически выгодным взаимодействием является система «фосфат кальция-лизин» ∆E = 3395,848 ± 0,151 ккал/моль, η = 0,085 ± 0,006 эВ. Для подтверждения полученных данных образцы исследовали методом ИК-спектроскопии. Установлено, что взаимодействие аминокислоты лизина с
поверхностью частицы фосфата кальция происходит при связывании кислорода с аминогруппами в молекуле лизина.
Keywords: квантово-химическое моделирование, фосфат кальция, валин, лейцин, изолейцин, метионин, треонин, лизин, фенилаланин, триптофан, химическая жёсткость, метод ИК-спектроскопии, полная энергия молекулярного комплекса.

С.А. Васильев, В.В. Пуйтов, И.В. Талызин, В.М. Самсонов
Сравнительное молекулярно-динамическое моделирование синтеза наночастиц серебра из газовой фазы � стр. 362
Abstract: Осуществлено сравнительное молекулярно-динамическое моделирование газофазного синтеза наночастиц Ag с использованием двух различных типов многочастичных потенциалов межатомного взаимодействия: потенциала, отвечающего методу погруженного атома, и потенциала сильной связи. Начальная температура в зависимости от эксперимента составляла от 1000 до 3000 К, далее она равномерно понижалась до 77 К, что соответствует температуре жидкого азота. Результаты, полученные с использованием альтернативных силовых полей, согласуются друг с другом, но, вместе с тем, существенно отличаются как по динамике эволюции системы, так и по полученным конечным конфигурациям наночастиц. Увеличение радиуса обрезки потенциала сильной связи значительно изменяет скорость формирования наночастиц. Однако увеличение радиуса обрезки при моделировании с использованием метода погруженного атома не влияет на эволюцию системы. Конфигурации, полученные в результате моделирования с использованием метода погруженного
атома, характеризуются меньшим размером и формой, близкой к сферической, тогда как при использовании потенциала сильной связи формируются более крупные нанокристаллы, имеющие вытянутую форму.
Keywords: наночастицы серебра, газофазный синтез, метод погруженного атома, потенциал сильной связи, молекулярная динамика.

С.А. Вересов, К.Г. Савина, А.Д. Веселов, С.В. Серов, А.Ю. Колосов, В.С. Мясниченко, Н.Ю. Сдобняков, Д.Н. Соколов
К вопросу изучения процессов структурообразования в четырехкомпонентных наночастицах � стр. 371
Abstract: Исследованы различные типы конфигураций четырехкомпонентной наносистемы Au-Cu-Pd-Pt, включая сложные структуры ядро-оболочка. В качестве метода моделирования использовался метод Монте-Карло, межатомное взаимодействие описывалось потенциалом сильной связи – потенциалом Гупты. По результатам серий компьютерных экспериментов было установлено, что четырехкомпонентные наночастицы в данной системе не имеют склонности к формированию структуры ядро-оболочка, даже при том, что атомы золота имеют повышенную сегрегацию к поверхности. Определены температуры плавления для исследуемых наносплавов. Полученные значения находятся в диапазоне от 1100 K до 1250 K и слабо зависят от композиции наночастиц (соотношения числа атомов). Обнаружен стехиометрический состав на основе этих металлов, для которого в процессе охлаждения формируется кристаллическая ГЦК структура с включениями ГПУ фазы. Однако отличительных особенностей в характере сегрегации для данного стехиометрического состава не установлено. Все рассмотренные составы в исследуемом температурном диапазоне были стабильны по отношению к распаду.
Keywords: метод Монте-Карло, потенциал сильной связи, четырехкомпонентные наночастицы, структурообразование, температура плавления, стабильность.

Ю.Я. Гафнер, Д.А. Рыжкова
Моделирование процесса синтеза из газовой среды наночастиц Cu-Au: общий анализ � стр. 383
Abstract: Методом молекулярной динамики проведена имитация процесса синтеза из высокотемпературной газовой фазы нанокластеров целевого состава CuAu. В качестве начальной конфигурации были использованы 91124 атомов Cu и Au, расположенных хаотично в пространстве со средним расстоянием между ними в 30 Боровских радиусов. Набор параметров был выбран таким образом, чтобы имитировать условия конденсации в среде инертного газа (IGC – inert gas condensation). На основе полученных данных сделаны выводы об основных этапах эволюции модельной системы при охлаждении со скоростью отвода термической энергии 108 К/с. Показано, что начальная стадия синтеза состоит из пяти различных этапов, постепенно приводящих к формированию первичных сферических наночастиц бинарного сплава CuAu. На конечном этапе происходит завершающая трансформация формирующихся первичных наночастиц, заключающаяся в практически полном исчезновении исходной атомной атмосферы с образованием сферичных бинарных наночастиц, характерной особенностью которых является вытеснение атомов золота на поверхность.
Keywords: нанотехнологии, нанопорошки, компьютерное моделирование, сильная связь, наночастицы, медь, золото.

Ю.Я. Гафнер, Д.А. Рыжкова
Анализ химического состава наночастиц Cu-Au при моделировании процесса газофазного синтеза � стр. 391
Abstract: Методом молекулярной динамики проведена имитация процесса синтеза из высокотемпературной газовой фазы нанокластеров Cu-Au. В качестве начальной конфигурации были использованы 91124 атомов Cu и Au, расположенных хаотично в пространстве с разным процентным соотношением. За основу используемой компьютерной модели синтеза из газовой фазы была взята экспериментальная
установка, находящаяся в Институте ядерной физики им. Г.И. Будкера СО РАН. На базисе полученных данных сделаны выводы о реальном химическом составе кластеров на конечной стадии формирования. Показано, что кластеры с размером более 400–500 атомов придерживаются заданного целевого соотношения, максимальные отклонения от него фиксировались только у атомного пара стехиометрического состава. В остальных случаях с сокращением процентного содержания атомов золота в исходном паре происходило уменьшение отклонений кластеров от заданного целевого состава. Определено, что причиной этого стало разное кристаллическое строение полученных при моделировании наночастиц.
Keywords: нанотехнологии, нанопорошки, компьютерное моделирование, потенциал сильной связи, наночастицы, медь, золото.

Ю.Я. Гафнер, Д.А. Рыжкова
Влияние атомов золота на строение наночастиц Cu-Au при моделировании процесса газофазного синтеза � стр. 399
Abstract: Численным анализом на основе метода молекулярной динамики рассмотрен процесс формирования из высокотемпературной газовой среды бинарных нанокластеров Cu-Au разного целевого состава. Основное внимание было уделено изучению вопроса формирования кристаллической структуры в таких кластерах и определения ее типа. Показано, что рост процентного содержания атомов золота в первичной газовой среде существенно влияет на образование внутреннего строения имитируемых наночастиц. При относительно небольшой добавке происходит полное исчезновение кластеров с ГЦК строением с формированием наночастиц практически только с пятичастичной симметрией с подавляющим преобладанием Dh конфигурации. Если испарять оба прекурсора с равной скоростью, то рост процентного содержания в газовой смеси атомов золота приводит к тому, что кластеры CuAu часто оказываются неспособными сформировать какую-либо явно различимую кристаллическую форму, из-за чего примерно каждый четвертый кластер фиксировался в аморфном состоянии. Сделан вывод, что причиной данного явления может быть разделение атомов разного сорта, характерное для бинарных наночастиц моделируемого химического состава.
Keywords: нанотехнологии, нанопорошки, компьютерное моделирование, сильная связь, наночастицы, медь, золото.

Е.С. Карташинская
Температурные зависимости молекулярной площади в 2D-монослоях ПАВ на границе вода/воздух � стр. 408
Abstract: Рассмотрены зависимости величины площади Ас, приходящейся на молекулу 2D-монослоя ПАВ, в начале перехода от жидко-растянутой к жидко- конденсированной (ЖР-ЖК) фазе от температуры и длины цепи для семи классов ПАВ на межфазной поверхности вода/воздух. Для оценки Ас были использованы термодинамическая модель поведения дифильных монослоев с учетом неидеальности
энтропии смешения, а также квантово-химический подход, позволяющий оценить термодинамические и структурные параметры ассоциатов ПАВ. Рассчитанные значения Ас адекватно отражают экспериментальную температурную зависимость для рассматриваемого фазового перехода: с ростом температуры площадь, приходящаяся на молекулу ПАВ фиксированной длины цепи, уменьшается, и, наоборот, с ростом длины цепи ПАВ при фиксированной температуре величина Ас увеличивается. Средние величины углового коэффициента зависимостей Ас = f(T) для рассматриваемых классов ПАВ находятся в пределах 0,57-1,32 Å2/°С. Оценка величины (dAc/dn)T показала, что наилучшее согласие расчетных и имеющихся экспериментальных данных достигнуто
для насыщенных карбоновых кислот и диалкилзамещенных меламина. Полученные результаты позволяют использовать предложенный подход в прогностических целях.
Keywords: 2D-монослой, энергия Гиббса кластеризации, элементарная ячейка, фазовый переход, термодинамическая модель.

А.Ю. Колосов, Е.С. Митинев, А.А. Тактаров, В.С. Мясниченко, А.Н. Базулев, Н.Ю. Сдобняков
Закономерности структурных превращений в биметаллических наночастицах Pd-Pt � стр. 419
Abstract: Методом молекулярной динамики исследованы процессы плавления и кристаллизации биметаллических наночастиц на основе Pt и Pd. Установлена возможность получения стабильных наночастиц, содержащих 3000 и 4000 атомов, в диапазоне температур от 500 K до 1600 K. Подтверждается концепция, высказанная для монометаллических наночастиц платины и палладия, о возможности фиксации температур начала и конца фазового перехода для плавления и кристаллизации. Анализ показывает, что в процессе охлаждения наночастиц Pd-Pt с первоначально
равномерным распределением компонент наблюдается формирование смешанной структуры с поверхностным монослоем атомов Pd. Показана возможность структурной сегрегации биметаллических наночастиц Pd-Pt, содержащих 3000 и 4000 атомов. Наблюдается размерная зависимость степени кристаллизации охлаждённых наночастиц. Для биметаллических наночастиц c 3000 атомов локальные зоны в основном представляют собой многогранники, в то время как для биметаллических наночастиц содержащих 4000 атомов уже характерно образование протяженных
полосовых структур ГЦК/ГПУ.
Keywords: метод молекулярной динамики, биметаллические наночастицы, платина, палладий, сегрегация, структурные превращения, стабильность.

П.В. Комаров, М.Д. Малышев
Изучение процесса сварки материала на основе витримера: мезомасштабное моделирование � стр. 435
Abstract: Рассматривается самовосстанавливающийся эпоксидный материал на основе диглицидилового эфира бисфенола A и отвердителя трикарбоновой жирной кислоты, относящийся к новому классу полимеров, называемых витримерами. Восстановление целостности таких систем при повреждениях происходит благодаря реакции обмена ковалентными связями между сомономерами, образующими
полимерную сетку. В нашей предыдущей работе мы разработали модель данного материала на основе метода реакционной диссипативной динамики частиц. В данной работе мы применяем нашу модель для изучения процесса сварки образцов витримера, разрезанного на две части. Контроль целостности структуры систем проводился с помощью топологического анализа посредством расчета распределений по длинам простых циклов и плотности числа несущих нагрузку цепей. Показано, что скорость восстановления целостности систем определяется концентрацией катализатора и степенью сшитости полимера. Полученные результаты также свидетельствуют, что в случае высокой степени сшитости полимера, а также низкой концентрации катализатора структура системы получается сильно неоднородной.
Keywords: витримеры, сетчатые полимеры, мезоскопическое моделирование, диссипативная динамика частиц, реакция обмена связями.

Ю.А. Кузнецов, М.Н. Лапушкин
Расчеты электронной структуры 2D-слоев интерметаллида RbAu � стр. 450
Abstract: Проведен расчет плотности состояний различной толщины 2D-слоев интерметаллида RbAu. 2D-слои интерметаллида RbAu моделировались суперячейками RbAu (111) 2×2×2. Для монослойного 2D-слоя интерметаллида RbAu установлено наличие запрещенной зоны с шириной 2,70 эВ. Увеличение толщины 2D-слоев интерметаллида RbAu до трех монослоев показал уменьшение ширины запрещенной зоны до 0,8 эВ. Дальнейшее увеличение толщины 2D-слоев интерметаллида RbAu
приводит к исчезновению запрещенной зоны, что указывает на переход полупроводник – металл для 2D-слоя интерметаллида RbAu толщиной четыре монослоя. Валентная зона 2D-слоя интерметаллида RbAu сформирована в основном Au 5d электронами, с незначительным вкладом Au 6s и Au 6p электронов. Зона проводимости RbAu образована в основном Au 6p электронами с незначительным
вкладом электронов Rb 5s.
Keywords: электронная структура, ab initio расчеты, интерметаллические соединения, аурид рубидия, 2D-слой.

Э.Д. Курбанова, В.А. Полухин
Прочностные и функциональные характеристики гекса- и пентагональных 2D-материалов. Водород � стр. 458
Abstract: Проведен анализ синтезированных уникальных двумерных 2D-материалов с нанослойными гексагональными и пентагональными структурами (на основе углерода, кремния, олова, двойных соединений CN2, BN2, PdSe2 и тройных – BCN, CNP, PdSSe, Zn2C2P2. Синтез этих материалов получен химическим паровым осаждением или эпитаксией металлов на заранее приготовленные подложки. Проведен также анализ прочностных и функциональных характеристик (электронных, оптических) созданных моделей с применением теории DFT в виде тройных монослоев с обоюдосторонним
нанесением водорода на поверхности монослоя p-Si2C4: водород/p-Si2C4/водород. Выявлено, что наиболее динамически стабильным из них был слой p-Si2C4-4H с его двухсторонней водородной адсорбцией и хорошими свойствами. В этой статье также представлены сравнительно недавно полученные гекса- и пентагональные двумерные материалы не только элементов C, Si, Ge, B, но и сплавов Cu1–xNix, Ti1–хNix и соединений Bi1–xSbx, CN2, BN2, PdSe2 и др. Так что с созданными новыми уникальными материалами – синтеза сверхпрочных, термостабильных нанокомпозитов, сверхпроводящих слоистых композитов (на основе Bi, Hg и Sb) открываются перспективы развития наноэлектроники, спинтроники, компьютерной техники, а также создания портабельных тензодатчиков, датчиков давления, газовых датчиков и катализаторов диализа воды с выделением водорода и кислорода.
Keywords: гексагональные и пентагональные структуры 2D-материалов, моделирование материалов, механические свойства, каталитические свойства.

В.С. Мясниченко, Д.Н. Соколов, А.Н. Базулев, Н.И. Непша, П.М. Ершов, Н.Ю. Сдобняков
Построение решеточной Монте-Карло модели послойного роста биметаллических наночастиц � стр. 468
Abstract: На базе программного обеспечения Metropolis реализована решеточная статистическая модель послойного роста биметаллических наночастиц. В качестве примера в данной работе анализируется два типа решеток: ГЦК и декаэдрическая. На их основе моделируется рост свободных наночастиц Au-Ag в трёх режимах, различающихся этапами роста: добавляется 3, 4 либо 7 биметаллических слоев.
Межатомное взаимодействие задаётся потенциалом сильной связи, однако построенная модель не
исключает возможности использования других модификаций апробированных многочастичных потенциалов. Анализируется изменение в процессе послойного роста удельной потенциальной энергии наночастиц целиком и атомов золота. Исследуется зависимость числа смешанных связей от номера слоя для всей наночастицы и для подсистемы золота.
Keywords: компьютерный эксперимент, метод Монте-Карло, схема Метрополиса, послойный рост, биметаллические наночастицы, смешанные связи.

Н.А. Панькин
Молекулярно-динамическое моделирование нагрева нанокластеров титана � стр. 479
Abstract: Методом молекулярной динамики исследовалось плавление нанокластеров титана Tin (n = 3599, 28725, 97045) с различными скоростями их нагрева (от 0,1 до и 10,0 ТК/с). Молекулярно динамическое моделирование проводили в программе LAMMPS на многопроцессорном компьютере.
Использовался многочастичный потенциал межатомного взаимодействия. Кристаллическая структура нанокластера титана при нагреве переходит в жидкую фазу через образование системы атомов (островков) с упорядоченным локальным окружением вблизи температуры плавления. Появление последних обусловлено неравновесностью моделируемого процесса нагрева – система не успевает релаксировать к равновесному состоянию для заданной температуры. Под температурой плавления принималось среднее значение между температурами начала и окончания процесса фазового перехода. Температуре начала плавления соответствовало состояние завершения образования отдельных островков. При окончании плавления, наноструктура характеризуется полностью неупорядоченной структурой. Отмечается, что температура плавления увеличивается с ростом размера наночастицы и скорости её нагрева. При этом предельные температуры рассматриваемого фазового перехода (при N → ∞) существенно ниже температуры плавления массивного титана.
Keywords: титан, нанокластер, температура плавления, скорость нагрева, структура, островки, метод молекулярной динамики.

Д.А. Рыжкова, С.Л. Гафнер, Ю.Я. Гафнер, А.А. Череповская
Молекулярно-динамическое исследование размерной границы перехода нанокластеров серебра с начальной аморфной структутурой к ГЦК фазе � стр. 490
Abstract: Методом молекулярной динамики с использованием потенциала сильной связи (TB-SMA – second moment approximation of tight-binding potential) производился поиск границ устойчивости структурных модификаций нанокластеров серебра диаметром 3,0–7,0 нм с целью определения размерной границы возможного термически индуцированного структурного перехода от исходной аморфной морфологии к ГЦК фазе. Полученные данные сравнивались с результатами предыдущих исследований для наночастиц Ag размерами до 2,0 нм с начальным ГЦК и аморфным строением.
Показано, что моделируемые Ag нанокластеры можно условно разделить на три категории. Для первой (N < 100 атомов) – характерно частичное сохранение исходной морфологии. Для второй (d < 4,0 нм) – наблюдается конкуренция между икосаэдрической и декаэдрической структурами. И для третей (d > 4,0 нм) – фиксировалось преобладание смешенной ГЦК/ГПУ фазы. При этом размерной
границей перехода от начальной аморфной морфологии к ГЦК строению, свойственному объёмному веществу, является диаметр около 7,0 нм.
Keywords: нанокластеры, серебро, компьютерное моделирование, структура, сильная связь, фазовые переходы, структурная стабильность.

К.Г. Савина, И.Р. Галузин, А.Ю. Колосов, С.С. Богданов, А.Д. Веселов, Н.Ю. Сдобняков
О процессах сегрегации и стабильности биметаллических наночастиц Ni@Ag и Ag@Ni � стр. 499
Abstract: В данной работе методом молекулярной динамики с использованием потенциала сильной связи исследовались биметаллические наночастицы Ni@Ag и Ag@Ni с общим количеством атомов 4000. Установлены закономерности сегрегации и структурообразования, описаны их характерные особенности. На основе анализа поведения калорических зависимостей потенциальной части удельной внутренней энергии определялась температура плавления и кристаллизации. Полученные данные позволяют говорить о том, что процессы сегрегации, в частности степень ее выраженности в наночастицах Ni@Ag и Ag@Ni, связаны со стабильностью этих наночастиц. Выше 900 K оболочка из серебра теряет свою стабильность, тогда как ядро никеля остается твердым и сохраняет свою структуру. При этом в наночастице Ni675@Ag3325 процессы поверхностной сегрегации атомов ядра были менее выражены, тогда как в наночастице Ag675@Ni3325 атомы серебра активно сегрегировали на поверхность наночастицы. Проанализированы особенности и принципиальные различия в процессах плавления и кристаллизации данных наносистем, а так же температурные диапазоны их стабильности. Показана связь между степенью интенсивности сегрегационных процессов наносплавов в ходе моделирования и стабильностью этих систем.
Keywords: метод молекулярной динамики, биметаллические наночастицы, никель, серебро, сегрегация, структурообразование, стабильность, ядро-оболочка.

4. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ НАНОТЕХНОЛОГИЙ � стр. 512

Р.М. Белякова, Э.Д. Курбанова, В.А. Полухин
Легирование и деформационное упрочнение высокоэнтропийных мембранных, аккумулирующих нано-и кристаллических сплавов � стр. 512
Abstract: В статье представлены как молекулярно-динамические расчеты бинарных сплавов Fe–Ni, так и экспериментальные исследования легированных Ti и Co нанокристаллических сплавов с матричной структурой B2–Ti(Fe, Co) и эвтектическими фазами ОЦК–(Nb, Ti) и B2–Ti(Fe, Co). Исследованы структуры мембранных сплавов и на основе Fe–Ni (расположение атомов в координационных полиэдрах и межатомные расстояния между атомами), а также кинетики водорода – диффузии и проницаемости. Показано, что в мембранах легированных сплавов с замещением Ni кобальтом
Fe35-XCoXTi35Nb30 с превышением доли Fe, чем у кобальта – в фазе B2–TiFe проявляется механическая хрупкость, а также снижается пластичность фазы B2. При этом ослабляется и устойчивость к росту водородного поглощения, – вплоть до механического разрушения мембран – так что в высокоэнтропийных сплавах Fe0,2Ni0,2Cr0,2Co0,2Mn0,2, Fe0,2Co0,2Cr0,2 Ti0,2Al0,2 содержится Fe и Co в равных долях. Перспективны и другие интерметаллидные сплавы, имеющие более сложные составы с высокой или умеренной энтропией, к примеру – Zr0,2Ti0,2Nb0,2V0,2Co0,2 и Zr0,2Ti0,2Ta0,2V0,2Co0,2. Эти сплавы помимо мембранного выделения водорода обладают
и аккумулирующими свойствами. В рамках молекулярной динамики представлен эффект деформационного упрочнения мембранных ВЭС сплавов – механизма синергии с многократной деформацией. В результате такого упрочнения происходит частичная трансформация аустенитной фазы в мартенситную с образованием двойникования в их зернах ГЦК/ГПУ и формированием двухфазной матричной структуры.
Keywords: нанокристаллические сплавы, моделирование, легирование, деформационное упрочнение, матричная структура, эвтектические фазы, высокоэнтропийные сплавы, аустенит, мартенсит, мембраны, водород, гидриды.

Е.А. Богданова, В.М. Скачков, К.В. Нефедова
Получение биокомозитов на основе наноразмерного гидроксиапатита с соединениями титана � стр. 521
Abstract: В статье обсуждается возможность получения упрочненного композиционного материала с пористой структурой на основе наноструктурированного гидроксиапатита, синтезированного методом осаждения из раствора. Новый материал получен путем механохимичекого синтеза гидроксиапатита с соединениями титана. Синтезированные образцы аттестованы с использованием современных физико-химических методов анализа. Показано влияние качественного и количественного
состава композита на протекание процессов спекания, пористость, прочностные характеристики, степень дисперсности и морфологию исследуемых образцов. Экспериментально установлено, что максимальными прочностными характеристиками и постоянным составом обладает образец на основе гидроксиапатита, упрочненного нестехиометрическим диоксидом титана, состава Ca10(PO4)6(OH)2 – 15%TiOx. Композиционный материал обладает плотной равномерной структурой с высокой степенью кристалличности, с развитой пористостью, является перспективным материалом для дальнейших исследований с целью внедрения его в медицинскую практику. На разработанный композиционный материал подана заявка на патент.
Keywords: гидроксиапатит, оксид титана, соединения титана, композиционные биоматериалы, кристалличность, микротвердость.

А.Н. Болотов, О.О. Новикова, В.В. Мешков
Вискозиметрические исследования в процессе синтеза магнитных смазочных наномасел � стр. 531
Abstract: В области трибологии перспективны магнитные смазочные масла, в которых для повышения их коллоидной устойчивости используют полимеры, однако их применение ограничено низкой
намагниченностью коллоида. Повысить намагниченность наномасел возможно путем синтеза полимерных оболочек непосредственно на поверхности магнитных частиц в процессе получения наномасел. Описаны особенности технологии синтеза магнитных смазочных наномасел с полимерными сольватными оболочками на частицах, которые защищают их от коагуляции. Полимеризация молекул гидроксикислоты протекает по механизму поликонденсации на твердой поверхности магнетита. Вязкость магнитного коллоида возрастает из-за увеличения толщины сольватной оболочки. Исходя из этого предложено дифференциальное уравнение, которое показывает зависимость скорости роста вязкости коллоида от скорости реакции поликонденсации. Экспериментальная проверка уравнения показала, что оно выполняется с точностью до 8%. Полученное уравнение позволяет определить важную термодинамическую характеристику –
энергии активации процесса синтеза полимерных оболочек на поверхности дисперсных частиц. Для расчетов нужно знать скорость изменения вязкости коллоида с дисперсионной средой без мономера (гидрокислоты). Поэтому, в процессе синтеза полимера отбираются пробы промежуточного магнитного коллоида небольшого объема, которые используются для определения вязкости коллоида и дисперсионной среды, содержащей мономер. Затем находится вязкость коллоида с чистой дисперсионной средой, необходимая для расчетов энергии активации реакции поликонденсации. По оценочным расчетам, ошибка определения энергии активации не превышает 11%. На практике, с помощью установленного значения энергии активации полимеризации, можно
выполнять целенаправленный выбор оптимального температурно-временного режима стабилизации магнитного коллоида с целью получения магнитного наномасла с требуемыми характеристиками вязкости и агрегативной устойчивости. Экспериментальные исследования проводились на специально разработанных приборах для оценки коллоидной стабильности и динамической вязкости магнитных коллоидов.
Keywords: коллоидные системы, магнитные смазочные наномасла, вязкость, коллоидная устойчивость, энергия активации полимеризации.

А.Н. Болотов, О.О. Новикова
Влияние нанодисперсной фазы магнитных масел на их смазочные свойства � стр. 545
Abstract: Работа посвящена изучению процессов, протекающих в граничном смазочном слое, в которых нанодисперсные магнитные частицы играют определяющую или значительную роль. Исследовалось трение между металлическими поверхностями смазанными маслами с различной концентрацией
магнитной нанодисперсной фазы. Дисперсионная среда магнитных масел состояла из жидкостей с
различными физико-химическими свойствами: диоктилсебацината, триэтаноламина, полиэтилсилоксана. Было показано, что интенсивность изнашивания поверхностей с твердостью выше, чем у наночастиц монотонно возрастает по мере увеличения концентрации частиц, а износ носит абразивный характер. Интенсивность изнашивания более мягких материалов проходит через минимум при концентрации частиц около 2 об.%. Магнитная сепарация крупных агломератов в масле позволяет на некоторое время уменьшить абразивный износ, пока они не образуются снова в условиях трения. Выявить закономерности влияния нанодисперсных частиц на силу трения не удалось, вероятно оно несущественное. Рассмотрено несколько примеров косвенного влияния
нанодисперсных частиц на граничное трение. Во всех примерах определяющую роль играет огромная по площади активная поверхность частиц в единице объема масла. Например, в условиях трения может активно образовываться атомарный водород при химическом взаимодействии жирных кислот с поверхностью. Атомарный водород аккумулируется в подповерхностных порах, молизуется там. Повышенное давление в порах, создаваемое молекулами водорода, приводит к увеличению износа по
механизму отслаивания. Представляют научный интерес установленные закономерности влияния
нанодисперсных частиц на скорость формирования граничного смазочного слоя и коррозионный износ поверхностей, вызванный поверхностно-активными присадками в магнитном масле.
Keywords: нанодисперсные частицы, магнитное масло, смазка, трение, износ.

Н.В. Востров, А.В. Солнышкин, И.М. Морсаков, А.Н. Белов, П.Н. Крылов
Исследование физических свойств тонких пленок ПВДФ, изготовленных методом 4D-печати � стр. 561
Abstract: В данной работе осуществлялся поиск оптимального способа создания сегнетоэлектрических наноструктурированных композитных материалов на основе пленок полимера поливинилиденфторида, изготовленных методом 4D-печати. Технология послойного наплавления позволяет использовать поливинилиденфторид и его сополимеры не только в микроэлектронике в качестве пиро- и пьезоэлектрических сенсоров, а также при создании элементов динамической памяти, органических солнечных элементов и применять в робототехнике. На первом этапе работы подобраны оптимальные параметры экструдирования для изготовления нити из порошка и гранул поливинилиденфторида. Следующий этап работы включал анализ и определение параметров печати по методу послойного наплавления нити для получения пленок наилучшего качества. С помощью сканирующей электронной микроскопии показано существование двух фаз – полярной β-фазы и неполярной α-фазы, где кристаллическая фаза наблюдается в виде ламеллярных кристаллов, хаотично ориентированных в матрице α-фазы. Проведены пироэлектрические измерения, выполненные динамическим методом, показавшие наличие заметного пироэлектрического отклика в пленках поливинилиденфторида, полученных с помощью аддитивных технологий, минуя стадию ориентационной вытяжки. Рассчитан пироэлектрический коэффициент, значения которого соответствуют величинам пирокоэффициентов для образцов поливинилиденфторида, полученных традиционными (стандартными) методами.
Keywords: композит, полимерный сегнетоэлектрик, аддитивные технологии, 4D-печать, 3D-печать, спонтанная поляризация, пьезоэлектрический эффект, пироэлектрический эффект, атомная силовая микроскопия.

О.С. Гусева, О.В. Малышкина, А.С. Митченко
Влияние модификаторов на структуру керамики ниобата бария — кальция � стр. 572
Abstract: В работе методом твердофазного синтеза получены образцы керамики состава Са0,3Ba0,7Nb2O6 чистого и с модифицирующими добавками (5%) SrTiO3, KTaOили LiTaO3. У всех исследуемых составов керамик выявлено наличие крупных и мелких зерен. Показано, что вхождение LiTaO3 в состав керамики Са0,3Ba0,7Nb2O6 на порядок уменьшает размер зерен, а вхождение SrTiO3 приводит к удлинению формы зерна. На основе анализа элементного состава установлено, что введение
модификаторов в состав Са0,3Ba0,7Nb2O6 уменьшает избыток кислорода в структуре тетрагональной вольфрамовой бронзы, по сравнению с немодифицированной керамикой Са0,3Ba0,7Nb2O6. Максимум на температурной зависимости диэлектрической проницаемости практически не зависит от типа модификатора и лежит в интервале 279-285°С. Это на 60 градусов выше температуры Кюри монокристалла Са0,3Ba0,7Nb2O6. Независимо от температуры измерения, максимальное значение диэлектрической проницаемости имеет материал Са0,3Ba0,7Nb2O60 + 5%SrTiO3. Тогда как минимальное значение диэлектрической проницаемости при комнатной температуре имеет образец Са0,3Ba0,7Nb2O6 + 5%LiTaO3, а в точке Кюри – образец Са0,3Ba0,7Nb2O6.
Keywords: пьезоэлектрическая керамика, ниобат бария — кальция, бессвинцовые материалы, модификаторы, структура зерен, диэлектрическая проницаемость.

О.И. Гырдасова, А.Е. Степанов, С.В. Наумов, С.Н. Шкерин
Влияние условий синтеза на формирование композита Y3-xLaxFe5-yO12+δ/La1-xYxFe1-yO3 � стр. 583
Abstract: Выращиванием из гомогенного расплава методом бестигельной зонной плавки получены стеклообразные композитные материалы, имеющие высокие значения кислородной проводимости. Отмечена сложная архитектура композита: основной фазой является высокодефектный по катионной и анионной подрешеткам Y3-xLaxFe5–yO12+δ со структурой граната, внутри которого наблюдается прорастание нитевидных кристаллов La1–xYxFe1–yO3 со структурой перовскита. Исследовано влияние метода синтеза поликристаллических прекурсоров, использованных в качестве сырья для получения расплава, на формирование структуры композитов La1-xYxFe1-yO3/Y3-xLaxFe5-yO12+δ. Композит, полученный из прекурсора сформированного формиатным методом содержит ~87 мол.% основной фазы. Композит полученный из прекурсора сформированного методом СВС ~76 мол.% фазы граната. Полученные композиты имеют выделенное направление роста основной фазы Y3-xLaxFe5-yO12+δ <100>.
Keywords: феррит иттрия, структуры граната, синтез, прекурсоры, морфология, композиты, кислородная проводимость.

О.В. Девицкий
Структура и состав тонких пленок GaAs1-x-yNxBiy, полученных методом импульсного лазерного напыления � стр. 593
Abstract: Методом одноосного холодного прессования были изготовлены мишени GaAs0,9Bi0,1 с содержанием Bi 10%. Из сформированной мишени GaAs0,9Bi0,1 методом импульсного лазерного напыления в аргоно-азотной газовой атмосфере получены тонких пленок GaAs1-x-yNxBiy на подложку GaAs (100) и исследованы их структура и состав. Показано, что на поверхности пленки присутствуют преимущественно мелкие микрокапли диаметром менее 0,5 мкм образованы атомами Bi. Крупные микрокапли диаметром от 2 до 6 мкм состоят частично из Bi и Ga. Микрокапель сформированных только из Ga не было обнаружено. Отмечено, что малые микрокапли Ga адсорбируется на поверхности крупных микрокапель Bi не образуя сплав GaBi. Также установлено, что образование микрокапель Bi также происходит за счет сегрегации атомов Bi на поверхность пленки. Данные энергодисперсионной спектроскопией позволяют охарактеризовать полученные тонкие пленки как
GaAs0,995N0,015Bi0,03. Среднеквадратичная шероховатость поверхности пленки составила 12,2 нм.
Полученная пленка GaAs0,995N0,015Bi0,03 обладает поликристаллической структурой. Анализ данных рентгеновской дифрактоскопии показал, что рост пленки происходил в по закону Фольмера-Вебера, когда островки зарождаются, а их размеры впоследствии увеличиваются. Зародыши вероятнее всего образованы GaAs, GaN, GaAsN, GaAsBi и GaAsNBi. Вычисленная величина полной ширины на уровне половины высоты для GaAs0,995N0,015Bi0,03 составила – 0,8656ʺ, а средний размер кристаллита равен 1,6 нм.
Keywords: тонкие пленки, III-V-N-Bi, GaAs1-x-yNxBiy, импульсное лазерное напыление, разбавленные нитриды, разбавленные висмутиды.

А.П. Зажогин, N.H. Trinh, М.А. Малец, М.П. Патапович
Особенности методов получения аморфных нанопленок для создания газочувствительных сенсоров при воздействии сдвоенных лазерных импульсов на поверхность мишени, содержащей олово � стр. 602
Abstract: Проведен послойный анализ металлов и сплавов, а также изучена возможность напыления нанопленок, содержащих в своем составе олово, на различных видах поверхностей (металл, стекло) при воздействии сдвоенных лазерных импульсов на мишень в атмосфере воздуха. Эксперименты проводились с помощью лазерного двухимпульсного атомно-эмиссионного многоканального
спектрометра LSS-1. Достоинствами импульсного лазерного напыления как метода получения кластеров, фракталов являются: универсальность по отношению к материалу, возможность исключения посторонних примесей, гибкость метода, возможность контроля образования пленочных структур. Выполненные спектроскопические исследования лазерной плазмы, образованной при воздействии двух последовательных импульсов на мишень, иллюстрируют развитие методов получения нанокластеров различных химических элементов. Данным способом можно получать нанопленки не только чистых металлов, но и композиционных сплавов. Показана возможность напыления нанопленок для создания газочувствительных сенсоров.
Keywords: сдвоенные лазерные импульсы, лазерная плазма, послойный анализ, напыление тонких пленок, нанопорошковые технологии, атомно-эмиссионная многоканальная спектрометрия.

Ю.Ф. Иванов, А.А. Клопотов, И.В. Лопатин, О.В. Иванова, Е.А. Петрикова, М.С. Петюкевич, Е.Л. Никоненко
Фазообразование в высокохромистой стали в условиях электронно-ионно-плазменной обработки � стр. 609
Abstract: Осуществлено поверхностное легирование методом одноциклового и многоциклового (5 циклов «напыление-облучение» в каждом цикле толщина пленки титана 0,5 мкм) высокоскоростного плавления системы «пленка (Ti)/(сталь 20X23H18) подложка» импульсным электронным пучком. Азотирование (793 К; 1, 3 и 5 час.) проводили в условиях реализации элионного (электронного и ионного) режима обработки. Рассмотрены изотермические сечения тройных систем диаграммы
состояния сплава Cr – Fe – Ni – Ti – N, формирующегося на различных стадиях комплексной обработки стали. Исследования показали, что, во-первых, облучение стали импульсным электронным пучком сопровождается формированием структуры высокоскоростной ячеистой кристаллизации твердого раствора на основе γ – Fe; во-вторых, азотирование стали в исходном состоянии сопровождается формированием нитридов железа Fe4N и хрома CrN суммарным содержанием 79,8 масс.%; в-третьих, предварительное облучение стали импульсным электронным пучком приводит к снижению скорости нитридообразования при последующем азотировании; суммарное содержание нитридов 53 масс.%; в-четвертых, независимо от количества циклов легирования (концентрации титана в поверхностном слое) после пяти часов азотирования в образцах формируется поверхностный слой, образованный нитридами хрома и железа (1 цикл легирования) или нитридами хрома и титана (5 циклов легирования).
Keywords: комплексная электронно-ионно-плазменная обработка, нагревание образцов электронной компонентой плазмы, высокохромистая сталь, поверхностное легирование, фазовый состав.

Г.Г. Капустина, Н.А. Леоненко
Механизмы лазерного воздействия на ультрадисперсные минеральные среды � стр. 621
Abstract: Разработка современных технологий комплексного извлечения ценных компонентов из труднообогатимых руд и техногенных месторождений возможна на базе новейших достижений фундаментальных наук, комбинировании физико-химических, обогатительных и металлургических процессов. В работе описаны результаты по воздействию лазерного излучения на минеральные образцы с ультрадисперсным «неизвлекаемым» золотом из иловых прудов-отстойников россыпных месторождений Дальнего Востока. Объектом исследований является воздействие источника непрерывного лазерного излучения на образцы минералов, объектов аллювиальных отложений, содержащих субметрические и наноразмерные формы золота, не извлекаемые традиционными гравитационными методами. Цель работы заключалась в исследовании процессов взаимодействия лазерного излучения с дисперсными минеральными средами, содержащими ультрадисперсное золото, и определение условий агломерации ультрадисперсного золота. Электронно- микроскопические изображения образцов получены с помощью микроскопа «LEO EVO 40HV» (Carl Zeiss, Германия), оснащённом энергодисперсионным анализатором «INCA-ENERGY». Предложена
модель, описывающая процессы на границе гетерогенных фаз. Анализ обнаруженного эффекта агломерирования золота позволил сформулировать технические решения, которые были отражены в патентах на изобретения.
Keywords: лазерно-индуцированный, ультрадисперсный, коллоидно-ионное, золото, золотосодержащие минеральные продукты, структурное упорядочение, сканирующая электронная микроскопия..

Н.А. Клычков, В.В. Симаков, И.В. Синёв, Д.А. Шикунов
Влияние добавок оксидов меди и цинка на электрические и газочувствительные свойства композитных слоёв диоксида олова � стр. 632
Abstract: С помощью золь-гель технологии сформированы образцы тонких плёнок SnO2, а также композитные слои CuO:SnO2 и ZnO:SnO2 с различной концентрацией примеси посредством смешения золей. Плёнки подвергались термообработке в потоке кислорода при 550°C. Поверх плёнок сформирована контактная система методом термического испарения хрома с последующим осаждением через маску на образец. На температурной зависимости проводимости для слоев на основе чистого диоксида олова наблюдается локальный максимум проводимости в области 250°C, что, вероятно, связано с термоактивационным процессом десорбции кислорода. Проводимость слоёв диоксида олова уменьшается по мере увеличения концентрации добавки меди. Добавка 2% меди на порядок уменьшает долговременный дрейф базовой линии проводимости пленок на воздухе, что может быть связано с образованием малоподвижных ассоциативных комплексов меди и вакансий кислорода. Наибольшую чувствительность к парам этанола во всем исследуемом диапазоне концентраций проявляли композитные слои с добавлением 6% цинка. Установлено, что добавка оксида меди и цинка повышает отклик газочувствительных сенсоров газа на основе слоёв SnO2 к парам этанола, а также снижает время отклика на воздействие газовых проб в диапазоне рабочих температур 150-300°C.
Keywords: золь-гель технология, композитные газочувствительные пленки, диоксид олова, дрейф проводимости, время отклика газового сенсора.

О.Е. Корольков, М.А. Пахомов, А.В. Поляков, Р.З. Валиев, В.В. Столяров
Влияние размера зерна и скважности на механическое поведение титана при растяжении с импульсным током � стр. 639
Abstract: В статье исследовано влияние импульсного тока высокой плотности на деформационное поведение
титана с различной дисперсностью структуры. Проведено сравнение особенностей деформационных кривых крупнозернистого и наноструктурированного технически чистого титана Grade 4 при растяжении с введением импульсного тока. Ток различной скважности и плотности от импульсного
генератора подводили к образцу, находящемуся в захватах разрывной машины. Микроструктуру образцов крупнозернистого титана в головке образца и вблизи области разрушения в продольном сечении исследовали методом оптической микроскопии. Для исследования микроструктуры фольг наноструктурированного титана использовали метод просвечивающей электронной микроскопии.
Электропластический эффект в исследованных материалах проявлялся на кривой растяжения в виде отдельных скачков напряжения вниз. При одинаковых режимах импульсного тока высокой скважности амплитуда скачков напряжения в крупнозернистом титане выше, чем в наноструктурном титане. Для тока низкой скважности скачки напряжения одинаковы в пластической области. Импульсный ток высокой скважности в наноструктурированном титане приводил к аномальному
эффекту упрочнения, физическая природа которого нуждается в дополнительном исследовании. Использованные режимы импульсного тока не привели к заметным при оптическом увеличении структурным изменениям растягиваемых образцов, кроме исчезновения двойников и выделения частиц примесей в крупнозернистом титане. Фрактографические картины разрушения наноструктурированного титана, деформированного с током и без тока свидетельствуют о вязком разрушении без существенных изменений, что свидетельствует о минимальном тепловом вкладе в
процессе экспериментов.
Keywords: растяжение, титан, наноструктура, электропластический эффект, импульсный ток, фрактография.

Д.А. Кравченко, О.Н. Медведева
Исследование структуры и свойств стоматологических коронок, изготовленных методом селективного лазерного плавления и по технологии литья в форме � стр. 652
Abstract: В настоящее время технологии 3D печати являются молодым и активно развивающимся сектором производства, охватывающим множество областей экономики, от аэрокосмической области и машиностроения до медицины. Очевидным преимуществом внедрения аддитивных технологий в медицине, в частности, в стоматологии, является высокая точность изготовления сложных изделий, индивидуализация имплантов и протезов для их максимального соответствия области повреждения или заменяемому объекту, существенное уменьшение расхода как материалов изделия, так и вспомогательных материалов. Однако с активным внедрением аддитивных технологий возникают вопросы о границах применимости и надежности их использования. В рамках данной работы исследованы свойства стоматологических коронок, изготовленных из никель-хромового сплава НХ-Дент NS vac и кобальт-хромового порошка ПР-КХ28М6. Для изготовления образцов применялись технология селективного лазерного плавления, относящаяся к числу аддитивных технологий, и технология литья в форме. Проведен сравнительный анализ микроструктуры образцов, профиля поверхности и твердости по Виккерсу.
Keywords: аддитивные технологии, медицина, стоматология, технология селективного лазерного плавления, селективное лазерное плавление, микроструктура, профиль поверхности, твердость образцов.

С.М. Маслобоева
Анализ исследований шихты ниобата лития LiNbO3:Mg, синтезированной на основе прекурсоров Nb2O5:Mg разного генезиса � стр. 662
Abstract: Проведен анализ исследований получения шихты ниобата лития, используемой для выращивания методом Чохральского кристаллов LiNbO3:Mg. Шихта синтезирована на основе прекурсоров Nb2O5:Mg разного генезиса. Приведены результаты исследований шихты LiNbO3:Mg методами рентгенофазового анализа, атомно-эмиссионного спектрографического анализа, газовой хромато-масс-спектрометрии, масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой и лазерной абляцией. Установлено, что в изученных системах наблюдается равномерное распределение примеси магния в шихте, что приводит к получению кристаллов высокого оптического качества с коэффициентами распределения примеси выше единицы. Показано, что присутствие органических включений позволяет ввести больше магния в растущий кристалл. Результаты имеют важное значение в технологии выращивания монокристаллов ниобата лития при выборе способа синтеза шихты с целью использования полученных из нее кристаллов в конкретных областях техники.
Keywords: пентаоксид ниобия, генезис, легирование магнием, синтез шихты ниобата лития, распределение примеси, монокристалл, оптическое качество.

Р.Р. Нагаплежева, М.М. Оракова, М.Ю. Кушхова, Ф.М. Цеева, Х.А. Мишаев
Влияние режимов вакуумно-плазменной обработки на поверхностную фото-ЭДС монокристаллического кремния � стр. 671
Abstract: Плазменные технологии в последней четверти ХХ века совершили настоящую научно технологическую революцию в микроэлектронике. Придя в мир технологии микроэлектроники в качестве необходимой альтернативы жидкостному травлению, исчерпавшему к тому времени свой ресурс, плазменные или «сухие» технологии стали основным инструментом создания элементов изделий электронной техники. XXI век, несомненно, начался и протекает под знаком совершенствования таких технологий в твердотельной электронике. Плазменные технологии включают совокупность методов нанесения тонких и сверхтонких слоев на подложку полупроводника, а также комплекс методов размерного травления таких слоев с заданными параметрами травления. Если рассматривать методики размерного травления с использованием сухих технологий, то всегда следует учитывать, что весь спектр таких методов широк. Одни способы,
такие как радикальное и плазмохимическое травление, подразумевают мягкое, чисто химическое
взаимодействие плазменной среды с материалом подложки, результатом чего является образование летучего продукта травления и его удаление (откачка) из плазменного объема. Другая группа «сухих» методик включает способы чисто физического воздействия высокоэнергетических частиц плазмы на поверхность материала и удаление атомов с поверхности только в результате распыления материала. Методом поверхностной фото-ЭДС исследована реальная поверхность монокристаллического
кремния p–типа в интервале температур T = 289-473 K до и после плазменной обработки. Обнаружено существенное различие спектров поверхностных электронных состояний, полученных при нагревании и охлаждении образцов. Нагрев приводит к десорбции газов и диссоциации молекул воды в поверхностном слое, что уменьшает поверхностный потенциал на порядок.
Keywords: плазма, фото-ЭДС, плазменная обработка поверхности, кремний, поверхностные электронные состояния.

С.С. Налимова, З.В. Шомахов, К.В. Герасимова, К.Н. Пунегова, А.М. Гукетлов, Р.М. Калмыков
Газочувствительные композитные наноструктуры на основе оксида цинка для детектирования паров органических растворителей � стр. 678
Abstract: В работе показаны возможности применения композитных структурZnO-Fe в качестве газочувствительных слоев для детектирования паров органических растворителей на примере изопропилового спирта. Композитные структуры получены на основе наностержней оксида цинка, синтезированных гидротермальным методом, за счет изменения их состава при выдержке в растворе сульфата железа. Исследование химического состава поверхности проводили с помощью рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии. Показано, что при использовании раствора сульфата железа с концентрацией 0,025 моль/л на поверхности наблюдаются атомы железа и цинка. Повышение концентрации раствора до 0,05 моль/л приводит к осаждению частиц оксида железа на поверхность слоя наностержней. Исследование газочувствительных характеристик проводили при температуре 250°С при воздействии паров изопропилового спирта в диапазоне концентраций от 200 до 1000 млн−1. Установлено, что величина отклика композитных структур ZnO-Fe (0,025) превышает соответствующее значение для наностержней оксида цинка, что может быть обусловлено большим содержанием кислородных вакансий в композитном образце.
Keywords: оксид цинка, газовые сенсоры, композитные наноструктуры, рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия, органические растворители.

П.А. Николайчук
Электроосаждение наночастиц серебра для создания электрохимических сенсоров: краткий обзор � стр. 688
Abstract: В настоящем обзоре описываются выполненные за последние два десятка лет исследования, посвящённые электроосаждению наночастиц серебра на поверхности углеродных электродов и их использованию в аналитической химии. Обычно используются графитовые или стеклоуглеродистые электроды (в том числе, полученные методом послойной печати), а электроосаждение выполняется из растворов нитратов калия и серебра в течение нескольких минут. Наночастицы серебра или модифицированные нанокомпозиты, включающие наночастицы серебра, затем закрепляются на поверхности электродов, и полученные электрохимические сенсоры способны определять различные соединения с использованием различных вольтамперометрических методов с прекрасной избирательностью и очень хорошими линейностью и сходимостью. Описанные методы анализа позволяют определять в микрограммовых количествах пероксид водорода, глюкозу, холестерин, метилпаратион, ионы Pb2+, хлорамфеникол и метронидазол, доксорубицин, энтакапон, тирозин и триптофан, ламотриджин, хром (VI), сурьму (III), тринитротолуол, олигонуклеотиды и бактерии синегнойной палочки.
Keywords: наночастицы серебра, стеклоуглеродистый электрод, графитовый электрод, электроосаждение, электроанализ, вольтамперометрия.

В.М. Скачков
Особенности динамики изменение свойств диффузионно-твердеющего припоя в различных условиях � стр. 699
Abstract: Проведено исследование по изменению твердости диффузионно-твердеющего припоя на основе легкоплавкого сплава галлия: галлий-олово-цинк при взаимодействии с порошком сплава медь-олово (ПМОСФ5) в нормальных условиях (температура 25°С) и подвергнутого низкотемпературной (125°С) термической обработке. Механические свойства оценены измерением микротвердости через
различные промежутки времени. Проведен дифференциально-термический анализ, с расчетами термические эффекты. Методом рентгенофазового анализа определены образующиеся в результате диффузионного твердения фазы, проведено сравнение параметров кристаллических решеток фаз при различных условиях диффузионного твердения. Показано, что при различных температурах обработки образуются разные фазы – наноразмерные интерметаллические соединения, а с помощью сканирующего электронного микроскопа показана фаза выделяющегося в результате физико-
химических превращений олова. Экспериментально доказано, что диффузионно-твердеющий припой без термической обработки медленно набирает твердость, и через 60 суток по твердости приближается к образцу подвергнутому нагреву, который тоже продолжает очень медленно набирать твердость. Показано, что диффузионно-твердеющие припои после шестичасовой низкотемпературной обработки еще не достигают физико-химического равновесия.
Keywords: композиционные диффузионно-твердеющие припои, экзотермические эффекты, свойства, микротвердость, дифференциально-термический анализ, рентгенофазовый анализ.

В.М. Скачков, Л.А. Пасечник, И.С. Медянкина, Н.А. Сабирзянов
Свойства диффузионно-твердеющего композиционного припоя модифицированного порошками вольфрама � стр. 707
Abstract: В статье рассмотрено регулирование свойств диффузионно-твердеющего припоя на основе легкоплавкого сплава галлий-олово-цинк и порошка сплава медь-олово посредством введения инертных порошков металлического вольфрама, после термической обработки при невысоких температурах (125°С) оценена микротвердость композиционных диффузионно-твердеющих припоев с содержанием вольфрама: 5, 10, 15 и 20%. Показано, что термическая обработка при невысоких температурах в течение 6 часов не приводит припой к достижению равновесного состояния, физико-
химические превращения еще продолжаются, что показывает увеличение твердости образцов спустя два месяца. Методом рентгенофазового анализа определены образующиеся в результате диффузионного твердения фазы – микро- и наноразмерные интерметаллические соединения и металлическое олово в виде наноразмерных вкраплений в пространстве между зерен порошка медного сплава. За счет небольших добавок вольфрама как наполнителя, инертного к воздействию галлия, но хорошо им смачиваемого, характеристики диффузионно-твердеющего припоя улучшаются. Судя по микротвердости введение 15% вольфрама является оптимальным.
Keywords: композиционные диффузионно-твердеющие припои, металлический порошок, вольфрам, свойства, микротвердость, дифференциально-термический анализ.

Е.М. Соколова, А.С. Бойко, М.И. Фокина, А.А. Пономарева
Создание полимерного поглощающего покрытия на основе тетраэтоксисилана с добавлением оксида кобальта для применения в лазерной хирургии � стр. 717
Abstract: Использование сгенерированных струй в качестве «микрорезцов» находит свое применение в лазерной хирургии. Такие способы лазерного воздействия используются для удаления новообразований, таких как межпозвоночные грыжи и кисты. К лазеру присоединяют оптоволокно, которое вводится к грыже или кисте через пункционную иглу. Для увеличения эффективности лазерного воздействия необходимо аккумулировать энергию на торце волновода при помощи нанесения поглощающего покрытия, которое должно обладать высокой адгезией к кварцу. В данной работе проведено исследование по разработке методики создания полимерных пленок золь-гель методом для использования в лазерной хирургии в качестве поглощающего покрытия. В роли прекурсора для формирования полисиликатной сетки, удерживающей малоразмерные частицы оксида кобальта, был выбран тетраэтоксисилан. В работе были исследованы оптические, морфологические и поглощающие свойства покрытий, полученные на кварцевых стеклах. Дополнительно растворы и полученные пленочные покрытия были изучены с помощью ИК- спектроскопии, результаты которой показали отсутствие качественного изменения золей при длительном хранении (до 3-х недель) и образование пространственной силикатной сетки и оксида кобальта в пленках. Исследование морфологии поверхности полученных покрытий показало, что для равномерного распределения синтезируемого оксида кобальта не нужны высокие концентрации солей кобальта. Поглощающие свойства образцов были протестированы с использованием ИК-лазера и тепловизора. Благодаря проведенным исследованиям выбран оптимальный состав покрытия для
нанесения на кварцевые волноводы.
Keywords: тетраэтоксисилан, оксид кобальта, кварц, золь-гель технология, ИК- спектроскопия, лазерное излучение, поглощающее покрытие.

З.В. Шомахов, С.С. Налимова, Б.З. Шурдумов, А.И. Максимов, В.А. Мошников
Наноструктуры станната цинка для газовых сенсоров с высоким быстродействием � стр. 726
Abstract: Рассмотрены возможности использования наноструктур станната цинка в качестве чувствительных элементов газовых сенсоров с высоким быстродействием, которые представляют большой интерес для использования в самых разных областях применения от обнаружения токсичных веществ до мониторинга качества воздуха или медицинской диагностики. Синтез наноструктур станната цинка проводили при гидротермальной обработке наностержней станната цинка в растворе станната калия и мочевины при различных концентрациях прекурсоров. Химический состав поверхности образцов проанализирован методом рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии. Показано, что в результате гидротермальной обработки на поверхности наностержней оксида цинка появляются ионы Sn4+. Исследование газочувствительных характеристик проведено при воздействии паров изопропилового спирта при температурах 156°С и 310°С. Показано, что максимальный отклик при 310°С к 1000 млн−1 изопропилового спирта составляет 8,24. При этом образцы станната цинка обладают высоким быстродействием в 23 с.
Keywords: оксид цинка, станнат цинка, газовые сенсоры, наноструктуры, рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия.

В.М. Юров, Д.А. Ибрагимова, В.С. Портнов, А.Д. Маусымбаева
Наноструктуры редкоземельных металлов в углях месторождения шубарколь � стр. 736
Abstract: Редкие металлы углей месторождения Шубарколь имеют толщину поверхностного слоя около 3 нм, т.е. представляют собой наноструктуру. Толщина поверхностного слоя самого угля равна около 0,2 мкм, т.е. представляет собой мезоструктуру. Радиус поры в угольном веществе равен 30,6 нм, что соответствует мезопорам, а удельная поверхность угля равна 857 м2/г. Редкие металлы либо в виде
чистых примесей (~3 нм), либо в виде окислов (~7 нм), либо в виде органических примесей (~1-3 нм), свободно входят в мезопоры угля. Формы нахождения урана и редких металлов в углях Шубаркольского месторождения свидетельствуют о том, что их концентрирование в угле обусловлено ведущей ролью гидрогенного механизма. В слое d(I) все редкие металлы представляют собой нанолюминофоры, которые можно рассматривать как чувствительные молекулярные зонды для исследования структуры угля. Подчеркнуто, что влияние размерных эффектов на кинетику затухания
люминесценции и аномальную термализацию редких земель нетрудно получить экспериментально. Фрактальная размерность угля Шубарколя равна 2,60, что ниже, чем у антрацита – 2,74. В мезопористой структуре угля Шубарколя весьма развита адсорбция примесей редких металлов вследствие формирования на поверхности этих мезопор адсорбционных слоев, которые приводят к объемному заполнению этих пор путем механизма капиллярной конденсации.
Keywords: поверхностный слой, редкий металл, наноструктура, мезоструктура, атомный объем, размерный эффект, угольное вещество, фрактал.

5. НАНОХИМИЯ � стр. 747

С.А. Бибанаева
Синтез алюмосиликатных цеолитов в условиях глиноземного производства � стр. 747
Abstract: Работа посвящена изучению возможности получения синтетических алюмосиликатных цеолитов натрия и кальция из оборотных растворов глиноземного производства гидрощелочным способом. Изучен химический качественный и количественный состав, морфология цеолитов, полученных в
условиях высокотемпературного автоклавного выщелачивания. Проведены рентгенофазовые
исследования, направленные на определение состава и структуры полученных алюмосиликатных цеолитов. Показана перспективность метода автоклавного синтеза синтетических цеолитов с высоким выходом конечного продукта с размером частиц не более 5 мкм. Установлено, что способ позволяет осуществить производство цеолитов параллельно технологической схеме переработки бокситов на глиноземном заводе, при этом минимально утяжеляя производственный процесс. Полученный алюмосиликатный цеолит обладает широким спектром применения в различных
отраслях. По результатам исследований было подано 2 заявки на получение патентов на изобретение.
Keywords: оборотный раствор, цеолит, алюмосиликат кальция, переработка, оксид кальция, глиноземное производство.

А.В. Блинов, К.С. Сляднева, А.А. Гвозденко, А.Б. Голик, М.А. Тараванов, Е.Д. Назаретова
Влияние скорости перемешивания реакционной смеси на дисперсные характеристики наноэмульсии жирорастворимого витамина Е (альфа-токоферол ацетат) � стр. 754
Abstract: В статье представлены результаты исследования влияния скорости перемешивания на дисперсные характеристики наноэмульсий жирорастворимого витамина E (альфа-токоферол ацетат). Скорость перемешивания варьировали в диапазоне 3000-22500 об/мин. В качестве выходного параметра рассматривали средний гидродинамический радиус мицелл жирорастворимого витамина E, который определяли методом динамического рассеяния света. Установлено, что в результате синтеза формируются мицеллы эмульсии жирорастворимого витамина E, имеющие мономодальное распределение по размерам. Наименьший средний гидродинамический радиус частиц составил 22 нм. Установлено, что увеличение скорости перемешивания с 3000 до 22500 об/мин вызывает уменьшение среднего гидродинамического радиуса мицелл. Наибольшие изменения наблюдаются при τ = 30 с, уменьшение среднего гидродинамического радиуса мицелл Rm происходит в 3,3 раза (с 210 до 63 нм). Важно отметить, что увеличение других параметров синтеза также приводит к уменьшению значения среднего гидродинамического радиуса мицелл наноэмульсий витамина Е. При ν = 22500 об/мин увеличение времени перемешивания с τ = 30 с до τ = 270 с приводит к уменьшению Rm на 19 нм (с 63 до 44 нм).
Keywords: витамин E, наноэмульсии, гидродинамический радиус, скорость перемешивания.

А.А. Блинова, М.А. Ясная, Д.Г. Маглакелидзе, М.А. Тараванов, В.А. Лапин, П.С. Леонтьев
Исследование структуры и свойств силиката цинка, стабилизированного L-гистидином � стр. 763
Abstract: В данной работе представлены результаты исследования процесса стабилизации наночастиц силиката цинка с использованием аминокислоты L-гистидина. В качестве прекурсора использовали ацетат цинка, в качестве осадителя – силикат натрия, стабилизатором выступала аминокислота L-гистидин. Синтез осуществляли методом химического осаждения в водной среде. Провели синхронный термический анализ, в результате которого установлено, что добавление аминокислоты
в наноразмерный силикат цинка оказывает большое влияние на кристаллическую структуру и термические переходы для данного материала. Далее провели рентгенофазовый анализ, который показал, что частицы силиката цинка имеют аморфную структуру и находятся в наноразмерном состоянии. Затем исследовали процесс взаимодействия аминокислоты с частицей силиката цинка методом ИК-спектроскопии. Результаты исследования показали, что стабилизация частиц сопровождается образованием химической связи между кремнием в молекуле силиката цинка и аминогруппой в молекуле L-гистидина.
Keywords: наноразмерный силикат цинка, аминокислота L-гистидин, ацетат цинка, силикат натрия, фазовый состав, синхронный термический анализ, дериватограмма, ИК-спектроскопия, порошковая дифрактометрия.

Е.А. Богданова, В.М. Скачков, К.В. Нефедова
Разработка композиционных смесей на основе гидроксиапатита и биогенных элементов для формирования биоактивных покрытий � стр. 771
Abstract: Упрочненный композиционный материал с пористой структурой получен путем механохимичекого
синтеза наноструктурированного гидроксиапатита, синтезированного методом осаждения из водного раствора, с армирующими добавками диоксида циркония и кремниевой кислоты. В качестве связующего вещества использован пищевой желатин. Оценено влияние фазового состава на физико-
химические свойства покрытий (адгезионная прочность, микротвердость, удельная поверхность, микроструктура). Установлено, что использование композиционного материала совместно с желатином в составе биоактивного покрытия позволяет повысить его твердость и адгезионную прочность. На разработанные биоактивные покрытия на основе наноразмерного гидроксиапатита и биогенных элементов со связующим агентом подана заявка на патент. Разработан состав сухой смеси на основе гидроксиапатита, что обеспечивает длительный срок хранения без негативных последствий и создает простые условия транспортировки. Разведение сухой смеси дистиллированной водой дает суспензию, которую удобно использовать для нанесения покрытий на имплантаты любой конфигурации.
Keywords: гидроксиапатит, композиционные материалы, биогенные элементы, желатин, коллаген, биоматериал, биоактивные покрытия, адгезия.

В.К. Крутько, Л.Ю. Маслова, О.Н. Мусская, А.И. Кулак
Композиты на основе кальцийфосфатной пенокерамики и геля гидроксиапатита � стр. 781
Abstract: Получены биоактивные кальцийфосфатные композиты, состоящие из открытопористой многофазной кальцийфосфатной пенокерамики на основе α / β-трикальцийфосфата, β-пирофосфата кальция, биомиметического апатита и 5% геля гидроксиапатита при соотношении по массе (пенокерамика / гель гидроксиапатита) 1:3 и 1:10. Предварительное модифицирование кальцийфосфатной пенокерамики биомиметическим апатитом в концентрированном растворе SBF×5 позволяет увеличить статическую прочность до 0,05 МПа при незначительном снижении пористости и сохранении открытопористой структуры пенополиуретана. Кальцийфосфатные композиты обладают повышенной резорбируемостью в SBF×5 и в 3-5 раз быстрее резорбируются по сравнению с кальцийфосфатной пенокерамикой. Присутствие значительного количества геля гидроксиапатита дополнительно ускоряет резорбцию кальцийфосфатной пенокерамики и протекающие процессы формирования апатита с участием ионов раствора SBF×5 за счет высокой реакционной способности. Полученные кальцийфосфатные композиты могут быть использованы в регенеративных методах лечения для заполнения костных дефектов в ненагруженных областях.
Keywords: кальцийфосфатная пенокерамика, трикальцийфосфат, гель гидроксиапатита, simulated body fluid, биомиметический апатит, резорбируемость.

В.К. Крутько, А.Е. Дорошенко, О.Н. Мусская, А.И. Кулак
Получение октакальцийфосфата в водной среде при взаимодействии кальцита с монокальцийфосфатом моногидратом � стр. 782
Abstract: В водной среде из суспензии CaCO3 / Ca(H2PO4)2 при соотношениях Ca/P 1,33, 1,50, 1,67, pH 5-7 и времени созревания 21-50 сут получены кальцийфосфатные композитные порошки, состоящие из брушита и кальцита. Продолжительное созревание (до 68 сут) композитных кальцийфосфатных порошков приводило к гидролитическому переходу брушита в октакальцийфосфат, количество которого увеличивалось с увеличением длительности стадии созревания. Высушивание кальцийфосфатных порошков при 37°С в течение 24 ч способствовало частичному переходу метастабильной фазы октакальцийфосфата в апатит, представленный аморфным фосфатом кальция. Наличие на ИК-спектрах плеча колебаний О–Н при 633 см-1 указывает на присутствие апатита в кальцийфосфатных порошках. Использование электрического тока (20 мА/см2, 3–20 мин) для локального повышения значения pH позволило увеличить количество октакальцийфосфата в составе
композитного порошка, обладающего характерной морфологией розеток из тонких пластинчатых кристаллитов.
Keywords: октакальцийфосфат, кальцит, монокальцийфосфат моногидрат, брушит, апатит, гидролитическое созревание.

И.С. Медянкина, К.И. Светлакова, Л.А. Пасечник
Формирование гидроксосиликата кобальта в матрице аморфного кремнезема � стр. 800
Abstract: Предложено получение гидроксосиликата кобальта Co3(Si2O5)2(OH)2 в матрице высокодисперсного аморфного кремнезема. Показано, что образование гидроксосиликата, сочетающего в структуре координированные кремнезем- и кобальт-кислородные полиэдры, а также наличие поверхностных гидроксильных групп способствуют сохранению высокой удельной площади поверхности, характерной для аморфного SiO2, и эффективному проявлению фотокаталитических свойств благодаря наличию кобальта (2+), обладающего высокой реакционной способностью. В качестве
методов синтеза композитов SiO2/Co предложены гидрохимические методы путем пропитки и автоклавной обработки золя кремнезема в растворе формиата кобальта. Прослежено влияние изменения количества вводимого кобальта на состав, структуру и свойства композитного материала на основе SiO2. Композиты SiO2/Co апробированы в реакции фотоокисления гидрохинона при воздействии ультрафиолетового излучения. Наибольшая степень разложения гидрохинона, составляющая 84% за 18 часов, достигнута для SiO2/Co с молярным соотношением компонентов Co: Si = 0,01:1.
Keywords: аморфный кремнезем, силикат кобальта, гидротермальный синтез, механосинтез, микроструктура, фотокатализ, гидрохинон.

О.Н. Мусская, В.К. Крутько, А.И. Кулак, Е.Н. Крутько
Модифицирование волоконных целлюлозных материалов аморфизированными фосфатами кальция и наночастицами меди � стр. 811
Abstract: Этерификацией поверхности целлюлозных носителей фосфорной кислотой в присутствии мочевины
получены волоконные материалы, характеризующиеся повышенной степенью набухания в водных средах (в 1,1-1,5 раза). Боргидридным методом с использованием натриевой соли карбоксиметилцеллюлозы в качестве полимера-стабилизатора синтезированы наночастицы меди и их композиты с аморфизированными фосфатами кальция. Полученные коллоидные растворы меди и их композиты с гидроксиапатитом характеризуются стабильностью от нескольких суток до 2 месяцев. Выявлено, что модифицирование целлюлозных (исходных и фосфорилированных) материалов иммерсионным методом с использованием водных составов, содержащих аморфизированные фосфаты кальция, наночастицы меди либо композиты на их основе, в присутствии натриевой соли карбоксиметилцеллюлозы и аскорбиновой кислоты при величине рН 6 и 11 приводит к снижению кристалличности полимерного носителя. Методом ИК-спектроскопии показано, что аморфизация
модифицированных волоконных целлюлозных материалов обусловлена изменением статической однородности системы водородных связей в структуре полимера.
Keywords: целлюлоза, фосфорилированная целлюлоза, натриевая соль карбоксиметилцеллюлозы, аморфизированные фосфаты кальция, гидроксиапатит, наночастицы меди.

А.А. Остроушко, Т.Ю. Жуланова (Максимчук), Е.В. Кудюков, И.Д. Гагарин, О.В. Русских
Синтез нанопорошков манганита лантана в реакциях горения под действием электромагнитного поля � стр. 820
Abstract: Методом горения нитрат-органических прекурсоров разного состава были синтезированы образцы манганита лантана, допированного стронцием. Процесс горения реализовали в условиях воздействия внешнего переменного электромагнитного поля и в его отсутствие. Обнаружено, что в ходе горения прекурсоров происходит термохимическое генерирование зарядов, зафиксированное как разность потенциалов прекурсор-земля. Показано, что состав исходного прекурсора (органический компонент и его количество), а так же присутствие внешнего переменного электромагнитного поля оказывают влияние на величину возникающей разности потенциалов, варьировавшейся от -7 до 125 В. Наличие внешнего поля приводило к сдвигу возникающей разности потенциалов в сторону положительных значений. Показана взаимосвязь между изученными электромагнитными свойствами (намагниченность насыщения, коэрцитивная сила, температура Кюри) полученных образцов и разностью потенциала прекурсор – земля, возникающей в ходе синтеза. Значения температуры Кюри варьировались в области 38-79°С для образцов, полученных под влиянием переменного электро-магнитного поля, и 49-104°С – в его отсутствие.
Keywords: Сложные оксиды, манганит лантана, синтез, реакции горения, заряды, электромагнитное поле, магнитные свойства.

А.А. Остроушко, С.Ю. Меньшиков, Д.А. Роженцев, Н.К. Ткачев, А.Я. Голуб, М.О. Тонкушина
Наноструктурированные катализаторы эмульсионной полимеризации скипидара под воздействием персульфата калия � стр. 829
Abstract: Показана каталитическая активность в реакции водно-эмульсионной полимеризации скипидара
нескольких наноструктурированных материалов: нанокластерный полиоксометаллат кеплератного типа Mo72Fe30, нанопористое железо и нанопористый композит интерметаллидов Pd2In@Pd3In, полученные деаллоингом эквиатомных сплавов Fe – Mn и Pd – In. Выход чистых политерпеновых смол при использовании инициирования персульфатом калия зависит от характера контактирования катализаторов и субстратов: жидкое-жидкое или твердое-жидкое-жидкое: для растворов полиоксометаллата и нанопористых металлических образцов, соответственно. В качестве реакционной среды для сравнения была взята система, не содержавшая катализаторы. На основе полученных данных о температуре размягчения определена молекулярная масса образцов смолы. Для идентификации полученных продуктов использован метод инфракрасной спектроскопии. В реакционной среде (преимущественно водной) после выделения политерпеновых смол при помощи
хроматографического анализа обнаружены такие ценные продукты как альфа–терпинеол, используемый как полупродукт для получения ароматизаторов и флотагент.
Keywords: наноструктурированные катализаторы инициирования, полиоксометаллаты, металлы, эмульсионная полимеризация, скипидар, политерпеновые смолы, персульфат калия.

Н.В. Пермяков, А.И. Лебедева, Е.В. Мараева
Создание и исследование материала на основе гидроксиапатита и поликапролактона для экструзионной трехмерной печати � стр. 838
Abstract: Работа посвящена поиску научно-технического решения по созданию филаментов на основе гидроксиапатита и поликапролактона для экструзионной трехмерной печати. Порошки гидроксиапатита получены методом химического осаждения с использованием микроволнового излучения, определен средний размер частиц в порошке. Предлагаются варианты создания филамента методом экструзии на основе композиции гидроксиапатита и поликапролоктона для последующей печати скаффолдов — временных каркасов, необходимых для формирования новых функциональных тканей. Получены изображения поверхности гидроксиапатита кальция с помощью сканирующего зондового микроскопа для оценки параметров шероховатости поверхности, являющейся одним из важнейшим факторов для успешной адгезии клеток к поверхности скаффолда при процессах остеоинтеграции.
Keywords: гидроксиапатит, поликапролактон, трехмерная печать, нанокомпозит, скаффолд, сканирующая зондовая микроскопия.

ФХ-2021 Обложка (первый лист)

Предисловие � стр. 7

1. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ НАНОЧАСТИЦ, НАНОСИСТЕМ И НАНОМАТЕРИАЛОВ � стр. 8

X. Баззал, Е.С. Воропай, Н.А. Алексеенко, М.Н. Коваленко, H.Trinh. Ngoc, А.П. Зажогин
Исследования процессов образования нанопорошков Al2O3 и Al в плазме при воздействии расфокусированных сдвоенных лазерных импульсов на алюминий в атмосфере воздуха � стр. 8
Abstract: Изучено влияние величины и типа расфокусировки сдвоенных лазерных импульсов на целенаправленное формирование компонентного и зарядового состава лазерной плазмы при воздействии сдвоенных лазерных импульсов на мишень из алюминиевого сплава АД1 (спектрометр LSS-1). Показано, что при расфокусировке более +1 мм интенсивность линии ионов Al III увеличивается в несколько раз в сравнении с нулевой расфокусировкой, интенсивность линий ионов Al II , N II также более менее монотонно увеличивается. Одновременно с этим интенсивность полос AlO практически становится равным нулю. При значении величины расфокусировки 1 мм проведены исследование процессов образования смешанных нанопорошков Al2O3 и Al при воздействии последовательных серий сдвоенных лазерных импульсов энергией 53 мДж и меж-импульсным интервалом 10 мкс на алюминиевую мишень, помещенную в закрытую стеклянную прямоугольную кювету. Размер первичных частиц Al2O3 оцененный с помощью электронной микроскопии высокого разрешения, преимущественно составил 30-40 нм, а Al – 45-60 нм. Частицы собраны в агломераты.
Keywords: оксидированные нанопорошки Al, Al2O3, субоксиды AlO, импульсное лазерное распыление, лазерная плазма, лазерная искровая спектрометрия, многозарядные ионы, сдвоенные лазерные импульсы.

Д.П. Бернацкий, В.Г. Павлов
Полевая десорбция интеркалированных атомов цезия с графена на грани (100) иридия � стр. 18
Abstract: С помощью полевой десорбционной микроскопии исследована десорбция атомов цезия с квазисферической науглероженной поверхности монокристалла иридия. Получены полевые электронные и десорбционные изображения поверхности при образовании графена на грани (100) иридия. Полевые электронные изображения поверхности эмиттера до интеркалирования и после интеркалирования графена атомами цезия не изменяются. Электрическое поле стимулирует десорбцию атомов цезия из интеркалированного состояния, вследствие разрыва связей крайних атомов углерода с поверхностью грани (100) иридия. С помощью покадровой регистрации показана возможность наблюдения локализации дефектов графенового слоя на поверхности полевого эмиттера. Показано, что полевая десорбция атомов цезия из интеркалированного состояния начинается с дефектов графена расположенных по периметру островка графена. Обнаружено, что десорбционные центры могут располагаться не только по периметру графенового островка, но и в центральной его части в случае образования неупорядоченного графена.
Keywords: полевая десорбционная микроскопия, графен, полевой эмиттер, щелочные металлы, интеркалирование.

Д.П. Бернацкий, В.Г. Павлов
Полевая десорбционная микроскопия полевых электронных эмиттеров с углеродным покрытием � стр. 25
Abstract: Полевые электронные эмиттеры в форме металлического острия с пленкой углерода на поверхности обладают рядом перспективных эксплуатационных свойств. Характеристики эмиттера зависят от фазового состава, толщины и однородности пленки. Определение параметров пленок толщиной в один или несколько моноатомных слоев представляет определённые трудности. В данной работе образование и характеристики углеродных наноструктур на поверхности полевых эмиттеров из иридия и рения исследуются с помощью полевой десорбционной микроскопии непрерывного режима. На полевых десорбционных изображениях области углеродных наноструктур проявляются в виде локальных вспышек (лавинообразная десорбция). При покадровом анализе видеозаписей вспышек обнаружено несколько стадий формирования вспышек и выявлены различия в протекании десорбции с углеродных наноструктур на иридии и на рении. Обнаруженные различия объясняются образованием на иридии однослойного,на рении многослойного графена. Десорбционные изображения выявляют неоднородности и локальные различия толщины пленки. Показано, что полевая десорбционная микроскопия непрерывного режима позволяет определять закономерности формирования полевых десорбционных изображений различных углеродных наноструктур, в частности, однослойного и многослойного графена на поверхности полевого эмиттера, и проводить диагностику поверхности после науглероживания и контролировать однородность получаемого покрытия. Получаемые данные полезны для разработки технологии эффективных полевых электронных эмиттеров.
Keywords: полевая десорбция, углерод, наноструктуры, рений, иридий, полевые эмиттеры.

А.В. Блинов, А.А. Гвозденко, А.В. Блинова, А.В. Кобина, А.Б. Голик, Д.Г. Маглакелидзе, О.К. Вишницкая
Определение оптимальных параметров синтеза наночастиц серебра, стабилизированных полиэтиленгликолем � стр. 32
Abstract: В рамках данной работы представлены результаты исследования влияния концентраций стабилизатора и прекурсора на процесс синтеза наночастиц серебра. В качестве прекурсора использован нитрат серебра, а в качестве стабилизатора – полиэтиленгликоль с молекулярной массой от 200 до 600 Да. Синтез осуществляли методом химического восстановления в водной среде. Полученные образцы исследовали фотонно-корреляционной спектроскопией и спектрофотометрией. Установлено наличие характеристической полосы поглощения на 400 нм в спектрах поглощения всех образцов наноразмерного серебра, стабилизированного полиэтиленгликолем, что обусловлено возникновением поверхностного плазмонного резонанса у металлических наночастиц серебра. Также установлено, что при наибольшей и наименьшей концентрации стабилизатора, равных, соответственно, 0,005 и 0,1 мас.%, в реакционной системе наблюдается формирование крупных частиц серебра со средним гидродинамическим радиусом от 132 до 1900 нм. В результате определены оптимальные параметры синтеза агрегативно устойчивых наночастиц серебра: концентрация нитрата серебра См(AgNO3) =0,05 M и концентрация полиэтиленгликоля, равная 0,01 — 0,05 %. Проведено компьютерное квантово- химическое моделирование. Установлено, что энергетически выгодным является взаимодействие атома серебра с концевой гидроксогруппой в молекуле полиэтиленгликоля в элементарном акте взаимодействия при стабилизации наночастиц серебра данным полимером. Данный тип взаимодействия характеризуется абсолютной химической жесткостью, равной η=0,146 эВ, и внутренней энергией Е=—2048,34 ккал / моль.
Keywords: наночастицы серебра, полиэтиленгликоль, стабилизатор, прекурсор, спектрофотометрия, плазмонный резонанс, фотонно-корреляционная спектроскопия, компьютерное квантово-химическое моделирование.

А.Н. Болотов, О.О. Новикова
Вискозиметрия нанодисперсных магнитных жидкостей и смазочных масел. 1. Приборное обеспечение реологических исследований магнитных нанодисперсных жидких сред � стр. 44
Abstract: Анализ литературных источников показывает, что существующие вискозиметры не всегда и не полностью могут обеспечить комплексные исследования магнитных наножидкостей для научных и практических целей. Разработана конструкция магнитного ротационного вискозиметра, на котором исследования могут проводиться в широком диапазоне значений индукции магнитного поля. Магнитное поле в приборе направлено ортогонально напряжению сдвига и может изменяться от нуля до 1,7·105 А/м. Прибор имеет два измерительных зазора заполненных жидкостью, что повышает точность результатов исследований маловязких жидкостей. Вискозиметр позволяет измерять стандартные характеристики магнитных наножидкостей (коэффициент вязкости, пластическая вязкость, предельное напряжение сдвига и др.), а также изучать структурные особенности жидкостей при сдвиговых напряжениях. Скорость сдвига в жидкости может стабильно поддерживаться в широком диапазоне  (1÷5)·103  с-1. Вязкость исследуемых жидкостей может изменяться от 10-3 Па·с  до ≈102 Па·с. Для исследований на вискозиметре требуется небольшое количество магнитной наножидкости объемом около 3,5 см3. Математическое описание процесса ламинарного течения жидкости в кольцевом зазоре вискозиметра позволило оптимизировать его геометрические размеры и получить формулы для расчета коэффициента вязкости, напряжения сдвига и скорости сдвига, используя экспериментальные данные.
Keywords: магнитная наножидкость, реология, коаксиальный вискозиметр, напряжение сдвига, скорость сдвига, коэффициент вязкости, магнитное поле, внешнее и внутреннее трение.

А.Н. Болотов, О.О. Новикова, В.В. Мешков
Вискозиметрия нанодисперсных магнитных жидкостей и смазочных масел. 2. Метрологический анализ прибора для реологических исследований магнитных нанодисперсных жидких сред � стр. 56
Abstract: Проведен анализ основных источников методических погрешностей магнитного ротационного вискозиметра, позволивший усовершенствовать конструкцию и исключить критические режимы исследований. Теоретическая оценка систематической погрешности прибора показала, что значение относительной ошибки измерений можно довести до значения менее 1%. Наибольший вклад в систематическую погрешность прибора вносит нестабильность температурного режима исследуемой наножидкости и неточность определения высоты слоя жидкости, контактирующего с измерительным цилиндром. Измерение вязкости эталонных жидкостей на магнитном вискозиметре показало, что экспериментальные значения незначительно, примерно на 0,9% завышены. Тарировка прибора на различных эталонных жидкостях позволила снизить суммарную ошибку измерений до десятых долей процента. Магнитный ротационный вискозиметр может найти применение при нестандартных научных исследованиях структуры и реологических характеристик наножидкостей, для оперативного контроля процессов синтеза магнитных жидкостей и аттестации магнитных наножидкостей, предназначенных для технического применения.
Keywords: магнитная наножидкость, реология, вискозиметр, напряжение сдвига, скорость сдвига.

Н.Н. Большакова, Е.В. Вахтеров, А.И. Иванова, Б.Б. Педько, Е.М. Семенова
Термоиндуцированные доменные процессы в хромсодержащих кристаллах триглицинсульфата � стр. 65
Abstract: В работе представлены результаты исследований термоиндуцированных доменных процессов в хромсодержащих кристаллах триглицинсульфата. Показано, что изменение температуры кристаллов ТГС:Cr3+ в отсутствие внешних электрических полей сопровождается перестройкой доменной структуры, которая наиболее интенсивно происходит в области фазового перехода. Деполяризующее поле величиной ~1,4·105 В∙м-1, которое порождается градиентным изменением температуры образца, вызывает процесс переключения его доменной структуры. В неотожженных кристаллах при концентрациях примеси, превышающих 5·10-3 вес. % процессы переключения затруднены, а интенсивность термоиндуцированных доменных процессов существенно ниже аналогичных для образцов с меньшим содержанием примеси. На интенсивность процессов переключения кристаллов ТГС :Cr3+ существенное влияние оказывает скорость их нагревания. Зависимости интегрального числа скачков переполяризации от скорости нагревания образцов  N=f (V)  носят экстремальный характер. Экстремумы кривых  N= f (V) лежат в интервалах скоростей (0,2—0,8) K·c-1. Доменная структура кристаллов ТГС :Cr3+ состоит из матрицы основного домена, линзовидных и ламелеобразных доменов. Под воздействием электронного пучка наблюдается эволюция доменной структуры, сопровождающаяся ростом доменов, их слиянием и переключением образца. Высокотемпературный отжиг кристаллов приводит к их полидоменизации.
Keywords: триглицинсульфат, доменная структура, лиганд, процессы переключения, отжиг.

В.А. Грешняков, Е.А. Беленков
Формирование нового алмазоподобного бислоя на основе графена 5-7 � стр. 76
Abstract: Выполнены первопринципные расчеты структуры и свойств орторомбического графена L5-7 и нового алмазоподобного бислоя, формируемого на его основе. Расчеты методом теории функционала плотности показали, что графен L5-7, состоящий из топологических дефектов Стоуна-Уэльса, должен устойчиво существовать при нормальных условиях, и его структура должна волнообразно гофрироваться. При сильном одноосном сжатии бислойного графена L5-7 может происходить формирование нового алмазоподобного бислоя DL5-7. Давление фазового перехода «L5-7 → DL5-7» составляет 10,1 ГПа, когда межслоевое расстояние в бислойном графене уменьшается до 1,61 Å. Этот бислой имеет орторомбическую кристаллическую решетку (pbam) с параметрами a=10,145 Å и b=5,270 Å. Элементарная ячейка бислоя DL5-7 pbam содержит 32 атома углерода. Длины связей изменяются в интервале от 1,5590 до 1,6226 Å, тогда как углы между связями принимают значения от 89,62 до 140,8°. Структура алмазоподобного бислоя должна быть стабильна до 270 К. Рассчитанные значения поверхностной плотности и разностной полной энергии этого бислоя относительно полной энергии алмаза равны  1,19·10-5  г/см2 и 1,31 эВ/атом, соответственно. Бислой DL5-7 pbam должен быть полупроводником с шириной прямой запрещенной зоны 1,63 эВ.
Keywords: графен, топологические дефекты, алмазоподобный слой, первопринципные расчеты, кристаллическая структура.

О.С. Гусева, О.В. Малышкина, А.И. Иванова, К.Н. Бойцова
Особенности структуры керамики на основе ниобата бария – кальция � стр. 85
Abstract: В работе получены и исследованы образцы керамики на основе ниобата бария – кальция CaxBa1-xNb2O6, с различным процентным соотношением бария и кальция (с x =1; 0,9; 0,8; 0,7 ; 0,6 ; 0,5; 0,4 ; 0,3; 0,2 ; 0,1 и 0). Исследовано влияние температуры спекания на структуру и диэлектрические свойства керамики. Одна партия образцов спекалась при температуре 1100°С, вторая при температуре 1250°С. Показано, что температуры спекания 1100°С не достаточно для получения хороших сегнетоэлектрических свойств, а процесс рекристаллизации зерен не завершен. Согласно исследованиям элементного состава, у образцов, спеченных при температуре 1250°С с содержанием  Ca≥0,5 , атомы Ba присутствуют не во всех зернах, что оказывает влияние и на ход температурных зависимостей диэлектрической проницаемости. По диэлектрическим свойствам выделяется образец с  x=0,3 .
Keywords: пьезоэлектрическая керамика, ниобат бария — кальция, бессвинцовые материалы, структура зерен, диэлектрическая проницаемость.

О.В. Девицкий, А.А. Кравцов, И.А. Сысоев
Исследование состава пленок GaAs1-yBiy, полученных методом импульсного лазерного напыления � стр. 96
Abstract: Методом одноосного холодного прессования были изготовлены мишени  GaAs1-y Biy  с содержанием Bi 1 и 22 %. Из полученных мишеней впервые было проведено импульсное лазерное напыления тонких пленок  GaAs1-y Biy на подложках GaAs и Si . Были исследованы состав, спектры комбинационного рассеяния и фотолюминесценции тонких пленок GaAs1-y Biy, полученных из мишеней с содержанием Bi 1 и 22 %. По данным спектров фотолюминесценции тонких пленок  GaAs1-y Biy на подложках GaAs определено, максимальное содержание Bi в пленках не превышает 2,7 %. Полученные результаты хорошо коррелируют с результатами энергодисперсионного анализа, состав пленок, полученных из мишеней с содержанием Bi 1 и 22 % — GaAs0,975Bi0,025 и GaAs0,973Bi0,027. Установлено, что фононная мода  LO (GaBi).  связанная с нарушением упорядоченности при смешении фаз GaAs и GaBi , находиться на частоте 181 см-1. Для тонкой пленки, полученной на подложке Si наблюдалась мода LO (GaAs) , которая менее выражена и смещена на 3 см-1 влево, в то время как запрещенная правилами отбора мода TO (GaAs) имеет более высокую интенсивность и ее смещение составляет около 1 см-1 относительно частоты  TO (GaAs) моды тонкой пленки, полученной на подложке GaAs.
Keywords: тонкие пленки, импульсное лазерное напыление, GaAs 1-y Bi y , комбинационное рассеяние света, фотолюминесценция.

О.В. Девицкий
Морфология поверхности и структура тонких пленок InGaAsN на Si � стр. 106
Abstract: Методом импульсного лазерного напыления в атмосфере аргоно-азотной газовой смеси из мишени In0,02Ga0,98As впервые были получены тонкие пленки InGaAsN на подложках GaAs и Si . Мишень In0,02Ga0,98As формировалась методом одноосного прессования из порошков GaAs и InAs. Методами атомно силовой микроскопии и рентгеновской дифракции исследованы морфология поверхности и структура данных тонких пленок. Показано, что пленки In0,02Ga0,98As1-yNy на Si имеют средний размер кристалла 0,93 нм, а пленки и In0,02Ga0,98As1-yNy  на GaAs — 0,99 нм. Определено, что уменьшение давления аргоно-азотной смеси при импульсном лазерном напылении тонких пленок 0,02 0,98 1-y y In Ga As N  на подложках GaAs и Si приводит к снижению значения среднеквадратичной шероховатости поверхности. Наименьшую среднеквадратическую шероховатость равную 0,25 нм имела тонкая пленка In0,02Ga0,98As1-yNy на подложке GaAs, полученная в вакууме, наибольшую среднеквадратическую шероховатость имела тонкая пленка In0,02Ga0,98As1-yNy  на подложке Si , полученная при давления аргоно-азотной смеси от 10 Па — 19,37 нм.
Keywords: InGaAsN , импульсное лазерное напыление, спектры комбинационного рассеяния света, тонкие пленки.

А.Х. Дышекова, А.М. Кармоков, А.И. Хасанов, Р.М. Калмыков, З.В. Шомахов
Морфология и состав границы раздела монокристаллов хлорида натрия со свинцом � стр. 115
Abstract: Методами электронной микроскопии и рентгеноспектрального анализа исследована межфазная граница раздела жидкого свинца с хлоридом натрия после охлаждения и разрыва контакта. На поверхностях разрыва образцов обнаружено накопление поверхностно-активных примесей, содержащихся как объеме свинца, так и в хлориде натрия. Как показывают результаты рентгеноспектрального анализа, содержание примесей на поверхности подложки хлорида натрия превышает объемное содержание на несколько порядков. На поверхности свинца также наблюдается значительное накопление примесей кремния и индия. В исследованных образцах наблюдается анизотропия растекания жидкого свинца по поверхности монокристаллов хлорида натрия. Линия разрыва, затвердевшей капли свинца с монокристаллической поверхностью хлорида натрия ориентации (110) , заметно отклоняются от круга. Кроме того, на электронно-микроскопическом изображении межфазной поверхности свинца после отрыва от подложки хлорида натрия ориентации (100) , наблюдаются участки в виде «сигары», в которых обнаружено накопление примесей. Данные участки имеют ориентации, совпадающие с кристаллографическим направлением подложки.
Keywords: свинец, хлорид натрия, электронная микроскопия, межфазная граница, рентгеноспектральный анализ.

В.В. Ефремов, М.Н. Палатников, О.Б. Щербина
Метастабильное состояние с высокой электропроводностью в Li0,12Na0,880,25Nb0,75O3 синтезированном при высоком давлении � стр. 123
Abstract: Представлены результаты исследования сегнетоэлектрического твердого раствора Li0,12Na0,88Ta0,25Nb0,75O3 со структурой перовскита, основанного на ниобате натрия и синтезированного в условиях высокого давления и температуры. Методом импеданс спектроскопии в области температур 290 — 800 К были определены значения удельных проводимостей на постоянном токе, энергии активации носителей заряда и реальная часть диэлектрической проницаемости. Показана эволюция температурных аномалий удельной проводимости и диэлектрической проницаемости при термоциклировании. Обнаруженные эффекты связаны со структурными фазовыми переходами, определена температура Кюри. Li0,12Na0,88Ta0,25Nb0,75O3 претерпевает фазовый переход второго рода. Установлено, что в Li0,12Na0,88Ta0,25Nb0,75O3 образуется метастабильная фаза, обладающая высокой электропроводностью в области комнатной температуры. При нагреве выше температуры Кюри данная фаза разрушается. Обсуждаются возможные механизмы обнаруженных явлений.
Keywords: импеданс спектроскопия, твердые растворы на основе ниобата натрия, высокое давление, метастабильная фаза, фазовые переходы.

А.Д. Зигерт, Г.Г. Дунаева, Н.Ю. Сдобняков
Фрактальный анализ лабиринтной доменной структуры феррит-гранатовых пленок в процессе перемагничивания � стр. 134
Abstract: В данной работе с использованием комплекса экспериментальных методик и специализированного программного обеспечения исследуются магнитные висмутсодержащие феррит-гранатовые пленки, выращенные на подложках из гадолиний-галлиевого граната. Методом оптической магнитометрии получены предельные петли магнитного гистерезиса для дефектных и бездефектных участков висмутсодержащих феррит-гранатовых пленок. Установлено, что вдали от дефектов петля демонстрирует бескоэрцитивное поведение в пределах погрешности. Для случая перемагничивания вблизи дефекта появляется коэрцитивное состояние с HcI ~ 1 Э. Для разных участков предельной петли магнитного гистерезиса определена фрактальная размерность. Полученные значения лежат в диапазоне DL=1,35÷1,46 для произвольного участка пленки и DL=1,37÷1,54 для участка с дефектами. Определены типичные морфологические характеристики поверхности висмутсодержащей феррит- гранатовой пленки. Полученные результаты позволяют для эпитаксиальных висмутсодержащих магнитных пленок феррит-граната прогнозировать взаимосвязь между значением намагниченности и значением фрактальной размерности.
Keywords: магнитные пленки, феррит-гранат, объемные дефекты, доменная структура, коэрцитивная сила, фрактальная размерность, нанорельеф.

В.И. Иванов, С.А. Пячин
Сепарация частиц в полидисперсной наносуспензии в поле лазерного излучения � стр. 146
Abstract: На основе стационарного решения уравнения диффузии изучена сепарация наночастиц в прозрачной полидисперсной водной суспензии с различными типами распределений по размерам под действием силы светового давления, возникающей в поле лазерного излучения интенсивностью 0,5—500 кВт/см2. Установлено, что на дно кюветы преимущественно будут осаждаться частицы радиусом более 100 нм, а концентрация более мелких наночастиц во всем объеме суспензии останется без изменений. В случае симметричного начальное распределения наночастиц по размерам воздействие интенсивного светового пучка на суспензию приводит к нарушению симметрии кривой функции распределения, а также смещению максимума в область меньших размеров частиц на облучаемой поверхности. Если начальное распределение по размерам имеет несимметричный характер, исходное одномодовое распределение частиц по размерам трансформируется в двумодовое. Данная методика может быть использована для выделения
Keywords: лазерное излучение, полидисперсная среда, наночастицы, осаждение, сепарация.

Д.В. Иванов, А.С. Антонов, Е.М. Семенова, А.И. Иванова, В.А. Анофриев, Н.Ю. Сдобняков
Различные схемы получения фрактального рельефа наноразмерных пленок платины � стр. 156
Abstract: В работе исследуется морфология рельефа наноразмерных пленок платины на поверхности слюды с помощью сканирующего зондового (в режиме атомного-силового) и туннельного микроскопов. Пленки платины исследовались непосредственно после их получения на установке магнетронного напыления, а также после отжига в муфельной печи в воздушной атмосфере. Отжиг позволял установить возможные диапазоны изменения фрактальной размерности и высотных параметров, соответствующие деградации нанорельефа. Получены значения фрактальной размерности для пленок разной толщины при двух альтернативных методах исследования на разных исходных масштабах образцов: на основе данных атомно-силового микроскопа – c D=2,17÷2,38 и сканирующего туннельного микроскопа – c D=2,28÷2,50 в зависимости от последовательности напыления слоев и отжига пленок. Выбор последовательности операций магнетронного напыления и отжига и внешних условий позволяют формулировать рекомендации по развитию технологии «выращивания» структур с заданной морфологией поверхности.
Keywords: сканирующая зондовая микроскопия, режим атомно-силового микроскопа, сканирующая туннельная микроскопия, магнетронное напыление, отжиг, нанорельеф, параметры шероховатости, фрактальная размерность, пленки платины.

А.И. Иванова, А.Д. Зигерт, С.А. Третьяков, Е.М. Семенова, Э.Т. Дильмиева, А.Ю. Карпенков, Е.В. Барабанова, Н.Ю. Сдобняков
Микроморфология поверхности быстрозакаленных лент сплавов Гейслера � стр. 166
Abstract: В работе представлены результаты исследований микро- и наноструктуры поверхности быстрозакаленных лент сплавов Гейслера (Ni57Mn21Al22, Ni57Mn21Al19Si3, Ni40Co10Mn34Al16) методами сканирующей электронной и атомно-силовой микроскопии. Рассмотрено влияние химического состава на размер, геометрию границ и структуру зерен. Показано, что все исследуемые образцы обладают наноразмерным мартенситным рельефом, определены его параметры. Установлено, что поперечное сечение лент представлено кристаллическими зернами разной формы и размера, что обусловлено отличием скоростей охлаждения по краям и в центре ленты. Проведено элементное картирование поверхности поперечного сечения лент с помощью рентгеновского энергодисперсионного спектрометра, установлено равномерное распределение химических элементов в образцах. Показано, что легирование лент состава Ni57Mn21Al22 кобальтом вызывает изменение микроморфологии поверхности и оказывает значительное влияние на ход полевых зависимостей намагниченности и доменную структуру образцов.
Keywords: сплавы Гейслера, структурное превращение, быстрозакаленные ленты, микроструктура поверхности, мартенситный рельеф.

А.И. Иванова, К.А. Мариничева, С.А. Третьяков, А.М. Иванов, С.В. Молчанов, И.А. Каплунов
Температурная зависимость оптического пропускания монокристаллов германия � стр. 177
Abstract: Проведены исследования оптического пропускания в диапазоне длин волн 2—14 мкм монокристаллов германия, легированных донорными и акцепторными примесями (удельное сопротивление германия 1—3 Ом·см), в интервале температур от 86К до 523К. Рассчитаны значения коэффициентов ослабления α для исследуемых кристаллов; минимальные значения коэффициентов ослабления (0,0015—0,0231 см-1) в интервале температур от 86К до 323К характерны для монокристаллов германия, легированных сурьмой, в диапазоне 2—11 мкм. Исследования показали, что низкие значения α и коэффициента пропускания τ на длине волны 3,39 мкм для кристаллов Ge:Sb и Ge:Bi позволяют применять эти низкоомные кристаллы германия для газовых гелий-неоновых лазеров при температурах от 86К до 323К. Исследованы температурные изменения геометрии поверхности кристалла на наноразмерном уровне. Показано, что нагрев кристаллического германия приводит к увеличению диффузного отражения излучения от поверхности. Сделан вывод о возможности использования низкоомных кристаллов германия, легированных сурьмой, в качестве элементов инфракрасной оптики в интервале температур 86—373К.
Keywords: монокристаллы германия, температурная стабильность, оптическое пропускание, коэффициент ослабления, нанорельеф поверхности, диффузное отражение.

Р.М. Калмыков, А.М. Кармоков, З.В. Шомахов, А.Х. Дышекова
Наноразмерные структуры в матрице PbTe с примесями CdSe � стр. 187
Abstract: В работе проведены электронно-микроскопические исследования полупроводниковых соединений на основе PbTe с примесями дисперсных фаз CdSe . Как показали результаты исследования, в исходном нелегированном соединении PbTe содержание атомов свинца составляет около 63,8 вес%, а содержание теллура составляет 36,2 вес%, т.е. соответствует стехиометрическому составу. Согласно изображениям электронного микроскопа, эти компоненты равномерно распределены по площади. Результаты исследования также показали, что образующиеся новые фазы имеют размеры зерен от 90 нм до 2 мкм. Полученные значения параметра решетки для соединения теллурида свинца и сингония хорошо согласуются с литературными данными. Структура образующихся фаз имеет такую же симметрию, как и исходное нелегированное соединение PbTe , гранецентрированную кубическую решетку с классом симметрии Fm3m . В молекулах новых образующихся фаз, в которых преобладают содержания элементов Cd и Se, обнаружено изменение сингонии кристаллической решетки.
Keywords: теллурид свинца, селенид кадмия, наноразмерные структуры, параметр решетки, фазовые изменения.

Е.С. Карташинская
К оценке площади, приходящейся на молекулу пав в 2D-монослое, при переходе от жидко-растянутой к жидко-конденсированной фазе на поверхности вода/воздух � стр. 196
Abstract: Предложен метод оценки площади Ac , приходящейся на молекулу монослоя ПАВ, вначале перехода от жидко-растянутой к жидко-конденсированной фазе на основе двух теоретических моделей. Термодинамическая модель поведения дифильных монослоев с учетом неидеальности энтропии смешения позволяет оценить величину энергий Гиббса кластеризации ПАВ на основе Π-А-изотерм, полученных при различных температурах. С другой стороны квантово-химический подход также дает возможность рассчитать данный термодинамический параметр и оценить структурные особенности получаемых монослоев. Величины энергий Гиббса кластеризации малых ассоциатов ПАВ и геометрических параметров элементарных ячеек монослоев были рассчитаны ранее с помощью квантово-химического полуэмпирического метода РМ3 для восьми классов дифильных соединений: насыщенные и этоксилированные спирты, насыщенные и цис-моноеновые карбоновые кислоты, α-гидрокси- и α -аминокислоты, N -ацилпроизводные аланина и диалкилзамещенные меламина. Эти параметры были использованы в термодинамической модели с учетом неидеальности энтропии смешения для расчета величин A. Оцененные значения Ac адекватно отражают экспериментальную температурную зависимость для рассматриваемого фазового перехода: с ростом температуры площадь, приходящаяся на молекулу ПАВ фиксированной длины цепи, уменьшается, и, наоборот, с ростом длины цепи ПАВ при фиксированной температуре величина Ac увеличивается. Это позволяет использовать предложенный подход в прогностических целях.
Keywords: дифильный монослой, энергия Гиббса кластеризации, элементарная ячейка, фазовый переход, термодинамическая модель.

М.Н. Коваленко, Н.А. Алексеенко, Л.В. Маркова, Л.С. Рутковская, А.П. Зажогин, М.П. Патапович
Исследования процессов образования прекурсоров для получения нанокерамик типа CuAl2O4 при воздействии сдвоенных лазерных импульсов на сплавы АД1 и М2 в атмосфере воздуха � стр. 209
Abstract: Проведено исследование процессов образования смешанных нанопорошков Al , оксидов меди и алюминия, прекурсоров для получения нанокерамик типа CuAlO2 и CuAl2O4 при воздействии сдвоенных лазерных импульсов энергией 53 мДж и между импульсным интервалом 10 мкс на мишень, состоящую из пластинок алюминия марки АД1 и меди марки М2, склеенных между собой и помещенную в закрытую стеклянную прямоугольную кювету. Установлено, что последовательное воздействие серий сдвоенных лазерных на мишень из алюминия, а затем на мишень из меди приводит к многократному увеличению выхода субоксидов AlO, ионов и атомов алюминия и меди в лазерном факеле, направляемом на подложку, при напылении пленок, по сравнению с воздействием одиночными лазерными импульсами. Изучены процессы, происходящие на поверхности подложки при напылении пленок. Показана возможность получения прекурсоров для получения нанокерамик типа CuAl2O4 и CuAlO2 .
Keywords: оксидированные нанопорошки Al , Al2O3 , субоксиды AlO, оксиды меди, CuAl2O4 , CuAlO2 , импульсное лазерное распыление, лазерная плазма, лазерная искровая спектрометрия.

А.А. Кравцов, И.С. Чикулина, Д.С. Вакалов, О.М. Чапура, С.О. Крандиевский, О.В. Девицкий, В.А. Лапин
Исследование люминесценции YAG: Ce, допированного наночастицами серебра � стр. 220
Abstract: В работе впервые было исследовано влияние наночастиц серебра на люминесценцию иттрий-алюминиевого граната, легированного церием. С помощью метода химического восстановления был синтезирован золь с размером наночастиц серебра ≈100 нм. Керамический порошок люминофора иттрий-алюминиевого граната, легированного церием, был получен методом двухстадийного осаждения в уротропин. Золь наночастиц серебра в концентрациях от 0,125 до 0,1 мл вводили в порошок- прекурсор перед прокаливанием. Было показано, что при данном способе введения наночастиц серебра интенсивность фотолюминесценции возрастала по сравнению с эталоном. Оптимальной концентрацией в рамках исследования являлась концентрация 0,25 мл. При данной концентрации увеличение интенсивности фотолюминесценции на длине волны 540 нм составило порядка 10%. Проведенные исследования показали, что наночастицы серебра могут с успехом применяться для увеличения яркости люминофора иттрий-алюминиевого граната, легированного церием, без искажения и ухудшения спектральных характеристик.
Keywords: наночастицы серебра, керамический порошок, люминесценция, иттрий-алюминиевый гранат, легированный церием, оптические свойства.

А.А. Крылов, А.И. Иванова, В.Г. Алексеев, М.А. Феофанова, Н.В. Баранова
Изменение структуры поверхности пленок полупроводниковых полимеров в процессе обратимого окисления-восстановления � стр. 228
Abstract: Методом растровой электронной микроскопии исследована морфология поверхности пленок полупроводниковых полимеров: полианилина, поли-о-толуидина, поли-α-нафтиламина. Пленки получены электрохимическим синтезом из подкисленных минеральными кислотами растворов их мономеров методом циклической вольтамперометрии. Пленки сформированы на платиновых подложках, сделанных по принципу биметаллических пластинок. Процессы обратимого окисления и восстановления полученных пленок осуществляли с применением электрического тока в водных растворах соляной кислоты, что приводило к допированию полимеров хлорид анионами. Показано, что поверхность пленок полианилина и поли-о-толуидина имеет схожую структуру, состоящую из многочисленных сферических зерен размером от 1 до 5 мкм. Поверхность пленок поли-α-нафтиламина существенно отличается и состоит из дендронов и крупных пор. При этом, во всех случаях наблюдаемые надмолекулярные образования для пленок в окисленном состоянии имеют несколько больший размер, чем для пленок в восстановленном состоянии, что обусловлено изменением конформации макромолекул.
Keywords: полупроводниковые полимеры, полианилин, поли-о-толуидин, поли-α- нафтиламин, электрохимический актуатор, растровая электронная микроскопия.

Ю.А. Кузнецов, М.Н. Лапушкин
Электронно-стимулированная десорбция атомов лития адсобированных на поверхности интерметаллида золото-литий � стр. 235
Abstract: Получена тонкая пленка интерметаллида LixAuy при комнатной температуре при напылении атомов Li на слой адсорбированного золота на поверхности вольфрама. Исследованы процессы электронно-стимулированной десорбции (ЭСД) атомов Li с поверхности  LixAuy. Показано, что ЭСД атомов Li может наблюлаться только в том случае, когда напылено не менее одного монослоя атомов Li и с Au . Зависимость выхода ЭСД атомов Li от количества напыленного Li и Au имеет максимум при напылении двух монослоев атомов Li на Au. Полученные результаты свидетельствуют о формировании  LixAuy различной стехиометрии: от  LixAuy с дефицитом атомов лития до LiAu при напылении двух монослоев атомов Li . В энергетическом распределении по кинетическим энергиям десорбирующихся атомов Li обнаружено два пика: высокоэнергетический и низкоэнергетический. Первый из них связан с десорбцией атомов Li из LixAuy, а второй в десорбцией атомов Li из верхнего монослоя атомов Li .
Keywords: электронно-стимулированная десорбция, адсорбция, литий, золото, интерметаллические соединения.

Ю.В. Кузнецова
Повышение эффективности метода контактной силовой спектроскопии атомно-силового микроскопа � стр. 243
Abstract: Предложена методика, оптимизирующая метод контактной силовой спектроскопии. С помощью макроязыка, интегрированного в программное обеспечение NOVA установки сканирующего зондового микроскопа Solver P47, был разработан алгоритм, позволяющий анализировать силовые кривые, не покидая его основного интерфейса. Апробация метода выполнена на образцах синтезированного полимера, поскольку одним из важнейших механических свойств, определяющим их спектр областей применения, является упругость. В работе получены локальные значения модуля Юнга на поверхности полимера методом контактной силовой спектроскопии c применением скрипта YUNG, разработанного с помощью макроязыка, интегрированного в программу управления сканирующего зондового микроскопа. Показано, что применение скрипта YUNG позволяет оптимизировать метод контактной силовой спектроскопии по поиску показателя степени γ, выбору модели для расчета силы взаимодействия для дальнейшего определения локального модуля Юнга.
Keywords: атомно-силовая микроскопия, метод контактной атомно-силовой спектроскопии, модуль Юнга, модуль упругости, задача Герца.

Д.С. Кулешов, А.В. Блинов, А.А. Блинова, М.А. Ясная, Д.Г. Маглакелидзе, О.К. Вишницкая
Сравнение эффективности различных детекторов сканирующего электронного микроскопа «MIRA-LMH» для исследования микроструктуры наноматериалов � стр. 250
Abstract: На первом этапе были синтезированы объекты исследования – диоксид кремния методом Штобера, где в качестве прекурсора использовали тетраэтоксисилан, и нанокомпозит ZnO–Au золь-гель методом с использованием в качестве прекурсора 2–водного ацетата цинка. На втором этапе, микроструктуру и морфологию полученных образцов исследовали методом растровой электронной микроскопии на сканирующем электронном микроскопе «MIRA-LMH» фирмы «Tescan» с применением как классического детектора вторичных электронов, так и дополнительных детекторов – внутрилинзового детектора вторичных электронов и детектора отраженных электронов. В результате исследований установлено, что при использовании детектора вторичных электронов получаются изображения с топографическим контрастом и практически без шумов. При использовании внутрилинзового детектора вторичных электронов создаются изображения только материального контраста, без влияния рельефа поверхности. Также использование данного детектора позволило получить высококачественные изображения с большим разрешением на расстоянии от образца 5 мм. При использовании детектора отраженных электронов с рабочим расстоянием до образца 8 мм и увеличении разрешающей способности микроскопа, полученные изображения имеют низкий контраст границ, но представляют композиционную информацию с высокой чувствительностью. Таким образом, установлено, что внутрилинзовый детектор вторичных электронов, с рабочим расстоянием до образца 5 мм, является оптимальным для получения четких изображений микроструктры поверхности наноматериалов при многократном увеличении.
Keywords: диоксид кремния, нанокомпозит ZnO–Au, сканирующая электронная микроскопия, детекторы, микроструктура.

В.А. Лапин, А.А. Кравцов, Д.С. Кулешов, Ф.Ф. Малявин
Исследование возможности снижения плотности дислокаций несоответствия в пленках Ge / Si с буферным слоем � стр. 263
Abstract: В работе исследована возможность улучшения качества гетероэпитаксиальных структур Ge/Si с буферным слоем. Показано, что при использовании подготовительного слоя, состоящего из наноостровков,  зарощенных низкотемпературным буферным слоем, возможно проявление так называемого эффекта аннигиляции дислокаций несоответствия в объеме буферного слоя  Buf, что  значительно улучшает приборное качество получаемых структур. Представлена зависимость морфологии поверхности слоя чистого Ge на буфере от времени роста наноостровков в интерфейсе Si /Buf . Выявлены оптимальные технологические параметры роста наноостровков для получения слоя Ge с минимальной значением шероховатости. Наилучших результатов удалось достичь при времени осаждения наноостровков 2 мин. При этом была достигнута минимальное значение шероховатости поверхности, равное 78 нм. Показано, что при дальнейшем увеличении размеров наноостровков, процесс аннигиляции дефектов замедляется, и рост низкотемпературного буферного слоя сменяется трехмерным островковым ростом, что увеличивает перепады рельефа поверхности выращиваемого слоя.
Keywords: гетероэпитаксия, молекулярно-лучевая эпитаксия, дислокации несоответствия, буферный слой, аннигиляция дефектов.

В.В. Малашенко, Т.И. Малашенко
Особенности неупругих процессов в материалах с наноразмерными дефектами � стр. 272
Abstract: Теоретически проанализирована высокоскоростная деформация сплавов, содержащих зоны Гинье-Престона, в условиях высокоэнергетических внешних воздействий. Анализ выполнен в рамках теории динамического взаимодействия структурных дефектов. Исследуемый механизм диссипации заключается в необратимом переходе энергии внешних воздействий в энергию дислокационных колебаний. Получено аналитическое выражение динамического предела текучести с учетом всех структурных дефектов, содержащихся в сплаве. Показано, что в условиях высокоэнергетических внешних воздействий наноразмерные дефекты влияют на характер зависимости механических свойств от концентрации атомов второго компонента.  Зависимость динамического предела текучести от концентрации атомов второго компонента становится немонотонной и имеет минимум. Выполнены численные оценки концентрации, при которой предел текучести становится минимальным. При таком значении концентрации происходит переход от доминирования торможения дислокации зонами Гинье-Престона к доминированию торможения атомами второго компонента.
Keywords: высокоскоростная деформация, дислокации, зоны Гинье-Престона, точечные дефекты, наноматериалы.

О.В. Малышкина, К.В. Пацуев, А.И. Иванова, М. Али
Сравнительный анализ свойств керамик ниобата натрия и ниобата натрия – лития � стр. 278
Abstract: Авторами исследовано влияние температуры синтеза ниобата натрия, на состояние поляризации в образцах керамики чистого ниобата натрия и модифицированного литием. Проведено сравнительное исследование структуры и пироэлектрических свойств полученных образцов. Показано, что введение в качестве модификатора лития приводит к существенному изменению структуры в глубине образцов керамики на основе ниобата натрия. Если в глубине образцов чистого ни ниобата натрия, как и на поверхности, различаются отдельные зерна, то центральная часть керамики ниобата натрия-лития представляет собой сплошной массив, в котором отдельные зерна не наблюдаются. Во всех образцах, кроме чистого ниобата натрия, синтезированного двойным синтезом (первый при 650 °C, второй при 700 °C), установлено существование градиента поляризации по толщине образцов, направленного от стороны, соответствующей положительному концу вектора поляризации к стороне, соответствующей отрицательному концу вектора поляризации.
Keywords: пьезоэлектрическая керамика, бессвинцовые материалы, пироэлектрический эффект, спонтанная поляризация, структура зерен.

Д.В. Мамаев, С.А. Меркурьев, О.В. Малышкина
Определение процентного содержания пор в пьезоэлектрической керамике по изображениям с РЭМ с помощью КСИНС � стр. 286
Abstract: Авторами получены образцы пьезоэлектрической керамики ниобата калия натрия с концентрацией пор 10,25 и 40 объемных %. Разработана капсульная свёрточная искусственная нейронная сеть для определения процентного содержания пор по изображению. C помощью растрового электронного микроскопа получено обучающее  множество примеров (фотографии поверхности и сколов подготовленных образцов). Разработка и апробация капсульной свёрточной искусственной нейронной сети осуществлена в несколько этапов. На первом проведено ее обучение с помощью метода обратного распространения ошибки. На втором – тестирование на проверочном множестве. На заключительном этапе проведено сравнение полученных результатов с результатами метода сравнения плотности материала. Показано, что данный метод можно использовать для решения задачи определения процентного содержания пор в KNN , поскольку полученные результаты сопоставимы с результатами, полученными другим методом. Установлено, что в образцах, в которых не были специально добавлены поры, также присутствуют поры (порядка 5 %).
Keywords: пьезоэлектрическая керамика, капсульная свёрточная искусственная нейронная сеть, искусственные нейронные сети, содержание пор.

Е.В. Мараева, В.А. Мошников
Тепловая десорбция азота как способ контроля размеров наночастиц в композициях на основе оксида цинка и гидроксиапатита � стр. 294
Abstract: Работа посвящена анализу возможности применения метода тепловой десорбции азота для определения размеров наночастиц в композициях на основе гидроксиапатита и оксида цинка, изготовленных в форме таблеток с помощью ручного гидравлического пресса. Исходные порошки гидроксиапатита получены методом химического осаждения с использованием микроволнового излучения. С применением сорбционного метода БЭТ анализируется удельная поверхность порошков, составляющих композиции, до и после прессования, исследуется влияние состава композиций на удельную поверхность. Приводится расчет средних размеров наночастиц в композициях на основе результатов сорбционных измерений в рамках моделей сферических и стержневидных наночастиц. Область применения рассматриваемых материалов – медицина, в том числе использование в адресной доставке лекарств и в костной инженерии в качестве биоактивных покрытий, нанесенных на поверхность металлического биоимплантата.
Keywords: гидроксиапатит, оксид цинка, адсорбция, удельная поверхность.

А.В. Матвеев, М.Ю. Машуков, А.В. Нартова, Н.Н. Санькова, А.Г. Окунев
Автоматический анализ изображений микроскопии с применением облачного сервиса DLgram01 � стр. 300
Abstract: Исследование материалов методами микроскопии нередко включает стадию подсчета количества наблюдаемых объектов и определения их статистических параметров, для чего необходимо измерять сотни объектов. В работе описан облачный сервис DLgram01, который позволяет специалистам в области материаловедения, не имеющих навыков программирования, выполнять автоматизированную обработку изображений–определять количество и параметры (площадь, размер) изучаемых объектов. Сервис разработан с использованием новейших достижений в области глубокого машинного обучения, для обучения нейронной сети пользователю необходимо разметить несколько изучаемых объектов. Обучение нейронной сети производится автоматически за несколько минут. Важными особенностями сервиса DLgram01 является возможность корректировать результаты предсказания нейронной сети, а также получение детальной информации о всех распознанных объектах. Использование сервиса позволяет существенно сократить временные затраты на количественный анализ изображений,снизить влияние субъективного фактора, повысить точность анализа и его эргоемкость.
Keywords: микроскопия, распознавание, наночастицы, глубокие нейронные сети, искусственный интеллект.

Е.Н. Муратова
Тепловизионные исследования мембран пористого оксида алюминия � стр. 312
Abstract: Изучение оптических свойств наноразмерных мембран пористого анодного оксида алюминия позволяет значительно расширить области применения данного материала. В работе представлены результаты тепловизионных исследований мембран пористого анодного оксида алюминия с различными структурными параметрами. Построены профили распределения температуры для мембран, полученных в различных электролитах на основе серной, щавелевой и ортофосфорной кислотах. Установлено, что экранирование ИК излучения сильнее (примерно на 30%) проявляется у мембран с меньшим диаметром пор dspore ≈20 нм по сравнению с мембранами, у которых dlpor e ≈нм. Это связано с рассеиванием теплового излучения на неоднородностях структуры, которых значительно больше в мембранах пористого анодного оксида алюминия, полученных на серной кислоте. В качестве источников неоднородности выступают поры малого диаметра, недотравленные области и дефекты. Также, за счет повышенной активности серной кислоты по сравнению с другими используемыми кислотами большее количество анионов встраивается в структуру образца.
Keywords: пористый оксид алюминия, мембраны, диаметр пор, оптические свойства, тепловизизор, ИК излучение.

О.Н. Мусская, В.К. Крутько, А.И. Кулак, Е.Н. Крутько
Композиты на основе фосфатов кальция и наночастиц меди � стр. 320
Abstract: Боргидридным методом с использованием полимерных стабилизаторов (полиэтиленгликоля, поливинилпирролидона) синтезированы наночастицы меди. Методом оптической спектроскопии установлено, что наибольшей стабильностью (до 1,5 месяца) обладают наночастицы меди, полученные при мольном соотношении Cu /полимер 1:3—6. Показано, что в отсутствии полимера либо при его небольшом содержании (мольное соотношение Cu /полимер 1:1) происходит агрегирование образующихся наночастиц и выпадение осадка, содержащего медь и ее оксиды (Cu2O , CuO). Механическим смешиванием аморфизированных фосфатов кальция (в порошковой и гелевой форме) и наночастиц меди (в виде коллоидного раствора) получен порошковый композит, содержащий фазы Ca19Cu2H2(PO4)14 и Cu2PO4OH. Выявлено, что при совместном осаждении фосфатов кальция и наночастиц меди происходит встраивание ионов меди в кристаллическую решетку фосфатов кальция с образованием смешанных кислых и средних солей.
Keywords: аморфизированные фосфаты кальция, гидроксиапатит, наночастицы меди, поливинилпирролидон, полиэтиленгликоль, композиты.

Г.А. Мустафаев, А.Г. Мустафаев, Н.В. Черкесова
Распределение заряда в системе Al2O3-SiO2 при воздействии ионизирующих излучений � стр. 329
Abstract: Полупроводниковые МДП (металл – диэлектрик – полупроводник) структуры являются ключевыми элементами современной электронной техники, в том числе устройств работающих в условиях воздействия проникающих излучений. Одним из возможных подходов к уменьшению радиационных эффектов в МДП структурах является использование диэлектриков, которые уменьшают генерацию и накопление избыточного пространственного заряда в объеме диэлектрика. В работе исследована система диэлектриков Al2O3–SiO2. Исследование показывает пригодность использования МДП структур, на основе системы диэлектриков, для формирования приборов с высокой радиационной стойкостью. Нанесение слоя Al2O3 поверх слоя SiO2 улучшает рабочие характеристики МДП структур за счет повышения однородности параметров. Основной эффект влияния слоя Al2O3 на параметры структур заключается в уменьшении механических напряжений на границе SiO2 -подложка. Захват ловушками электронов в Al2O3 , компенсирует заряд захваченных дырок в Al2O3 , и снижает паразитный ток через Al2O3.
Keywords: ионизирующее излучение, поверхностные состояния, распределение заряда, система диэлектриков, радиационная стойкость.

Н.В. Пермяков
Использование жидких зондов на основе эвтектического раствора для исследования проводящих свойств тонких пленок � стр. 338
Abstract: Работа посвящена разработке модульной четрырехзондовой установки с использованием жидкого контакта на основе индий-галлиевого эвтектического раствора ( EGaIn), с помощью которого можно создать прижимные жидкие контакты, не вносящие механические деформации в измеряемые структуры. Предлагается использовать данную установку для измерения вольт-амперных характеристик тонко пленочных образцов. Предполагается модульная схема измерений. Каждый зонд управляется четырьмя моторами для позиционирования и выдавливания капли из шприца для формирования нужного размера пятна контакта. Используется оптический контроль для подготовки зондов и измерения диаметра сформированных контактных областей.Подобраны параметры изготовления жидких зондов, а именно скорости выдавливания и перемещения зонда вдоль вертикальной оси для формирования капли конической формы . Управление установкой осуществляется в среде LabView.
Keywords: индий-галлиевая эвтектика, электрический зонд, регулируемый размер контактной области, тонкие пленки, вольт-амперная характеристика.

В.А. Полухин, Р.М. Белякова, Э.Д. Курбанова
Влияние легировавания Ti, Mo и W на кинетические и прочностные характеристики мембранных сплавов на основе Nb и V � стр. 345
Abstract: Проведен анализ влияния Ti, Mo и W на характер аморфной нано- и кристаллической структуры на  прочностные и кинетические характеристики – диффузии D и проницаемости Ф водорода в мембранных сплавах, созданных на основе бинарных Ni–Nb и  V–Ni. Легирование сплавов Ni–V титаном, молибденом и вольфрамом ведет к постепенному замещению ими ниобия и ванадия и способствует образованию нескольких второстепенных фаз хотя и действующих как барьеры для диффузии водорода, но способствующих снижению процессов гидридообразования. Выявлена строгая зависимость кинетики водорода не только от термодинамических параметров – температуры и давления, но и от наличия свободного объема в формируемых аморфных, нано-кристаллических и кристаллических сплавов. Установлено, что процессы селективности, динамика водорода – его поток J , определяемый произведением диффузии и проницаемости ( J=D×Ф), зависят от базового состава, выбора легирующих элементов (Ti, Mo и W ), а также формируемых структур – аморфной, нанокристаллической и полифазной дуплексной кристаллической микроструктурой. Установлено, что тщательно подобранный состав определяет производительность селективного процесса и способствует выделению высокочистого водорода с последующими его приложениями для зеленой энергетики.
Keywords: водород, аморфные и нанокристаллические сплавы, V, Ni, Ti, Zr, Nb, структуризация, селектвность, растворимость, проницаемость, диффузия, гидриды, аккумуляция, термостабильность, хрупкость, кристаллизация, моделирование, икосаэдрические кластеры, нанофазы, дуплексная структура, фазы Лавеса.

Г.И. Свердлик, А.Ю. Атаева, А.Р. Атаев, Е.А. Хадзарагова, Л.Т. Вазиева
Анализ методов исследования размеров наночастиц � стр. 358
Abstract: В представленной работе рассмотрены методы определения размеров наночастиц различными способами. Определен эффективный метод нахождения возможных вариантов. Содержатся сведения о многообразии этих методов и о приёмах их реализации. Выбрана и проанализирована информация по различным методам и исследованиям. Рассмотрены принципиально отличающиеся методы нахождения размеров наночастиц. Одними из перспективных методов являются бесконтактные (оптические). Подвергнуты анализу и приведены диапазоны крупности исследуемых частиц при использовании методов: оптической микроскопии, электронной микроскопии, сканирующей зондовой микроскопии. Описаны принципы работы и возможные схемы установок для изучения исследуемого материала. Более подробно освещен седиментационный метод с применением центрифугирования и рентгеновского принципа детекции. Отмечены его преимущества перед другими методами. Приведены примеры его использования на экспериментальной установке, позволяющей получать дифференциальные и интегральные характеристики в различных базисах, которые позволяют анализировать распределение частиц по крупности при гранулометрическом исследовании материалов, включая наноматериалы.
Keywords: наночастицы, седиментационный метод, седиментометр, гравитационная седиментация, центрифугирование, дифференциальные и интегральные кривые.

Е.М. Семенова, М.Б. Ляхова, Д.В. Иванов, А.И. Синкевич, А.С. Антонов, Н.Ю. Сдобняков
Фрактальный анализ наноструктуры гетерогенного высококоэрцитивного сплава � стр. 368
Abstract: Методом атомно-силовой микроскопии получены изображения наноструктры составляющих гетерогенного интерметаллида SmCoCuFeZr в высококоэрцитивном состоянии. На микроуровне в сплавах выделили два типа областей (фазовых составляющих) отличающихся по интегральному элементному составу и интервалам коэрцитивности. На основе данных атомно-силового микроскопа проводится анализ фрактальных характеристик поверхности этих областей. Показано, что фрактальная размерность наноструктуры коррелирует с локальной коэрцитивностью фазовых составляющих. Фазовая составляющая с относительно низкой коэрцитивностью демонстрирует возможность существования структур с фрактальной размерностью в диапазоне 2,396–2,475, что соответствует умеренно развитому фрактальному рельефу. При этом высококоэрцитивная составляющая с регулярной наноструктурой характеризуется более высокой фрактальной размерностью 2,452–2,508, а на отдельных участках образца встречались области с фрактальной размерностью до 2,577 .
Keywords: атомно-силовая микроскопия, нанорельеф, наноструктура, морфология поверхности, коэрцитивность, фрактальная размерность.

Н.В. Сидоров, Н.А. Теплякова, М.Н. Палатников
Водородные связи в кристаллах ниобата лития разного состава � стр. 376
Abstract: Методом ИК-спектроскопии в области валентных колебаний OH– групп выполнен анализ комплексных дефектов, обусловленных наличием в структуре кристалла водородных связей, в номинально чистых кристаллах ниобата лития конгруэнтного и стехиометрического состава с разным отношением Li /Nb, а также в кристаллах LiNbO3:Zn(0,04–6,5 мол.% ZnO), легированных цинком в широком диапазоне концентраций, полученным по технологии прямого легирования расплава. Выявлено влияние легирующих примесей на концентрацию OH– групп, вид и локализацию комплексных дефектов в структуре кристалла. Показано, что изменение количества позиций атомов водорода в структуре кристалла LiNbO3 позволяет с достаточной точностью судить о соответствии его состава стехио метрическому или конгруэнтному составу. Для легированных кристаллов LiNbO3:Zn(0,04–6,5 мол.% ZnO) получены данные, свидетельствующие об изменении при прохождении концентрационных порогов характера комплексообразования OH–групп с точечными дефектами катионной подрешетки. При этом, вследствие изменения механизма вхождения легирующего катиона в структуру кардинально изменяются свойства кристалла. Вклад в различие частот (и, соответственно, в значение квазиупругих постоянных связей OH–) в спектре конгруэнтного кристалла и легированных кристаллов может вносить также различие электроотрицательностей и ионных радиусов основных и легирующих катионов.
Keywords: монокристалл, ниобат лития, дефекты, ИК-спектры поглощения, легирование, валентные колебания OH– групп.

Н.В. Сидоров, Н.А. Теплякова, М.Н. Палатников
Влияние способа легирования на однородность и оптические свойства кристаллов LiNbO3:Mg � стр. 383
Abstract: Представлены результаты сравнительных комплексных исследований методами спектроскопии комбинационного рассеяния света и лазерной коноскопии композиционной однородности и некоторых оптических свойства близких по составу сильно легированных монодоменизированных кристаллов LiNbO3 :Mg (5,03 мол. % MgO) и LiNbO3 :Mg (4,75 мол. % MgO ), с концентрацией магния, близкой к пороговому значению ≈5 мол. % MgO , выращенных из шихты, синтезированной с использованием прекурсора Nb2O5:Mg (метод гомогенного легирования), а также выращенных при непосредственном добавлении магния в расплав (метод прямого легирования). Показано, что методом гомогенного легирования с использованием прекурсора Nb2O5:Mg можно получать отличающиеся низким коэрцитивным полем более композиционно однородные сильно легированные монокристаллы LiNbO3:Mg , чем методом прямого легирования расплава магнием. При этом более однородное распределение легирующей добавки в кристаллах гомогенного легирования начинает формироваться уже на стадии синтеза прекурсора Nb2O5 :Mg и шихты ниобата лития при формировании химически активных комплексов, определяющих преимущественно кислородно-октаэдрическую структуру прекурсора Nb2O5 :Mg .
Keywords: кристалл ниобата лития, гомогенное и прямое легирование, комбинационного рассеяния света, лазерная коноскопия.

В.М. Скачков, Л.А. Пасечник, И.С. Медянкина, Н.А. Сабирзянов
Изучение свойств диффузионно-твердеющих композиционных припоев модифицированных смесью порошков Ti – Mo � стр. 392
Abstract: В статье обсуждается возможность регулирования свойств диффузионно- твердеющего припоя на основе легкоплавких сплавов галлий-олово, галлий-индий- олово, галлий-олово-цинк и твердой компоненты состоящей из порошка сплава медь- олово посредством введения смеси инертных порошков металлического титана и молибдена после термической обработки при различных температурах. Оценена микротвердость и термическая устойчивость композиционных диффузионно-твердеющих припоев. Показано, что термическая обработка при более высоких температурах способствует переходу припоя в равновесное состояние, при этом происходит резкое увеличение твердости. Методом рентгенофазового анализа определены образующиеся в результате диффузионного твердения фазы. Показано, что при различных температурах обработки образуются разные фазы – наноразмерные интерметаллические соединения. За счет небольших добавок наполнителей, инертных или слабовзаимодействующих с галлием, но хорошо им смачиваемых, характеристики диффузионно-твердеющего припоя значительно улучшаются.
Keywords: композиционные диффузионно-твердеющие припои, металлический порошок, свойства, микротвердость, дифференциально-термический анализ.

М.В. Старицын, М.Л. Федосеев, Е.Ю. Каптелов, С.В. Сенкевич, И.П. Пронин
Изменение структуры субмикронных пленок ЦТС при тонком варьировании состава в области морфотропной фазовой границы � стр. 400
Abstract: В работе обсуждаются возможности тонкого варьирования состава субмикронных сегнетоэлектрических пленок твердых растворов цирконата-титаната свинца, соответствующих области морфотропной фазовой границы. Варьирование состава осуществлялось путем изменения расстояния от мишени до подложки в диапазоне 30–70 мм в установке высокочастотного магнетронного распыления керамической мишени при осаждении пленок на «холодную» подложку платинированного кремния. Это позволило изменять состав осаждаемых пленок (т.е., элементное соотношение атомов Zr и Ti ) в диапазоне 0–1,5% при сохранении однофазности сформированных перовскитовых пленок в процессе отжига при 580°C. При этом пленки характеризовались элементной неоднородностью состава по толщине, достигающей нескольких процентов. Толщина тонких слоев цирконата-титаната свинца составляла 500 нм. Исследовались изменения микроструктуры и параметров кристаллической решетки. Изменения состава пленок сопровождались существенными изменениями характера сферолитовой микроструктуры и ростовой текстуры. Был обнаружен резкий скачок квазикубического параметра кристаллической решетки, причиной которого может являться фазовая трансформация сегнетоэлектрической фазы – от ромбоэдрической модификации к двухфазному состоянию, предположительно состоящему из моноклинной и тетрагональной модификаций.
Keywords: твердые растворы цирконата-титаната свинца, тонкие пленки, морфотропная фазовая граница, тонкое варьирование состава, микроструктура.

О.Р. Стародуб, В.М. Воскресенский, Н.В. Сидоров, М.Н. Палатников
Сравнительный анализ влияния легирующих ионов иттрия и бора на образование дефектов в кристаллах ниобата лития � стр. 411
Abstract: Кристалл ниобата лития, являющийся широко используемым и весьма востребованным в настоящее время нелинейно-оптическим материалом, примечателен своей способностью к варьирования широкого спектра сегнетоэлектрических и нелинейно-оптических характеристик в зависимости от типа и концентрации примесного иона, а также от соотношения Li/Nb . На основе разработанного нами подхода к моделированию кластеров в кристалле ниобата лития, в котором рост кластера идёт не элементарными ячейками, а кислородными октаэдрами, проведён сравнительный анализ особенностей внедрения в кристалл примесных ионов иттрия и бора с одинаковым зарядом +3. Показано, что встраивание, вследствие различного ионного радиуса, идёт по двум механизмам: если для металла иттрия действует обычный механизм, когда примесной ион локализуется внутри кислородного октаэдра, то ион неметаллического элемента бора встраивается в тетраэдрические пустоты структуры, а именно в кислородные плоскости, образующие октаэдр. При этом влияние данных примесных ионов на одну из важнейших характеристик ниобата лития оказывается диаметрально противоположным :иттрий усиливает фоторефрактивный эффект, бор – понижает, что необходимо учитывать при направлении целевого использования кристаллов ниобата лития.
Keywords: ниобат лития, моделирование, кластеры, вакансионные модели, дефекты подрешётки, монокристаллы, сегнетоэлектрики.

Б.М. Хуболов
Физико-химические свойства электрохромных сложных оксидов вольфрама � стр. 421
Abstract: Приведён краткий обзор проблемы электрохромизма в неупорядоченных тонких пленках сложных оксидов вольфрама на основе экспериментальных результатов, опубликованных ранее. Рассмотрены проблемы ионно-электронного упорядочения в сложных оксидах вольфрама MxWO3(M = Na, K и x=0,3), их взаимосвязь с динамикой процесса электрохромного окрашивания в этих конденсированных системах. Рассмотрены возможные пути решения обозначенных проблем. Отправной точкой нашего похода к исследованию электрохромизма и разработки физических основ технологии электрохромных устройств явился отказ от общепринятого электрохимического рассмотрения этого явления. Мы убеждены в том, что электрохромный эффект является чисто твердотельным эффектом, происходящим в конденсированной системе с сильной электронной корреляцией. Электронная структура твердого тела, имеющаяся на границе раздела твердое тело-электролит в значительной степени, управляет характером и скоростью реакций, которые протекают на его поверхности. В случае окислов роль, которую играет электронная структура особенно сложна. Все изложенное указывает на необходимость рассмотрения влияния глубоких уровней в объеме оксидной вольфрамовой бронзы и на ее поверхности, граничащей с электролитом на процесс электрохромного окрашивания.
Keywords: сложные оксиды вольфрама, электрохромный эффект, оксидная вольфрамовая бронза, тонкая пленка, монокристалл.

Б.М. Хуболов
Оптические свойства аморфных тонких пленок оксидных натрий-вольфрамовых бронз � стр. 430
Abstract: В работе измерены спектральные зависимости оптической плотности аморфных тонких пленок оксидной натрий-вольфрамовой бронзы тетрагональной структуры состава Na0,3 WO3 , конденсированной на стеклянные подложки, термостатированные при температурах 373,473 и 573K, а так же отожженные на воздухе и в вакууме, и электрохромно окрашенных. В качестве исследуемой оптической характеристики была выбрана оптическая плотность D , пропорциональная, как известно, коэффициенту поглощения. Спектральные измерения пленок, осажденных на подложки в диапазоне температур 373,473 и 573K показали однотипность спектральных характеристик, с пиком экситонного поглощения в ближнем ультрафиолете. Полоса минимального поглощения лежит в диапазоне длин волн 400÷460 нм, а примесного поглощения – широкой полосой в области 650÷1000 нм с максимумом в диапазоне 900÷1000 нм. Подобная спектральная характеристика и определяет сине-голубой цвет тонкой пленки на просвет. Изучение оптических свойств тонких пленок натрий-вольфрамовых бронз представляет собой актуальную задачу.
Keywords: натрий-вольфрамовая бронза, тонкая пленка, монокристалл, электрохромный эффект, оптическая плотность, спектральные характеристики.

И.Г. Шебзухова, Л.П. Арефьева
Влияние полиморфных превращений на анизотропию поверхностной энергии и работы выхода электрона лития � стр. 439
Abstract: На базе электронно-статистического метода показана связь и проведена оценка поверхностной энергии и работы выхода электрона граней кристаллов лития с учетом дисперсионного, поляризационного и осцилляционного взаимодействия атомов поверхностного слоя. Считалось, что кристаллическая решетка не имеет дефектов. Модифицированы выражения поправок и аналитического соотношения, связывающего работу выхода электрона и поверхностную энергию с учетом типа кристаллической решетки и ориентации граней. Рассчитана работа выхода электрона и поверхностная энергия гладких граней при предельных температурах существования полиморфных фаз лития. Установлено влияние полиморфных превращений и температуры на анизотропию. Температурный коэффициент работы выхода электрона бездефектного кристалла положителен и составляет порядка 0,1–1 мэВ. Результаты расчетов хорошо согласуются с экспериментальными данными для поликристаллов.
Keywords: работа выхода электрона, поверхностная энергия, литий, полиморфизм.

З.В. Шомахов, С.С. Налимова, Р.М. Калмыков, К. Аубекеров, В.А. Мошников
Исследование микроструктуры и состава модифицированных наночастицами серебра слоев диоксида олова � стр. 447
Abstract: Слои диоксида олова синтезированы гидротермальным методом из водного раствора SnF2 . Наночастицы серебра осаждены на поверхность полученных слоев методом фотовосстановления. Проведено исследование морфологии поверхности образцов методом атомно-силовой микроскопии. Размер наночастиц серебра зависит от концентрации раствора AgNO3, используемого для проведения реакции фотовосстановления. При синтезе из раствора с концентрацией 0,02 М размер полученных наночастиц составляет варьируется от 10 до 100 нм, при увеличении концентрации раствора в два раза размер наночастиц составляет порядка 100 нм. С помощью рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии изучен состав поверхности слоев до и после осаждения наночастиц серебра. При выбранных условиях синтеза формируется слой диоксида олова без посторонних включений, и происходит осаждение металлического серебра. Химический сдвиг пиков олова и кислорода после осаждения наночастиц серебра свидетельствует об обмене электронами между оловом и серебром. Полученные слои представляют интерес для применения в области полупроводниковых адсорбционных газовых сенсоров.
Keywords: диоксид олова, наночастицы серебра, газовые сенсоры, атомно- силовая микроскопия, рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия.

2. ТЕОРИЯ НАНОСИСТЕМ � стр. 457

В.В. Измайлов, М.В. Новоселова
Корреляционно-спектральный анализ топографии технических поверхностей на наномасштабном уровне � стр. 457
Abstract: Исследована нанотопография некоторых типичных технических поверхностей и экспериментально определены характеристики профиля наношероховатости как случайного процесса – автокорреляционная функция и спектральная плотность. Показано, что для исследованных поверхностей их профилограммы могут рассматриваться как реализации случайного стационарного нормального эргодического процесса. Проведена визуальная проверка нормальности процесса сравнением экспериментальных значений ординат профиля с теоретическими значениями, подчиняющимися нормальному распределению, а также сравнением полигона частот с теоретической функцией плотности вероятности нормального распределения. Количественное подтверждение нормальности процесса выполнено с применением критерия согласия Колмогорова. Показано, что на уровне значимости p=0,05  гипотеза о нормальности случайного процесса (профиля наношероховатости поверхности) не противоречит экспериментальным результатам. Определены интервалы корреляции рассмотренных процессов. Вид автокорреляционных функций и величины интервалов корреляции говорят о случайном характере профиля поверхности: на интервале, равном одному – двум средним значениям шага неровностей профиля его ординаты становятся практически некоррелированными. Графики спектральных плотностей свидетельствуют о том, что профиль поверхности можно рассматривать как широкополосный случайный шум с преобладанием низкочастотных составляющих.
Keywords: поверхность, нанотопография, профильный метод, случайный процесс, нормальное распределение, автокорреляционная функция, спектральная плотность, интервал корреляции.

С.П. Крамынин
Влияние размера и давления на температурные зависимости термодинамических свойств платины � стр. 465
Abstract: Основываясь на параметрах парного потенциала межатомного взаимодействия Ми–Леннард-Джонса для Pt , и используя RP-модель нанокристалла, изучены температурные, барические и размерные зависимости следующих свойств: модуля упругости, коэффициента теплового расширения, изобарной теплоемкости и поверхностной энергии. Расчет уравнения состояния Pt показал хорошее согласие с экспериментом. Уравнение состояния было рассчитано вдоль пяти изотерм: T=300, 1300, 1500, 1700, 1900 К. Впервые с единых позиций выполнены расчеты температурных зависимостей указанных свойств Pt в диапазоне от 0 K до 1500 K вдоль изобар 0 и 50 ГПа. Расчеты указанных зависимостей проведены как для макро-, так и для нанокристалла кубической формы из 306 атомов. Показано, что при изобарно-изотермическом уменьшении размера нанокристалла Pt происходит уменьшение значений модуля упругости и поверхностной энергии, а значения коэффициента теплового расширения и изобарной теплоемкости увеличиваются на исследуемом интервале температур.
Keywords: платина, нанокристалл, размерные зависимости, уравнение состояния, поверхностная энергия.

Ю.А. Кузнецов, М.Н. Лапушкин
Расчеты электронной структуры 2D-слоев интерметаллида NaAu � стр. 475
Abstract: Проведен расчет плотности состояний различной толщины 2D -слоев интерметаллида NaAu . 2D-слоев интерметаллида NaAu моделировались суперячейки NaAu (111) 2×2×2. Для монослойного 2D-слоя интерметаллида NaAu установлено наличие запрещенной зоны с шириной 1,87 эВ. Увеличение толщины толщины 2D-слоев интерметаллида NaAu до двух монослоев показал уменьшение ширины запрещенной зоны до 0,81эВ. Дальнейшее увеличение толщины 2D -слоев интерметаллида NaAu приводит к исчезновению запрещенной зоны, что указывает на переход полупроводник – металл для 2D-слоя интерметаллида NaAu толщиной три монослоя. Валентная зона 2D-слоя интерметаллида NaAu сформирована в основном Au 5d электронами, с незначительным вкладом Au 6s и Au 6p электронов. Зона проводимости NaAu образована в основном Au 6p электронами с незначительным вкладом электронов  Na 3s.
Keywords: электронная структура, интерметаллические соединения, 2D -слой, аурид натрия.

Ю.А. Малышкин
Предпочтительное присоединение с выбором, зависящим от пригодности � стр. 483
Abstract: Исследуется асимптотическое поведение максимальной степени вершины в графе предпочтительного присоединения с выбором вершины, основанном как на ее степени, так и на дополнительном параметре (пригодности). Модели предпочтительного присоединения широко используются для моделирования сложных сетей (таких как нейронные сети и т.д.). Они строятся следующим образом. Мы начинаем с двух вершин и ребра между ними. Затем на каждом шаге мы рассматриваем выборку из уже существующих вершин, выбранных с вероятностями, пропорциональными их степеням плюс некоторый параметр β>-1. Затем мы добавляем новую вершину и соединяем ее ребром с вершиной из выборки, на которой достигается максимум произведения ее степени на ее пригодность. Мы доказали, что в зависимости от параметров модели возможны три типа поведения максимальной степени вершины – сублинейное, линейное и порядка n/ lnn, где n – число вершин в графе.
Keywords: сложные сети, случайные графы, предпочтительное присоединение, случайный выбор, пригодность.

В.С. Мясниченко, П.В. Матренин, Н.Ю. Сдобняков
Предсказание энергии связи по структурным дескрипторам металлических наносплавов � стр. 495
Abstract: Обсуждается проблема предсказания энергии связи для тернарных металлических наночастиц и построение моделей обучения на базе структурных дескрипторов. Были построены регрессионные зависимости удельной межатомной энергии связи для тернарной наносистемы Au–Ag–Cu. Использовался ряд из пяти радиальных признаков, зависящих от попарного межатомного расстояния дескрипторов структуры наночастицы. Для более корректной оценки точности была применена кросс-валидация, далее полученные на валидационных частях выборки результаты усреднялись. Полученная модель ограниченно предсказывает значение удельной межатомной энергии связи внутри группы данных для наночастиц одного состава, а для всей выборки средняя по модулю ошибка составляет 14%. При этом модель практически безошибочно определяет состав наночастицы из нескольких вариантов.Наибольшее значение коэффициента детерминации на всей выборке получено с помощью ансамблевого алгоритма случайный лес. Обнаружена отрицательная корреляция между энергией связи наносплава и положением первого пика радиальной функции распределения для атомов меди.
Keywords: машинное обучение, функция радиального распределения, структурный дескриптор, энергия связи, тернарный наносплав.

В.М. Самсонов, И.В. Талызин, В.В. Пуйтов, С.А. Васильев
О проблеме применимости концепции температуры Таммана к наноразмерным объектам: к 160-летию Густава Таммана � стр. 503
Abstract: Во введении представлен краткий критический обзор имеющихся интерпретаций температуры Таммана, обычно определяемой как TT(∞)=0,5Tm(∞), и температуры Хюттига TH(∞)=0,3Tm(∞), где m– макроскопическое значение температуры плавления материала. Для наночастиц предложено в указанных выше определяющих соотношениях заменить Tm(∞) на температуру плавления малого объекта Tm, т.е. определить TT как 0,5 Tm, а TH как 0,3Tm. В молекулярно-динамических экспериментах на наночастицах Au , осуществленных с помощью LAMMPS, было установлено, что при температуре T=Tкак в центральной части ГЦК-наночастицы, так и в её поверхностном слое возникают локальные очаги квазикристаллической структуры, которые попеременно идентифицируются программой OVITO то как имеющие кристаллическую структуру, то как не имеющие кристаллической упорядоченности. Однако, вопреки мнению Э. Рукенштейна (1984), при T=Tжидкий слой на поверхности кристаллической наночастицы еще не образуется. Вместе с тем в наших молекулярно-динамических экспериментах не обнаружено какое-либо проявление температуры Хюттига TH в структуре кристаллических наночастиц Au .
Keywords: температура Таммана, температура Хюттига, металлические наночастицы, поверхностное плавление, спекание, молекулярная динамика.

М.И. Скобин, М.А. Феофанова, Т.В. Крюков
Теоретическое и экспериментальное исследование макромолекулярных наноструктур на основе гепарина и лантаноидов � стр. 513
Abstract: Исследование синтетических и природных материалов пригодных для создания наноносителей и их модификация обеспечит прорыв в лечении многих заболеваний. Хорошим выбором для создания наноносителей являются гликозаминогликаны (гепарин и его производные), благодаря их уникальным биологическим и физико-химическим особенностям. Формирование композиций было исследовано методом pH -метрического титрования при 37 °С на фоне 0,15 М NaCl . С использованием программы NewDALSFEK определены значимые формы и химические равновесия. В диапазоне pH от 2,7 до 5 образуется комплекс вида {[LnHep]}n, где Hep3- – мономерное звено макромолекулы гепарина. Получены данные об устойчивости нанокомпозиций:   lgβ[PrHep]=4,27±0,04, lgβ[SmHep]=4,28±0,03, lgβ[EuHep]=4,28±0,03.  Методом M06-HF в сочетании с базисным набором CSDZ+* выполнено квантово-химическое моделирование комплексов.
Keywords: гепарин, лантаноиды, константа устойчивости, квантово-химическое моделирование, антикоагулянты, метод Хартри-Фока.

В.М. Юров, В.И. Гончаренко, В.С. Олешко, С.А. Гученко
Толщина поверхностного слоя и анизотропия поверхностной энергии кубических кристаллов рутения � стр. 522
Abstract: В работе рассмотрены вопросы анизотропии поверхностного слоя и анизотропии поверхностной энергии кубических кристаллов рутения. В основе этого рассмотрения лежит эмпирическая модель атомарно-гладких кристаллов, толщина поверхностного слоя которых зависит от одного фундаментального параметра – атомного объема элемента. Расчеты кристаллов рутения показали, что толщина поверхностного слоя кристаллов рутения во всех направлениях не превышает d(I)<10 нм и они представляют собой наноструктуру. Кристаллы рутенийалюминий, рутенийгафний, рутенийтитан, рутенийцирконий имеют σ >3 Дж/м2 в направлении (100). Нами рассмотрена задача о диффузии газа в нанометровой пластине рутения. В отличие от классической задачи в полученном уравнении появляется логарифмический член. Это приводит к расходимости в начале координат. Поэтому граничные условия нужно задавать не при x=0, а при x=d(0) – длине де Бройлевской волны электронов. Только в этом случае имеют смысл классические уравнения диффузии. Существенно также, что, согласно полученному уравнению, диффузии нанопластины зависит как от материала пластины через коэффициент диффузии массивного образца, так и от размерного фактора. В классическом случае такой зависимости нет. Для описания фазовых переходов в наноструктурах предложены различные модели, среди которых можно отметить метод среднего поля Ландау, в котором используется параметр порядка. Мы воспользуемся теорией Ландау, заменяя температуру T на координату h .
Keywords: поверхностный слой, наноструктура, поверхностная энергия, атомный объем, размерный эффект, рутений.

3. ПЕРВОПРИНЦИПНОЕ И АТОМИСТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ � стр. 534

В.Г. Алексеев, П.О. Бабуркин, S. Tung, П.В. Комаров
Компьютерное моделирование π – π взаимодействий молекул тетратиофена � стр. 534
Abstract: Надмолекулярная организация сопряженных полимеров сильно влияет на подвижность носителей заряда и, следовательно, на свойства производимых электронных устройств на их основе. Поэтому является важным научится строить вычислительные модели способные воспроизводить структуру таких полимеров с максимально возможной точностью. Одной из главных движущих сил процесса самосборки надмолекулярных структур в сопряженных полимерах является  π–π взаимодействие. Его учет является достаточно трудной задачей, особенно при построении мезомасштабных моделей. В данной работе мы используем теорию функционала электронной плотности для отработки методики расчета сопряженных полимеров с учетом π–π взаимодействия. Были изучены геометрические характеристики пачек из четырех молекул тетратиофена. Выполненные расчеты показывают, что использование функционала M06-2X-D3 позволяет корректно моделировать взаимодействия молекул олиготиофенов и структуру образующихся агрегатов, в то время как полуэмпирические расчёты методом PM7 сопряженных полимеров пригодны лишь для быстрой предварительной оптимизации моделей. Разработанная методика расчетов имеет важное значение для параметризации мезомасштабных схем моделирования.
Keywords: органические солнечные элементы, органические полимеры, тиофены, квантово-химические расчеты, π–π стекинг-взаимодействие.

М.Е. Беленков, В.М. Чернов
Моделирование полиморфных разновидностей гексагонального графена, функционализированного гидроксильными группами � стр. 541
Abstract: Моделирование кристаллической и электронной структуры слоев гексагонального графена, на поверхность которых были химически адсорбированы гидроксильные группы, было выполнено методом теории функционала плотности. В результате расчетов была установлена возможность устойчивого существования пяти структурных разновидностей COH–Lслоев. Слоевая плотность изменяется от 1,62 до 1,72 мг/м2. Длина водород-кислородной связи варьируется в диапазоне от 1,046 до 1,079 Å, а углерод-кислородной связи – от 1,455 до 1,465 Å. Ориентация O–H связей относительно плоскости слоев может варьироваться в зависимости от выбора элементарной ячейки слоя. Минимальной энергией сублимации и равной 18,69 эВ/(COH) обладает слой COH–L6–T4, а максимальную энергию сублимации 18,93 эВ/(COH) имеет слой COH–L6–T1. Электронная структура всех COH слоев характеризуется наличием прямой запрещенной зоны на уровне энергии Ферми, изменяющейся в диапазоне от 3,02 до 4,56 эВ.
Keywords: графен, химическая адсорбция, гидроксильные группы, ab initio расчеты, кристаллическая структура, электронные свойства, полиморфизм.

Р.М. Белякова, Э.Д. Курбанова, В.А. Полухин
Анализ характеристик мембранных сплавов на основе Nb – Ni и V – Ni � стр. 552
Abstract: Для получения сверхчистого водорода мембранной технологией вместо дорогостоящих сплавов Pd рассмотрены более дешёвые на основе металлов Nb и V . Накапливаемый в матрицах обычных мембран водород формирует специфические полиэдрические плотноупакованные гидридные образования особенно с повышение температур от 473 до 673 К и риском разрушения мембран. Благодаря легированию титаном этих сплавов повысились рабочие характеристики мембран: диффузия и проницаемость водорода, прочность, износоустойчивость и термостабильность. В кристаллических аналогах проблема образования гидридов также была решена повышением концентрации Ti с формированием эвтектических фаз в тройных составах сплавах, например, Nb85-xTixNi15 и V85-xTixNi15. С формированием в указанных составах соединений NiTi и NiTi2 образование гидридов блокируется даже при нагреве, благодаря устойчивым процессам водородной селективности.
Keywords: легирование Ti, тройные сплавы Nb–Ni–Ti, V–Ni–Ti, гидрирование, абсорбция, диффузия, водородопроницаемость, формирование фазы, гидриды Me–H, охрупчивание, дуплексная матричная микроструктура.

М.Д. Малышев, S-H. Tung, П.В. Комаров
Молекулярно-динамическое моделирование смесей модифицированных фуллеренов и 1,8-октандитиола � стр. 562
Abstract: В данной работе мы сообщаем о результатах сравнительного атомистического моделирования двух систем, содержащих функцианализированные фуллерены метилового эфира фенил- C61-масляной кислоты (PC61BM) и фенил- C71 — масляной кислоты (PC71BM) в присутствии растворителя 8,1-октандитиола (ODT ). Для реализации расчетов использовался метод молекулярной динамики на базе программного пакета LAMMPS. Зафиксировано принципиальное различие в упаковке молекул PC61BM и PC71BM. В случае систем с PC61BM наблюдается тенденция к постепенному разделению растворителя и фуллеренов. При этом в образцах с PC71BM наблюдается тенденция к формированию устойчивых трехмерных сетчатых структур, образованных двумя взаимопроникающими фазами: фуллеренами и молекулами ODT . С целью проверки масштабируемости наблюдаемого структурного упорядочения для смеси PC71BM с ODT было выполнено моделирование в ячейке с удвоенным размером ребер. В этом случае мы также наблюдаем формирование биконтинуальных структур из фуллеренов и растворителя.
Keywords: атомистическая молекулярная динамика, модифицированные фуллерены, высококипящий растворитель, сетки, биконтинуальные структуры.

В.С. Мясниченко, П.М. Ершов, К.Г. Савина, А.Д. Веселов, С.С. Богданов, Н.Ю. Сдобняков
Закономерности структурообразования в биметаллических наночастицах с разной температурой кристаллизации � стр. 568
Abstract: В данной работе исследуются закономерности структурообразования на примере биметаллических наночастиц Au–Ag, Ti–Al, Ti–V. Данные биметаллические наночастицы обладают различным размерным несоответствием и различной температурой кристаллизации. Проведены серии молекулярно-динамических экспериментов, по результатам которых проанализированы конечные конфигурации с наименьшей энергией и получены концентрационные зависимости энергии смешения. Анализ концентрационных зависимостей энергии смешения позволяет прогнозировать составы и размеры биметаллических наночастиц, которые могут проявлять нестабильность, как например для биметаллических наночастиц Ti–V. Асимметричность отдельных концентрационных зависимостей энергии смешения свидетельствуют о специфических структурных превращениях, характерных именно для данного состава и размера. Установлено, что для биметаллических наночастиц Au–Ag, Ti–Al характерна структурная сегрегация, и она активно проявляется при малых концентрациях более легкоплавкого компонента. Конкурирующими фазами в данном случае выступают ГЦК и ГПУ фазы. Кроме того, для средних из рассматриваемых в статье размеров исследована зависимость температуры кристаллизации от состава биметаллических наночастиц.
Keywords: метод молекулярной динамики, потенциал сильной связи, биметаллические наночастицы, структурообразование, температура кристаллизации, энергия смешения, стабильность.

Н.А. Панькин
Изменение структуры нанокластеров титана при термическом воздействии: молекулярно-динамическое моделирование � стр. 580
Abstract: Исследование структуры нанокластеров при различных температурах является актуальной задачей современного материаловедения. Данный факт обусловлен перспективой их применения при создании материалов с уникальными физическими, механическими, химическими и эксплуатационными свойствами. Компьютерное моделирование проводилось методом классической молекулярной динамики в программном комплексе LAMMPS. Для описания межатомного взаимодействия в кластере использовалась модификация многочастичного потенциала Финниса-Синклера. Проведено изучение структуры нанокластеров титана различного размера. Они получены при различных скоростях охлаждения из жидкого состояния. Увеличение скорости охлаждения приводит к формированию субблочной структуры и росту числа атомов с неупорядоченным окружением. Они обусловлены тем, что большие скорости охлаждения препятствуют равновесному протеканию процессов перестройки атомной структуры с формированием дальнего порядка. Областей с икосаэдрической структурой не обнаружено. Показано, что температура кристаллизации и энергия связи уменьшаются при убывании размера нанокластера. Рост скорости охлаждения увеличивает разницу температур точек начала и конца кристаллизации, соответственно. Результаты моделирования свидетельствуют о менее выраженной размерной зависимости температуры кристаллизации – её оценочное значение для макроскопической системы (810К) гораздо ниже значения для массивного титана (1940К).
Keywords: нанокластер, энергия связи, температура кристаллизации, скорость охлаждения, структура, метод молекулярной динамики.

Д.А. Рыжкова, С.Л. Гафнер, Ю.Я. Гафнер
Роль «магических» ГПУ чисел в устойчивости внутреннего строения нанокластеров Ag89 и Ag153 � стр. 593
Abstract: В настоящее время серебро активно применяется в микроэлектронике, в основном благодаря своей высокой электро- и теплопроводности. Учет процессов взаимодействия между металлом и световой волной (плазмонные эффекты) дает совершенно новые технические приложения серебра. Эти приложения становятся возможными благодаря сильному взаимодействию между падающим светом и свободными электронами в наноструктурах. К настоящему времени уже стало понятно, что размер, форма и структура наночастиц определяют их плазмонные свойства, в том числе резонансные частоты. Следовательно, подгонкой размера, внешнего вида металлической наноструктуры и ее внутреннего строения, можно управлять светом с очень большой степенью точности. В данной работе методом молекулярной динамики с использованием модифицированного потенциала сильной связи TB-SMA (second moment approximation of tight-binding) были изучены границы термической стабильности различной исходной структурной фазы в малых кластерах серебра с числом атомов, соответствующим «магическим» числам ГПУ структуры. Было показано, что характер термически индуцированных структурных переходов в исследуемых группах нанокластеров резко отличается. Данный факт может позволить создать малые кластеры серебра с требуемым внутренним строением.
Keywords: нанокластеры, серебро, компьютерное моделирование, «магические» числа, ГПУ структура, сильная связь.

Д.А. Рыжкова, С.Л. Гафнер, Ю.Я. Гафнер
Устойчивость внутреннего строения нанокластеров Ag55 и Ag147 при вариации начальной морфологии � стр. 604
Abstract: В статье методом молекулярной динамики с использованием модифицированного потенциала сильной связи TB-SMA (second moment approximation of tight-binding) проводится сравнительный анализ характера термически индуцированных структурных переходов в нанокластерах серебра, число атомов в которых соответствует «магическим» числам икосаэдрической структуры, при вариации их начальной морфологии. Показано, что в случае начальной ГЦК конфигурации формирование Ih модификации происходит либо на этапе предварительной термической релаксации, либо в ходе дальнейшего нагрева. При начальной аморфной морфологии характер структурных переходов претерпевает значительные изменения. Так, например, формирующаяся Ih модификация обладает большей стабильностью в области высоких температур и точка плавления нанокластеров смещается на величину более 100 К. Такой эффект обусловлен более плавным изменением удельной потенциальной энергии нанокластера в сравнении со случаем, когда устойчивая Ih конфигурация формируется при низких температурах. Полученные данные могут быть использованы при процессах создания нанокластеров серебра с требуемым внутренним строением.
Keywords: структурная стабильность, нанокластеры, серебро, компьютерное моделирование, структура, сильная связь.

Н.Ю. Сдобняков, С.С. Богданов, А.Д. Веселов, К.Г. Савина, Н.И. Непша, А.Ю. Колосов, В.С. Мясниченко
Влияние размерного эффекта на закономерности структурообразования в биметаллических наночастицах Au-Co � стр. 612
Abstract: В данной работе методом молекулярной динамики с использованием потенциала сильной связи исследовались биметаллические наночастицы Au–Co трёх стехиометрических составов различного размера. Установлены закономерности структурообразования, описаны их характерные особенности. В частности, в составах с 50ат.% и 75ат.% содержанием Au образуются множественные малые ядра локальной икосаэдрической симметрии. Только в составе Co — 25 ат.% Au с увеличением размера частиц преобладают кристаллические фазы. Выявлены составы, в которых внутренняя симметрия наночастицы определена наличием одного икосаэдра, либо сверхструктуры из нескольких икосаэдров. Рассчитаны концентрационные зависимости энергии смешения биметаллической наночастицы Au–Co. Показано, что в определённом диапазоне размеров существуют концентрационные составы, при которых биметаллический наносплав может проявлять нестабильность. С использованием калорических кривых потенциальной части внутренней энергии определены температуры кристаллизации. Установлено, что температура кристаллизации демонстрирует умеренный, либо существенный, в зависимости от состава, рост с увеличением размера биметаллических наночастиц  Au–Co.
Keywords: метод молекулярной динамики, биметаллические наночастицы, кобальт, золото, размерное несоответствие, структурообразование, стабильность, температура кристаллизации, энергия смешения.

Д.Н. Соколов, Н.Ю. Сдобняков, К.Г. Савина, А.Ю. Колосов, В.С. Мясниченко
Новые возможности высокопроизводительных расчетов наносистем с использованием программного обеспечения Metropolis � стр. 624
Abstract: Описана архитектура и программное обеспечение Metropolis для проведения компьютерного моделирования методом Монте-Карло, а также его модификации. В качестве потенциала используется потенциал сильной связи, однако это не исключает возможности использования других модификаций апробированных многочастичных потенциалов. В сравнении с предыдущими программными реализациями метода Монте-Карло данная модификация увеличила скорость расчетов в 700 раз для выбранного размера наночастицы. Представлены данные по сходимости результатов моделирования методом Монте-Карло на примере температуры плавления. Разработанный программный комплекс постоянно апробируется для расчетов различных моно- и многокомпонентных наночастиц и наносистем. Полученные результаты показывают достаточно хорошее согласие с другими численными методами, в первую очередь с молекулярной динамикой, и реальным экспериментом. Дальнейшее развитие программного комплекса и улучшение показателей эффективности его работы планируется с использованием параллелизации вычислений и использование технологии вычислений на графических процессорах CUDA.
Keywords: компьютерный эксперимент, метод Монте-Карло, гибридные методы, наночастицы, интерфейс Metropolis API.

И.В. Чепкасов
Исследование интеркаляции калия в структуру графен / MoS2 � стр. 639
Abstract: Используя современные расчеты из первых принципов, в данной работе мы систематически изучали интеркаляцию атомов калия в гибридную двухслойную структуру графене/MoS2. В ходе исследования были определенны концентрации атомов калия при которых энергия формирования является отрицательной. Так в частности при концентрации атомов калия, по отношению к атомам молибдена, не более x=0,43 формирование слоя атомов калия между слоями графен/ MoS2 является энергетически выгодным. Начиная с концентрации атомов калия x>0,75 наблюдается увеличение расстояние между слоями графен и MoS2, что в дальнейшем приводит к разрушению структуры. Расчет зарядов показал, что атом калия при небольших концентрациях отдает примерно 0,8–0,85 электрона, 0,35 из которых перетекает на атомы углерода, а 0,4–0,5 перетекает на дисульфид молибдена. Расчёт разность электронных плотностей показал, что связь между слоями графена, дисульфид молибдена и калия имеет ковалентный характер.
Keywords: калий-ионные аккумуляторы, аноды, интеркаляция, дихалькогениды переходных металлов, графен, теория функционала электронной плотности.

4. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ НАНОТЕХНОЛОГИЙ � стр. 646

Е.С. Бахвалова, А.В. Быков, Л.Ж. Никошвили, Л.Л. Киви
Влияние природы галогена на адсорбционную способность арилгалогенидов на кластерах палладия � стр. 646
Abstract: В данной работе методом теории функционала плотности проведен расчет энергий адсорбции бензольного кольца на маленьких кластерах Pd0 (состоящих из четырех или девяти атомов). Показано, что адсорбция бензола на кластерах палладия ведет к заметному выигрышу системы в энергии: –146 кДж/моль в случае Pd4 и –117 кДж/моль в случае Pd9 . Кроме того, для системы Pd4⚹C6Hрассчитаны энергии адсорбции хлор-, бром- и йоданизола. Показано, что адсорбция йоданизола, характеризующаяся наибольшим выигрышем системы в энергии (–278 кДж/моль), происходит диссоциативно и безактивационно, что принципиально отличает его от хлор- и броманизола. Полученные данные могут использоваться для объяснения различий в поведении катализаторов на основе сверхсшитого полистирола в реакциях кросс-сочетания различных арилгалогенидов c фенилбороновой кислотой, а также того факта, что арилйодиды могут провоцировать образование гомогенных форм палладия.
Keywords: палладий, кластеры, арилгалогениды, кросс-сочетание Сузуки, теория функционала плотности.

Е.А. Богданова, В.М. Скачков, И.М. Гиниятуллин, Д.И. Переверзев, К.В. Нефедова
Получение биокомозитов на основе наноразмерного гидроксиапатита с оксидами циркония и кремния � стр. 655
Abstract: В статье обсуждается возможность получения упрочненного композиционного материала с пористой структурой на основе наноструктурированного гидроксиапатита, синтезированного методом осаждения из раствора. Новый материал получен путем механохимичекого синтеза гидроксиапатита с армирующими добавками диоксида циркония и кремниевой кислоты. Синтезированные образцы аттестованы с использованием современных физико-химических методов анализа. Показано влияние качественного и количественного состава композита на протекание процессов спекания, пористость, прочностные характеристики, степень дисперсности и морфологию исследуемых образцов. Экспериментально установлено, что максимальными прочностными характеристиками и постоянным составом обладает образец Ca10(PO4)6(OH)2–15%SiO2 ·nH2O–5%ZrO. Композиционный материал обладает плотной равномерной структурой с высокой степенью кристалличности, с развитой пористостью, является перспективным материалом для дальнейших исследований с целью внедрения его в медицинскую практику. На разработанный композиционный материал подана заявка на патент.
Keywords: гидроксиапатит, оксид циркония, оксид кремния, композиционные биоматериалы, кристалличность, микротвердость.

Е.А. Богданова, В.М. Скачков
Перспективные композиционные материалы на основе наноразмерного апатита со связующим агентом – желатин � стр. 664
Abstract: Порошки наноразмерных гидроксиапатита и фторапатита синтезированы методом осаждения из растворов. В качестве связующего вещества использован пищевой желатин. Такая композиция имеет высокую адгезию на материалах различной природы и пористости. Получены также пористые пленки и гранулы с развитой удельной поверхностью. Рассмотрены их микроструктуры. Изучена возможность  использования коллоидной суспензии и водной суспензии кристаллического апатита в сочетании с раствором желатина в качестве биоактивного материала, как для создания покрытий, так и получения гранул. Установлено, что использование порошка апатита совместно с желатином позволяет существенно сократить сроки формирования биоактивного покрытия и значительно повысить его адгезионную прочность. Сопоставлены получаемые гранулы апатита по размерам в зависимости от концентрации желатина в водном растворе. На разработанные биоактивные покрытия и гранулированный материал на основе наноразмерного апатита со связующим агентом поданы заявки на патент.
Keywords: гидроксиапатит, фторапатит, желатин, коллаген, биоматериал, биоактивные покрытия, адгезия, гранулы.

Д.А. Зерница, В.Г. Шепелевич
Исследование структуры и свойств бессвинцовых быстрозатвердевших сплавов на основе цинка при термической обработке � стр. 672
Abstract: Представлены результаты исследований влияния сверхвысоких скоростей охлаждения расплава, равных не менее 10К/с, на свойства быстрозатвердевших сплавов системы Zn–Sn. Верхняя область фольги, контактирующая с кристаллизатором в процессе затвердевания, имела дисперсные частицы второй фазы, и по мере удаления от верхних слоёв размеры частиц укрупнялись. При комнатной температуре протекает распад пересыщенного твёрдого раствора с выделением дисперсных частиц. Дополнительная термическая обработка приводит к укрупнению частиц второй фазы, и способствует снижению микротвёрдости. Быстрозатвердевшие фольги с максимальной концентрацией цинка характеризуются наличием текстуры (0001) , которая по мере увеличения содержания олова в цинке ослабляется, и при легировании выше 20 мас. % Sn происходит перестройка на текстуру (1010). Термическая обработка до 160°С не приводит к изменению текстуры.
Keywords: высокоскоростное затвердевание, бессвинцовые припои, сплав , Zn–Sn микротвёрдость, элементарная ячейка, изохронный отжиг, распад, твёрдый раствор.

Д.В. Иванов, В.А. Анофриев, В.А. Кошелев, А.С. Антонов, С.А. Васильев, Н.Ю. Сдобняков
Моделирование послойного роста фрактальных металлических пленок Pt-Rh � стр. 682
Abstract: В данной работе методом молекулярной динамики с использованием потенциала сильной связи проведено моделирование процесса молекулярно-лучевой эпитаксии с целью определения закономерностей при формировании фрактальных металлических пленок платины на поверхности родия. Установлена возможность формирования фрактальных структур как в островковых пленках платины на поверхности родия, так и в сплошной пленке. Установлены параметры компьютерного эксперимента, определяющие переход от отдельных островковых пленок к сплошной пленке в указанной системе. С использованием различных программных продуктов Gwyddion и Image Analysis, а также собственной разработки FractalSurface проанализирован диапазон изменения фрактальной размерности при различных условиях молекулярно-динамического эксперимента методом подсчета кубов. Полученные значения фрактальной размерности в целом находятся в приемлемом согласии между собой, однако существует ряд исключений, которые обсуждаются более подробно. Сравнительный анализ получаемых результатов позволяет формулировать рекомендации для методики создания, корректировки и прецизионного контроля при «выращивании» структур с заданной морфологией поверхности
Keywords: молекулярно-лучевая эпитаксия, молекулярно-динамическое моделирование, потенциал сильной связи, фрактальная размерность, метод подсчета кубов, платина, родий, программное обеспечение по обработке изображений.

Ю.Ф. Иванов, Ю.А. Абзаев, А.А. Клопотов, Н.А. Прокопенко, О.С. Толкачев, П.Ю. Никитин, В.В. Шугуров, А.Д. Тересов, М.С. Петюкевич
Особенности cтруктурно-фазового состояния пленки на основе высокоэнтропийного сплава AlNbTiZrСu, синтизированной путем осаждения многоэлементной металлической плазмы � стр. 693
Abstract: В данной работе приведены результаты структурных исследований пленок толщиной до 5 мкм высокоэнтропийных сплавов системы AlNbTiZrCu . Пленки были синтезированы на металлических и металлокерамических подложках путем осаждения многоэлементной металлической плазмы, созданной электродуговым плазменно ассистированным одновременным независимым распылением нескольких катодов. Показано, что пленки являются слоистым материалом и имеют аморфно-кристаллическую структуру. Установлено, что облучение пленок импульсным электронным пучком (18 кэВ, 20 Дж/см2, 50 мкс, 3 имп., 0,3 с-1) сопровождается кристаллизацией материала. Показано, что в полученных пленках доминирует соединение состава AlNbTiZr с параметром решетки 0,32344 нм. На основе теоретических расчетов получены структурные данные кристаллической решетки AlTi0,86Zr0,95Nb и определены механические и термодинамические характеристики этого соединения.
Keywords: высокоэнтропийный сплав, плазма газового разряда низкого давления, система «пленка/подложка», импульсный электронный пучок, фазовый состав, структура.

Н.А. Клычков, В.В. Симаков, И.В. Синёв, Д.А. Тимошенко
Динамика отклика сенсора на основе наноструктурированного слоя диоксида олова при воздействии паров изопропанола � стр. 708
Abstract: C помощью золь-гель технологии синтезированы наноструктурированные газочувствительные пленки диоксида олова. Исследовано влияние температуры на проводимость сенсора в атмосфере очищенного воздуха, на величину отклика сенсора при воздействии паров изопропанола различной концентрации. На температурной зависимости проводимости плёнки диоксида олова в атмосфере чистого воздуха наблюдается локальный минимум. Уменьшение проводимости с ростом температуры в диапазоне 300…350оС может быть связано с диссоциацией молекулярной формы адсорбированного кислорода. При температурах выше 350°С проводимость возрастает из-за десорбции атомарной формы адсорбированного кислорода с поверхности газочувствительного слоя диоксида олова. Обнаружено, что наибольший отклик к газовым пробам достигается при рабочей температуре сенсора порядка 350°С. Предполагается, что это обусловлено наличием на поверхности атомарной формы хемосорбированного кислорода. Проведен анализ концентрационных и температурных зависимостей времени отклика сенсора при воздействии паров изопропанола. Время отклика сенсора монотонно уменьшается с повышением содержания примеси в газовых пробах, по-видимому, из-за увеличения скорости адсорбции частиц примеси из газовой фазы на поверхность газочувствительного слоя. Установлено, что зависимость времени отклика от рабочей температуры имеет аррениусовский вид, что может быть связано с термоактивированными адсорбционно-десорбционными и гетерогенными химическими процессами на поверхности активного слоя сенсора.
Keywords: золь-гель метод, наноструктурированные пленки, диоксид олова, время отклика сенсора газа.

А.И. Ковтун, А.Г. Мисюра
Физико-химические свойства нанокомпозитного гидрогелевого покрытия на текстильном носителе для лечения ран � стр. 717
Abstract: Нанотехнологии с использованием биополимеров находят широкое применение в биомедицинских приложениях. В данной работе разработаны нанокомпозитные гидрогели на основе природных (хитозан, карбоксиметилцеллюлоза) и синтетических (поливиниловый спирт) полимеров с наночастицами серебра для нанесения на текстильный носитель. В качестве сшивающих реагентов при создании гидрогелей использовали диальдегид карбоксиметилцеллюлозы и борную кислоту. Были определены физико-химические свойства (сорбционная способность при одностороннем контакте с модельной средой, степень набухания, паропроницаемость, капиллярность) гидрогелевых покрытий на текстильном носителе, и кинетика выхода лекарственных веществ (лидокаин, диоксидин), включенных в состав гидрогелей. Показано, что материалы с двухслойным покрытием характеризуются более высокими сорбционными свойствами по отношению к физиологическому раствору и более длительным выходом лекарственных средств, чем материалы с однослойным покрытием. Выход лекарственных веществ из двухслойных покрытий происходит в два этапа с максимальным высвобождением в течение двух суток. Полученные текстильные материалы с пленочным нанокомпозитным гидрогелевым покрытием могут найти применение в качестве перевязочных средств при лечении ран.
Keywords: гидрогель, наночастицы серебра, текстиль, хитозан, поливиниловый спирт, диальдегид карбоксиметилцеллюлозы, кинетика выхода лекарственных веществ, перевязочное средство, лечение ран.

Э.Д. Курбанова, Р.М. Белякова, В.А. Полухин
Специфика структуры эффективных мембранных сплавов на основе ниобия, ванадия и циркония � стр. 728
Abstract: Аморфные, нанокристаллические мембранные сплавы на основе элементов V группы с уникальными механическими и функциональными свойствами и с матричной дуплексной микроструктурой активно способствуют развитию водородной энергетики. Имеются еще не вполне разрешенные проблемы для этих новых сплавов – их низкая термическая стабильность, недосточная механическая прочность (пластичность, твердость), а также охрупчивание интерметаллидное и гидридное. Для эффективного применения разрабатываются сплавы с тройным составом – в которые помимо элементов V группы входят и легирующие металлы никель и титан. Получают не только аморфные и нанокристаллические сплавы, применимые в электронике и электроэнергетике, а также мембранные сплавы с дуплексной матричной структурой, объединяющей аморфные, так нано- и квазикристаллические дендритно упрочняющие фазы, как упрочняющие аморфную матрицу. В специализируемых мембранных тройных сплавах формируются соединения NiTi и NiTi2 , стабилизирующие и предохраняющие нано- и кристаллические мембраны от хрупкого разрушения. Установлено, что интенсивное образование гидридов в этих альтернативных мембранных сплавах столь же не желательно, как и для традиционных сплавов на основе палладия. Рассматриваемые сплавы действительно позволяют получить газообразный водород высокой чистоты с применением новых составов взамен дорогостоящих мембран на основе сплавов Pd–Au / Ag /Cu.
Keywords: аморфные и нанокристаллические сплавы, никель, титан, цирконий, ниобий, структуризация, мембранное разделение газов, очистка водорода, растворимость, проницаемость водорода, аккумуляция, термостабильность, хрупкость, кристаллизация, моделирование, диффузия, нанофазы, гидриды Me–H, охрупчивание, дуплексная матричная микроструктура.

О.В. Малышкина, Г.С. Шишков, А.И. Иванова
Оптимизация технологии получения композита на основе феррита бария и титаната бария � стр. 740
Abstract: В работе показано, что в результате спекания образцов композита титанат бария (80 объемных %) – феррит бария (20 объемных %) в фарфоровом тигле при температуре 1300°С возникает эвтектика. В результате сравнения свойств образцов, полученных при различных температурах спекания, установлено, что оптимальные свойства имеют образцы, спеченные при 1250°С. Проведено сравнение структуры и диэлектрических свойств образцов керамики титаната бария и композита титанат бария (80 объемных %) – феррит бария ( 20 объемных %), спеченных при температуре 1250°С. Показано, что добавление в состав титаната бария 20 % феррита бария повышает значение диэлектрической проницаемости, пироэлектрического коэффициента и пьезоэлектрического модуля d33 композита в 1,5–2 раза по сравнению с керамикой титаната бария, тогда как значение пьезоэлектрического модуля d31 остается без изменения. Введение в состав керамики титаната бария 20 % феррита бария достаточно для того, чтобы полученный композит имел магнитные характеристики, соответствующий чистому ферриту бария.
Keywords: мультиферроик, феррит бария, титанат бария, магнито- электрический композит, структура пьезоэлектрической керамики.

С.М. Маслобоева
Анализ методов синтеза легированной бором шихты ниобата лития, используемой для выращивания монокристаллов � стр. 750
Abstract: Проведен анализ известных методов синтеза шихты ниобата лития, легированной бором, которая используется при выращивании монокристаллов высокого оптического качества методом Чохральского. Установлено, что способ гомогенного легирования (шихта получается из прекурсора Nb2O5 : B и Li2CO3) по сравнению с твердофазным (шихта получается из смеси Li2CO3 : Nb2O5 : H3BO3) позволяет выращивать кристаллы LiNbO3 : B с более однородным распределением в них примеси бора, а также в объеме расплава, при этом упрощаются технологические режимы, устанавливаемые при росте кристаллов. В работе впервые рассмотрен жидкофазный метод синтеза шихты, исключающий стадию прокалки гомогенизированной смеси пентаоксида ниобия и карбоната лития. Результаты имеют важное значение при выборе технологии выращивания легированных бором монокристаллов ниобата лития для конкретных областей техники
Keywords: ниобат лития, синтез шихты, монокристалл, легирование, бор, оптическое качество.

А.А. Пономарева, В.Е. Ситникова, К.А. Цой
Создание каталитических покрытий золь-гель методом для увеличения экологических показателей интерметаллидных пористых горелок � стр. 760
Abstract: Экологические параметры энергетического оборудования важны с точки зрения минимизации негативного воздействия на окружающую среду. Интерметаллидные инфракрасные пористые беспламенные горелки являются новым поколением горелочных устройств с улучшенными характеристиками. Газовые горелки относятся к наиболее эффективным устройствам прямого преобразования теплоты горения в энергию инфракрасного излучения. Несмотря на улучшенные по сравнению с традиционными горелками экологические характеристики инфракрасных пористых горелок, при работе они могут выделять нежелательные и опасные продукты горения газовых смесей (или других топлив), особенно при переходных и высокомощных режимах. В этой работе были получены каталитические покрытия оксидных систем на основе церия с небольшим добавлением оксидов кремния. Осаждение каталитического материала на пористые интерметаллидные подложки фиксировалось с применением весового метода, оптической системы анализа и сканирующей электронной микроскопии, а изучение химической структуры – с помощью ИК-спектроскопии. Выявлено равномерное распределение покрытия по поверхности подложки и соответствие ИК-пиков химическому составу синтезированных систем.
Keywords: каталитические покрытия, металлооксидные структуры, пористые горелки, золь-гель технология, инфракрасная спектроскопия.

Т.И. Правильникова, О.А. Голованова
Осаждение фосфатов кальция из модельного раствора плазмы крови на стали марки 12Х18Н10Т � стр. 769
Abstract: В работе представлено исследование процессов осаждения минерально- органических образований в модельном растворе плазмы крови в присутствии добавок альбумина, глицина, глюкозы, глутаминовой и молочной кислот. Методом рентгенофлуоресцентного анализа изучен фазовый состав образцов. Для измерения площади покрытия образца модифицированным фосфатом кальция были сделаны фотографии. На фотографиях были выделены области покрытия твердой фазой и с помощью программы ToupView произведен расчет степени покрытия образцов стали. Осаждение кристаллической фазы происходит на всех исследуемых образцах. Отличия заключаются в распределении кристаллов по поверхности пластины. Добавка альбумин ингибирует процесс осаждения гидроксилапатита на исследуемых образцах. Показано, что добавки глюкозы, глутаминовой и молочной кислот катализируют процесс осаждения гидроксилапатита на поверхности стального образца. В процентном соотношении, от общей площади фотографии, наибольшее количество осажденного порошка гидроксилапатита наблюдается у образцов с добавлением глюкозы.
Keywords: минерально-органические образования, плазма крови, кальцификаты, кристаллизация, гидроксилапатит, осаждение, сталь марки 12X18H10T.

Е.В. Ракша, В.А. Глазунова, О.Н. Осколкова, П.В. Сухов, Г.К. Волкова, А.А. Давыдова, Ю.В. Берестнева, М.В. Савоськин
Углеродные наночастицы на основе терморасширенного графита: влияние способа получения ТРГ на морфологию частиц � стр. 777
Abstract: В работе представлены результаты исследования морфологии углеродных наночастиц, образующихся при жидкофазном расслоении терморасширенного графита в трет-бутаноле. Используемый в работе терморасширенный графит получен путем термического расширения соинтеркалата нитрата графита с уксусной и муравьиной кислотами в режиме термоудара при 500°С и 900°С. Исходный соинтеркалант по данным рентгенофазового анализа представляет собой смесь соединений II-й и IV-й стадий интеркалирования. Методом просвечивающей электронной микроскопии установлено, что дисперсии углеродных наночастиц, образующиеся при расслоении терморасширенного графита в трет-бутаноле под действием ультразвука, содержат в основном малослойные графены, планарные размеры которых достигают 8 мкм. Обсуждается влияние условий получения терморасширенного графита на морфологию образующихся углеродных наночастиц. Дисперсии на основе терморасширенного графита, полученного при более низкой температуре, помимо малослойных графенов содержат также значительное количество аморфных углеродных частиц с планарными размерами до 100 нм.
Keywords: малослойные графены, жидкофазное расслоение, нитрат графита, соинтеркалирование.

В.М. Скачков
Изменение свойств диффузионно-твердеющего припоя от состава жидкометаллической компоненты � стр. 788
Abstract: В статье обсуждается изменение свойств диффузионно-твердеющего припоя в зависимости от состава жидкометаллической компоненты на основе легкоплавких сплавов галлия: галлий-олово, галлий-индий-олово и галлий-олово-цинк при взаимодействии с порошком сплава медь-олово (ПМОСФ5) подвергнутых низкотемпературной (125°С) и высокотемпературной (500°С) термической обработке. Механические свойства оценены измерением микротвердости, а термические исследованы методом дифференциально-термического анализа. Термическая обработка при высоких температурах способствует переходу припоя в равновесное состояние, при этом происходит значительное увеличение твердости. По графикам дифференциально-термического анализа рассчитаны экзотермические эффекты. Методом рентгенофазового анализа определены образующиеся в результате диффузионного твердения фазы. Показано, что при различных температурах обработки образуются разные фазы – наноразмерные интерметаллические соединения. Экспериментально доказано улучшение механических свойств диффузионно-твердеющего припоя при наличии цинка растворенного в галлиевом жидком сплаве.
Keywords: композиционные диффузионно-твердеющие припои, экзотермические эффекты, свойства, микротвердость, дифференциально-термический анализ, рентгенофазовый анализ.

Д.А. Тимошенко, И.В. Синёв, В.В. Симаков, Н.А. Клычков
Распознавание газовоздушных смесей с помощью одиночного сенсора газа на основе нитевидных нанокристаллов диоксида олова � стр. 796
Abstract: Нитевидные нанокристаллы диоксида олова были выращены методом физического осаждения из паровой фазы и перенесены на контактную систему методом замороженной капли. Полученные сенсоры обладают газочувствительностью, воздействие паров газов-восстановителей приводит к увеличению их проводимости. Показано, что существует долговременный дрейф проводимости сенсора при воздействии пробы. Исследована концентрационная зависимость чувствительности сенсора к парам этанола, ацетона и пропанол-2 при температуре 300°С. На основе анализа концентрационных зависимостей проводимости рассчитаны энергии десорбции частиц, а также положения донорных уровней, индуцированных при адсорбции газов-восстановителей, относительно акцепторного уровня кислорода. Показано, что рассчитанные параметры имеют существенно меньший по сравнению с проводимостью временной дрейф. Использование указанных параметров позволяет распознавать газовоздушные смеси, т.е. однозначно отнести одну из трех исследованных проб к её классу.
Keywords: нитевидные нанокристаллы, диоксид олова, распознавание газов, полупроводниковый сенсор газа, газочувствительность.

А.И. Фомин, Н.А. Панькин
Фазовый состав, субструктура и остаточные макронапряжения в поверхностном слое полученного методом электроконтактной приварки ленты � стр. 802
Abstract: Методами рентгенографии и электронной микроскопии исследован поверхностный слой чугуна   ВЧ50–2 после его обработки электроконтактной приваркой. В качестве присадочного материала использовалась лента из стали 50ХФА. Применялись технологии обработки с созданием промежуточного слоя из никелевого порошка ПГН-12Н-01 и без него. Получены результаты о фазовом составе, субструктуре и остаточных напряжениях. Исследуемая система состоит из фаз α–Fe и γ–Fe. Параметры субструктуры (микродеформации и измельчение блоков) имеют одинаковые значения для различных режимов электроконтактной приварки. Остаточные напряжения носят растягивающий характер и уменьшаются при создании промежуточного слоя из никелевого порошкового материала. Основной механизм их образования – термические воздействия на материал, обрабатываемый электроконтактной приваркой. Установлено, что после электроконтактной приварки ленты могут образовываться трещины, их ориентация преимущественно параллельно обрабатываемой поверхности обусловлена наличием большого градиента температур.
Keywords: электроконтактная приварка, фазовый состав, микродеформации, размер субблоков, макронапряжения.

5. НАНОХИМИЯ � стр. 809

С.А. Бибанаева, В.М. Скачков
Влияние металлических добавок на конверсию гематита при переработке бокситов методом Байера � стр. 809
Abstract: Работа посвящена изучению влияния моно- и сложносоставных металлических добавок на процесс переработки бокситов гидрощелочным способом. Изучен химический качественный и количественный состав, морфология красных шламов (КШ) полученных в условиях автоклавного высокотемпературного выщелачивания. Проведены рентгенофазовые исследования, направленные на определение состава и структуры соединений в красном шламе. Показана перспективность метода автоклавного выщелачивания трудновскрываемых бокситов с одновременным извлечением глинозема и конверсии гематита в магнетит газообразным водородом. Установлено, что способ позволяет переработку бокситов с высокой степенью извлечения глинозема и позволяет получать красные шламы с различным содержанием магнитной фракции и низким содержанием натрия. Полученный магнетизированный красный шлам пригоден для переработки с помощью магнитной сепарации и делает перспективным сырьем для черной металлургии. Определена зависимость степени конверсии гематита в магнетит от вида восстанавливающего агента. По результатам исследований был получен патент на изобретение.
Keywords: выщелачивание бокситов, восстановление железа, процесс Байера, красный шлам, гематит, магнетит.

И.Е. Глазов, В.К. Крутько, Р.А. Власов, О.Н. Мусская, Л.В. Кульбицкая, А.И. Кулак
Осаждение гибридных нанокомпозитов гидроксиапатит / аутофибрин в слабощелочной среде � стр. 818
Abstract: Синтезированы гибридные нанокомпозиты на основе гидроксиапатита и аутофибрина в форме фибринового сгустка либо цитратной плазмы путем осаждения при pH 9. «Мягкие» условия осаждения и быстрое выделение нанокомпозитов способствовали сохранению биополимерной матрицы аутофибрина. Дестабилизация дополнительной фазы аморфного фосфата кальция с образованием стехиометрического гидроксиапатита обусловлена влиянием макромолекул фибрина. Формирование кальцийдефицитного гидроксиапатита с x≈0,1 и Ca/P 1,65 происходило в среде цитратной плазмы, который после 800°С превращался в смесь гидроксиапатит / β трикальцийфосфат. Синтез композитов на основе биомиметического апатита осуществляли при добавлении 30 об.% модельного раствора Simulated Body Fluid (SBF). Влияние ионов Mg2+, CO32-, входящих в состав SBF, способствовало стабилизации аморфного фосфата кальция и образованию карбонатзамещенного гидроксиапатита, устойчивого к термическим превращениям до 800°С. Совокупное влияние аутофибрина и ионов введенного SBF позволило управлять составом минеральной составляющей гибридных нанокомпозитов без разрушения биополимерной матрицы.
Keywords: гибридный нанокомпозит, гидроксиапатит, фибрин, цитратная плазма, аморфный фосфат кальция, кальцийдефицитный гидроксиапатит, карбонат- гидроксиапатит.

О.А. Голованова
Синтез и свойства Sr-содержащего трикальцийфосфата � стр. 829
Abstract: Sr -замещенный трикальцийфосфат был получен методом осаждения из водных растворов. Синтетические твердые фазы исследовали с помощью рентгеннофазового анализа, ИК-Фурье спектроскопии, сканирующей электронной микроскопии, энергодисперсионного анализа. Надосадочная жидкость была исследована на наличие ионов Ca2+ и PO43- для вычисления Са/Р соотношения. Выявлено, что ионы стронция входят в состав трикальцийфосфата, однако не изменяют его фазовый состав. Добавление ионов стронция в исходный раствор способствует уменьшению размеров кристаллитов и увеличению их пористости. Данные по энергодисперсионному анализу подтвердили, что ионы стронция входят в состав образцов ТКФ. Но при увеличении их концентрации, полного замещения ионов кальция на ионы стронция в структуре ТКФ не происходит. При изучении биорезорбируемости полученных образцов с помощью прямой потенциометрии установлено, что образцы, содержащие ионы стронция в своем составе, имеют меньшее значение скорости резорбции. При этом, наибольшие значения скорости растворения фиксируются в кислых средах.
Keywords: кристаллизация, фосфаты кальция, замещенный трикальцийфосфат, стронций, биорезорбируемость.

Ю.А. Губарев, Н.Ш. Лебедева, М.О. Тонкушина, И.Д. Гагарин, А.Я. Голуб, А.А. Остроушко
Взаимодействие нанокластерного железосодержащего полиоксометаллата с доксорубицином � стр. 841
Abstract: Актуальной проблемой в области адресной доставки лекарственных веществ являются аспекты, относящиеся к транспорту высокотоксичных препаратов, обладающих нежелательными побочными эффектами, в частности противоопухолевых. Были рассчитаны термодинамические параметры комплексообразования нанокластерного полиоксометаллата {Mo72Fe30}, перспективного в качестве средства адресной доставки лекарств, и широко применяемого в клинической практике цитостатика–доксорубицина. Взаимодействие доксорубицина {Mo72Fe30} сопровождалось экзотермическим эффектом, что говорит об энергетически выгодном образовании комплекса. Кинетика процесса высвобождения доксорубицина из комплекса в буферном растворе с pH , соответствующим значению pH крови, была изучена методом люминесцентной спектроскопии. Были определены константы скорости процессов деструкции {Mo72Fe30} в комплексе, сопровождающейся высвобождением доксорубицина, и дальнейшего комплексообразования высвободившегося доксорубицина с продуктами распада {Mo72Fe30}. В будущем возможно управление скоростью высвобождения доксорубицина путем дополнительной стабилизации {Mo72Fe30} , например, путем его ассоциации с альбумином.
Keywords: нанокластерные полиоксометаллаты, доксорубицин, комплексообразование, адресная доставка, наночастицы, константа скорости, термодинамические параметры.

Н.А. Клычков, В.В. Симаков, И.В. Синёв, Д.А. Тимошенко
Мультипараметрическое распознавание паров органических веществ с помощью сенсора газа на основе наноструктурированной пленки диоксида олова � стр. 852
Abstract: Исследовано влияние паров органических веществ (изопропанола, этанола и ацетона) различной концентрации на отклик сенсоров газа на основе наноструктурированных пленок диоксида олова, синтезированных золь-гель методом. Экспериментально установлено, что напуск газовых проб, содержащих пары органических веществ, приводит к увеличению проводимости наноструктурированных пленок диоксида олова. В области высоких концентраций (более 50% от насыщенного пара) концентрационная зависимость проводимости имеет тенденцию к насыщению. Показана возможность распознавания сорта примесного газа с помощью статистической обработки отклика только одного сенсора при различных концентрациях анализируемой пробы. Определено положение поверхностного донорного уровня примесного газа относительно акцепторного уровня кислорода и теплота десорбции частиц исследуемых газов. Предложен новый метод мультипараметрического распознавания газовых смесей, основанный на использование в качестве признаков классификации физико-химических параметров анализируемых газов, не зависящих от их концентрации.Установлено, что предложенный метод мультипараметрического распознавания газовых смесей имеет более высокую надежность по сравнению со стандартными методами, основанными на анализе отклика сенсоров газа.
Keywords: сенсор газа, золь-гель метод, предварительная обработка сигнала, параметры адсорбционных центров, мультипараметрическое распознавание газовых смесей.

В.К. Крутько, А.Е. Дорошенко, О.Н. Мусская, С.М. Рабчинский, А.И. Кулак
Формирование апатитов на электроосажденных кальцийфосфатах в системах Ca(NO3)2 / NH4H2PO4 и CаCO3 / Ca(H2PO4)2 � стр. 860
Abstract: Методом электрохимического осаждения на титановых пластинах при комнатной температуре в двухэлектродной ячейке при постоянной плотности тока 30 мА/см2 и времени осаждения 10 мин получены кальцийфосфатные покрытия: брушитные в системе Ca(NO3)2/NH4H2POпри pH = 4  и композитные (брушит/кальцит/апатит) в системе CaCO3/Ca(H2PO4)при pH = 5. Выдерживанием кальцийфосфатных покрытий обоих типов в модельном растворе SBF в течение 1 месяца определяли апатитообразующую способность (биоактивность). Новообразованный аморфизированный апатитовый слой после термообработки при 800°С кристаллизовался в β –трикальцийфосфат/гидроксиапатит на брушитных покрытиях и в гидроксиапатит на композитных покрытиях за счет присутствия кальцита, карбонат-ионы которого являются инициаторами образования гидроксиапатита, а также апатитных наночастиц в исходном покрытии. Полученные кальцийфосфатные покрытия перспективны в качестве биопокрытий повышающих остеоинтеграцию металлических имплантатов.
Keywords: кальцийфосфатные покрытия, брушит, кальцит, модельный раствор SBF, аморфизированный апатит, гидроксиапатит.

В.К. Крутько, Л.Ю. Маслова, О.Н. Мусская, Т.В. Сафронова, А.И. Кулак
Модифицирование кальцийфосфатной пенокерамики биоапатитом в среде SBF � стр. 870
Abstract: Получена многофазная кальцийфосфатная пенокерамика, представленная β -трикальцийфосфатом (65%) и β -пирофосфатом кальция ( 25 %), включающая гидроксиапатит (5 %) и α -трикальцийфосфат (5 %), пористостью 60 – 64 % со сквозной архитектурой пенополиуретана. Нанесение слоя гидроксиапатита приводило к увеличению содержания гидроксиапатита до 25 %,  α-трикальцийфосфата до 40 %, и повышению статической прочности до 0,03 МПа при снижении пористости до 49 %. Нанесение второго слоя гидроксиапатита способствовало повышению содержания гидроксиапатита до 40 %, статическая прочность достигала 0,05 МПа при пористости 40 %. Формирование биоапатита в виде слоя «пеносфер» размером от 2 до 10 мкм происходило в процессе модифицирования всех видов пенокерамики в растворе SBF в течение 21 – 28 суток. Модифицированная кальцийфосфатная пенокерамика, обогащенная α -трикальцийфосфатом и гидроксиапатитом, характеризовалась максимальной статической прочностью 0,08 МПа при пористости 38%.
Keywords: кальцийфосфатная пенокерамика, гидроксиапатит, пенополиуретан, трикальцийфосфат, SBF (Simulated body fluid), биоапатит.

Т.В. Крюков, М.А. Феофанова, М.И. Скобин, А.И. Иванова
Синтез и физико-химическое исследование металлокомплекса церия и цефазолина � стр. 881
Abstract: В данной работе коллективом авторов путём взаимодействия водных растворов хлорида трёхвалентного церия и натриевой соли цефазолина получено и выделено в твердом виде металлокомплексное соединение. Его элементный состав установлен с помощью метода рентгеноспектрального электронно-зондового анализа, описаны термические характеристики данного соединения, температура его разложения, состав и способ координации внутренней сферы данного металлокомплекса был уточнен методами термогравиметрии, и дифференциальной сканирующей калориметрии и методом ИК-спектроскопии. На основании полученных данных установлено, что внутренняя сфера металллокомплекса содержит в своем составе три молекулы цефазолина и три молекулы внутрисферной воды. Состав внутренней сферы отвечает брутто-формуле  [CeCzl3(H2O)3]. На основании данных ИК-спектроскопии сделаны выводы о координации цефазолина к центральному иону через амидную и карбоксильную группы.
Keywords: координационные соединения редкоземельных элементов, цефазолин, комплексы цефазолина, цефалоспорины.

Ю.А. Малкандуев, А.А. Кокоева, А.Т. Джалилов
Полимеризация при взаимодействии α-галоидакриловых кислот с третичными аминами � стр. 890
Abstract: Приведены результаты самопроизвольной полимеризации α-хлоракриловой и α -бромакриловой кислот с третичными аминами при невысокой температуре. В результате самопроизвольной полимеризации при взаимодействии α -галоидакриловых кислот с третичными аминами образуются полимеры, содержащие четвертичные аммониевые группы. С целью подтверждения данного предположения были проведены ЯМР- и ИК-спектроскопические исследования продуктов самопроизвольной полимеризации. Показано, что сопутствующая реакция кватернизации, спонтанной полимеризации, имеет место как в смеси реагентов, так и в присутствии растворителя, т.е. и при смешении непредельного амина и галоидного алкила. Изучены кинетические закономерности реакции полимеризации и показано, что реакция кватернизации, являющаяся лимитирующей стадией процесса самопроизвольной полимеризации, протекает по SN2–механизму. Описываются первые попытки получения новых нанокомпозиционных материалов на основе синтезированных сополимеров и модифицированного монтмориллонита. Анализ литературных данных показывает, что особенности получения нанокомпозитов на основе Na+ –монтмориллонита и водорастворимых сополимеров ранее не изучались.
Keywords: полиэлектролиты, хлоракриловая кислота, бромакриловая кислота, самопроизвольная полимеризация, кинетика полимеризации, четвертичные аммониевые соли, накомпозит.

И.С. Медянкина, В.М. Скачков, Л.А. Пасечник
Кинетика гидрохимического фторирования кремнийсодержащих отходов титаномагнетитовых руд � стр. 900
Abstract: Предложен способ получения высокодисперсного аморфного кремнезема из отходов обогащения низкотитанистых ванадий содержащих титаномагнетитов АО «ЕВРАЗ Качканарский ГОК» – хвостов мокрой магнитной сепарации. Применение раствора гидрофторида аммония (NH4HF2) позволяет практически селективно извлечь кремний в раствор в виде гексафторосиликата аммония. Степень извлечения кремния раствором 1,0–2,5мас.% NH4HF2 за 6 часов составляет 46%. Диффузионный процесс выщелачивания кремния из ХММС описывается кинетическим уравнением 1–(1–α)1/3=0,0043·exp(–5230/RT)·τ. Аморфный кремнезем SiO2 , полученный золь-гель методом из фторидного кремнийсодержащего раствора, имеет высокоразвитую поверхность Sred=320 м2/г, рассчитанный из средней плотности «белой сажи» размер частиц составляет dmed=10 нм. Увеличение концентрации NH4HF2 до 20 мас.% приводит к повышению растворимости кремния, а также других компонентов хвостов мокрой магнитной сепарации, которые являются нежелательными примесями в конечном продукте SiO2. В целом показана перспективность гидрохимического выщелачивания кремнийсодержащих промышленных отходов – хвостов мокрой магнитной сепарации слабыми растворами гидрофторида аммония для синтеза чистого аморфного SiO2.
Keywords: хвосты мокрой магнитной сепарации, аморфный кремнезем, гидрофторид аммония, фторирование, кинетика процесса.

С.С. Налимова, З.В. Шомахов, К.Н. Пунегова, А.А. Рябко, А.И. Максимов
Синтез и исследование газочувствительных наноструктур системы Zn–Sn–O � стр. 910
Abstract: Наностержни оксида цинка синтезированы гидротермальным методом. Проведена обработка полученных образцов в водно-спиртовом растворе станната калия и мочевины при 170°С в течение 30 и 60 минут. В результате получены наноструктуры Zn–Sn–O. Химический состав поверхности образцов ZnO и Zn–Sn–O исследован с помощью рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии. Проанализирована их чувствительность к парам изопропилового спирта (1000 мд) при температурах 120°С, 180°С, 250 °С. Показано перераспределение электронной плотности при формировании композитных наноструктур Zn–Sn–O, проявляющееся в химическом сдвиге пиков O1s и Zn2p. Это свидетельствует о перестроении химических связей при замещении атомов цинка оловом. Обнаружено, что чувствительность композитных структур к парам изопропилового спирта значительно превышает чувствительность ZnO во всем исследуемом температурном диапазоне. Улучшение газочувствительных свойств связано с наличием в образцах системы Zn–Sn–O поверхностных центров различного типа, принимающих участие в адсорбции и окислении изопропилового спирта.
Keywords: оксид цинка, станнат цинка, газовые сенсоры, наностержни, рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия.

Д.А. Роженцев, Р.Р. Мансуров, Н.К. Ткачев, О.В. Русских, А.А. Остроушко
Каталитические свойства в гетерогенной реакции фентона поверхности нанопористого железа, полученного посредством электрохимического деаллоинга в расплавленных хлоридных смесях � стр. 919
Abstract: Исследованы образцы частично окисленного микро- и нанопористого железа, полученного методом высокотемпературного деаллоинга железо-марганцевого сплава в солевом расплаве. При помощи электронной микроскопии получены данные о морфологии образцов и составе их поверхности, установлено, что уже после отмывки при комнатной температуре на воздухе образовались оксидные фазы железа в виде вискеров толщиной порядка 10 нм. В ходе получения образцов достигалось количественное удаление марганца из исходного сплава. Оценена каталитическая активность полученных образцов в гетерогенной реакции Фентона по окислению красителя метилового оранжевого пероксидом водорода. На первом этапе протекания реакции, описываемой уравнением реакции первого порядка, ее скорость определялась наиболее активной расходуемой частью образцов, далее реакция переходила в стационарный режим. Более высокой каталитической активностью обладали нанопористые образцы.
Keywords: нанопористое железо, деаллоинг, вискеры оксидов железа, каталитическая активность, реакция Фентона.

А.М. Хараев, Р.Ч. Бажева
Исследование релаксационных переходов в некоторых ароматических полиэфирах � стр. 928
Abstract: Методом спинового зонда проведено систематическое изучение основных релаксационных переходов жесткоцепных стеклообразных полимеров в широком интервале температур с применением спиновых зондов разного размера на примере полисульфона. В главной области релаксации ароматических полиэфиров с помощью метода спинового зонда обнаружены два перегиба. Два перегиба, обнаруженные на температурной зависимости времени корреляции вращения, являются следствием размораживания сегментальной подвижности в областях с различной упаковкой сегментов. Показано, что высокотемпературный перегиб соответствует размораживанию сегментальной подвижности кооперативного типа (α -переходу), а перегиб при более низкой температуре β -размораживанию сегментальной подвижности локального типа (α’-процессу). Для объяснения природы данного перехода была использована теоретическая модель полимера, где предполагается, что в аморфных полимерах возможны разные уровни надмолекулярной организации, т.е. существование более упорядоченных и более плотно упакованных областей, которые чередуются с более «рыхлыми» и менее упорядоченными областями. Исследовано влияние различных факторов на положение α’-перехода на температурной шкале. Выбор объема зонда на основе строго обоснованной модели его движения позволил выявить взаимосвязь между вращательным движением зонда и движением отдельных сегментов аморфного полимера ниже температуры стеклования.
Keywords: полиэфир, полисульфон, поликарбонат, метод спинового зонда, температура стеклования, температура предстеклования.

М.А. Ясная, А.В. Блинов, А.Б. Голик, Д.Г. Маглакелидзе, А.А. Гвозденко, А.А. Кравцов, А.А. Блинова
Исследование влияния молекулярной массы полиэтиленгликоля на термические превращения наноразмерного оксида меди � стр. 937
Abstract: В данной работе получены образцы наноразмерного оксида меди, стабилизированного полиэтиленгликолем различных марок с молекулярными массами от 200 до 6000 Да. Методом рентгеновской дифрактометрии исследована кристаллическая структура полученных образцов наноразмерного оксида меди. В результате рентгенофазового анализа установлено, что структура образцов представляет собой моноклинную кристаллическую решетку, с пространственной группой C2/c. Методом фотонно-корреляционной спектроскопии изучено влияние молекулярной массы полимера на размер наночастиц. Анализ результатов исследования показал наличие во всех образцах наноразмерного оксида меди (II), стабилизированного полиэтиленгликолем с различной молекулярной массой, одной фракции частиц, распределение которых по размеру носит мономодальный характер. Установлено, что молекулярная масса полиэтиленгликоля оказывает, влияние на размер частиц CuO в коллоидных растворах, при этом фазовый состав и размеры кристаллитов остаются неизменными. Средний гидродинамический радиус частиц CuO в полученных образцах составляет порядка 140±40 нм. Наименьшие значения гидродинамического радиуса 70±15 нм наблюдаются в образце наноразмерного оксида меди, стабилизированного полиэтиленгликолем с молярной массой 6000 Дa. Методом синхронного термического анализа исследовано влияние стабилизатора с различными молекулярными массами на фазовые переходы образцов при термической обработке. В результате термического анализа установлено, что оптимальной температурой прокаливания порошков наноразмерного CuO является 500°C.
Keywords: оксид меди (II), полиэтиленгликоль, синхронный термический анализ, рентгеновская дифрактометрия, фотонно-корреляционная спектроскопия.

ФХ-2020 обложка первый лист

Предисловие � стр. 7

1. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ НАНОЧАСТИЦ, НАНОСИСТЕМ И НАНОМАТЕРИАЛОВ � стр. 8

Х. Баззал, Н.А. Алексеенко, Е.С. Воропай, М.Н. Коваленко, N.H. Trinh, А.П. Зажогин
Спектральные исследования процессов образования нанопорошков алюминия при воздействии короткими сериями сдвоенных лазерных импульсов в атмосфере воздуха � стр. 8
Abstract: Проведено исследование процессов образования оксидированных нанопорошков Al в зависимости от количества импульсов при воздействии сдвоенных лазерных импульсов энергией 52 мДж и меж-импульсным интервалом 10 мкс на алюминиевую мишень, помещенную в закрытую стеклянную прямоугольную кювету. Установлено, что наибольшая интенсивность линий ионов Al(III) наблюдается при малом, порядка 15 импульсов, количестве последовательных сдвоенных импульсов в серии. Размер первичных частиц, оцененный с помощью электронной микроскопии высокого разрешения, преимущественно составил 50-60 нм, частицы собраны в агломераты.
Keywords: оксидированные нанопорошки Al, Al2O3, субоксиды AlO, импульсное лазерное распыление, лазерная плазма, лазерная искровая спектрометрия, многозарядные ионы, сдвоенные лазерные импульсы.

Е.В. Барабанова, Н.М. Оспельников, А.И. Иванова
Электрофизические свойства твердых растворов NaNb1-xFexO3-δ (x=0; 0,1; 0,2) � стр. 16
Abstract: Введение легирующих примесей является классическим способом модификации свойств сложных оксидов семейства перовскита с общей формулой ABO3. В качестве основы для создания твердых растворов широко используется ниобат натрия NaNbO3. Введение замещающих катионов проводится как по позиции A, так и по позиции B. При этом особый интерес представляет случай, когда валентность легирующей примеси больше или меньше валентности исходного катиона в узле. В этом случае образуется дефектная структура, которая может обладать уникальными свойствами. Данная работа посвящена исследованию электрофизических свойств керамики ниобата натрия с примесью Fe3+. Замещение производилось по позициям катионов ниобия Nb5+. Показано, что для таких составов характерно значительное увеличение электропроводности, понижение температуры Кюри и размытие фазового перехода.
Keywords: ионная проводимость, катионная вакансия, сегнетоэлектрические твердые растворы, ниобат натрия, диэлектрическая проницаемость, размытый фазовый переход, сегнетоэлектрики-релаксоры.

А.В. Блинов, А.А. Кравцов, В.В. Раффа, В.Н. Крамаренко, С.О. Крандиевский, Д.Г. Маглакелидзе, А.А. Блинова
Влияние условий синтеза на агрегативную стабильность алкозолей Ag � стр. 25
Abstract: Впервые в работе представлены результаты исследования влияния типа спиртовой среды на свойства высококонцентрированных золей наночастиц серебра. С помощью спектрофотометрии установлено наличие селективной полосы поглощения, обусловленной поверхностным плазмонным резонансом наночастиц серебра. Измерение дзета-потенциала показало, что вне зависимости от типа среды поверхность наночастиц серебра заряжена отрицательно. Обнаружено, что наиболее агрегативно устойчивые частицы, сохраняющие стабильность в концентрированных растворах хлорида натрия, получены в среде изопропилового спирта и характеризуются дзета-потенциалом, равным -99,8 мВ.
Keywords: наночастицы серебра, оптические свойства, электроакустическая спектроскопия, дзета-потенциал, стабильность наночастиц.

А.В. Блинов, Д.Г. Маглакелидзе, А.А. Кравцов, А.А. Блинова, А.А. Гвозденко, А.Б. Голик, В.В. Раффа, Е.В. Коновалова
Исследование влияния активной кислотности среды на стабильность наночастиц MnO2 � стр. 33
Abstract: В работе впервые представлены результаты исследования микроструктуры наночастиц диоксида марганца, стабилизированных серосодержащими аминокислотами. По результатам сканирующей электронной микроскопии обнаружено наличие в образцах наночастиц диаметром 15-30 нм. С помощью спектрофотомерии установлены оптимальные массовые соотношения прекурсоров для получения стабильных золей наночастиц диоксида марганца, которые составляют KMnO4: метионин – 1:1 и KMnO4: цистеин – 3:1. Исследование влияния активной кислотности среды на стабильность наночастиц диоксида марганца показало, что образцы MnO2, полученные с использованием метионина, стабильны при 4 ≤ pH ≤ 11, а с использованием цистеина стабильны при 5 ≤ pH ≤ 8.
Keywords: активная кислотность среды, диоксид марганца, наночастицы, спектрофотометрия.

Н.Н. Большакова, С.Д. Завьялова, Г.М. Некрасова, Е.М. Семенова
Влияние ионов ниобия на диэлектрические и переполяризационные свойства кристаллов титаната бария � стр. 42
Abstract: В работе представлены результаты исследований диэлектрических свойств, процессов переключения и доменной структуры ниобийсодержащих кристаллов титаната бария. Показано, что существенную роль в поведении доменной структуры кристаллов BaTiO3:Nb5+ играет примесь ниобия Nb5+, ионы которого замещают Ti4+ и изменяют ионный состав решетки. При изменении температуры со скоростью порядка 0,3 К×с-1 механически свободных кристаллов BaTiO3:Nb5+ в отсутствие внешних электрических полей, процессы перестройки доменной структуры происходят под воздействием внутренних термоупругих напряжений ~0,7 МПа и деполяризующих полей ~20 кВ×м-1
Keywords: BaTiO3 , униполярное состояние, переполяризация, лиганд.

П.А. Дементьев, М.Н. Лапушкин
Изменения структуры наночастиц золота на поверхности вольфрама, вызванные нагревом � стр. 53
Abstract: Исследовано формирование наночастиц золота на поверхности вольфрама и влияние прогрева на их структуру. Найдено, что термическое напыление атомов золота на поверхность вольфрама при комнатной температуре приводит к формированию хаотично расположенных наночастиц. Средняя площадь наночастиц составляет 10210 нм2. Прогрев в течение 30 минут при температуре 600K приводит к слиянию наночастиц, что находит отражение в увеличении средней площади наночастиц до 19520 нм2. Дальнейший прогрев в течение 30 минут при температуре 600K не приводил к увеличению средней площади наночастиц. Анализ формы наночастиц показал, что они являются эллипсоидами. Непрогретые наночастицы имеют большую полуось 110 ± 30 нм и эксцентриситет 1,5 ± 0,4. Прогрев золотых наночастиц приводит к увеличению полуоси до 200 ± 120 нм и эксцентриситета до 1,8 ± 0,6. Показано, что наночастицы после прогрева приобретают форму обрезанного эллипсоида.
Keywords: наночастицы, атомно-силовая микроскопия, топография поверхности, золото, вольфрам.

В.В. Ефремов, М.Н. Палатников, О.Б. Щербина
Электропроводность при комнатной температуре в Li0,12Na0,88Ta0,25Nb0,75O3, синтезированном при высоком давлении � стр. 61
Abstract: Методом импеданс спектроскопии в области температур 290-460 К исследован сегнетоэлектрический твердый раствор Li0,12Na0,88Ta0,25Nb0,75O3 со структурой перовскита, синтезированный в условиях высокого давления и температуры. Определены значения статических удельных проводимостей, наиболее вероятные времена релаксации в зависимости от температуры, энтальпии активации носителей заряда и реальная часть диэлектрической проницаемости. Обнаружено, что при комнатной температуре Li0,12Na0,88Ta0,25Nb0,75O3 обладает высокой электропроводностью, близкой к суперионной. Обсуждаются возможные механизмы обнаруженных явлений.
Keywords: твердые растворы, термобарический синтез, импеданс спектроскопия, электропроводность, энтальпия активации носителей заряда.

Д.В. Иванов, А.С. Антонов, Е.М. Семенова, А.И. Иванова, С.А. Третьяков, Н.Ю. Сдобняков
Получение наноразмерных пленок платины, обладающих фрактальными свойствами � стр. 73
Abstract: Проведено комплексное исследование морфологии рельефа наноразмерных пленок платины на поверхности слюды с помощью сканирующего зондового (в режиме атомного-силового) и туннельного микроскопов, а также оптического интерференционного профилометра. Описаны характерные особенности нанорельефа поверхности пленок платины различной толщины, включая фрактальные свойства. Получены значения фрактальной размерности для пленок разной толщины при двух альтернативных методах исследования на разных исходных масштабах образцов: на основе данных атомного-силового микроскопа – Dc = 2,28 ÷ 2,35 и сканирующего туннельного микроскопа – Dc = 2,12 ÷ 2,26. Для сравнения приведены экспериментальные данные других авторов. Предложены рекомендации по развитию технологии «выращивания» структур с заданной морфологией поверхности.
Keywords: сканирующая зондовая микроскопия, режим атомно-силового микроскопа, сканирующая туннельная микроскопия, нанорельеф, параметры шероховатости, фрактальная размерность, пленки платины.

Ю.Ф. Иванов, А.А. Клопотов, Е.А. Петрикова, М.Е. Рыгина, О.С. Толкачев, В.Д. Клопотов
Структурно-фазовое состояние силумина заэвтектического состава, облученного импульсным электронным пучком � стр. 89
Abstract: Силумин (сплав алюминия с кремнием) является дешевым промышленным сплавом, обладающим хорошей коррозионной стойкостью, высокими удельными механическими свойствами и хорошими литейными свойствами, вследствие чего нашел широкое применение в современной промышленности (авиа- и машиностроение, приборостроение, судостроение и т.д.). Целью настоящей работы является анализ закономерностей преобразования структуры и фазового состава поверхностного слоя силумина заэвтектического состава (Al — 22 вес. % Si), подвергнутого облучению интенсивным импульсным электронным пучком. Установлено, что облучение силумина импульсным электронным пучком (18 кэВ, 25 Дж/см2, 200 мкс, 3 имп., 0,3 с-1) приводит к плавлению поверхностного слоя толщиной до 60 мкм, высокоскоростная кристаллизация которого сопровождается формированием субмикро- нанокристаллической многофазной структуры. Показано, что алюминий (твердый раствор на основе ГЦК кристаллической решетки) формирует ячейки высокоскоростной кристаллизации; на границах ячеек расположены наноразмерные частицы вторых фаз. Выполнен анализ трехкомпонентных диаграмм состояния системы Al-Si-Fe-Cu (основные элементы исследуемого силумина) и продемонстрирована возможность формирования в сплаве в равновесных условиях большого количества двух- и трехэлементных соединений. Методами дифракционной электронной микроскопии показано, что наряду с трехэлементными фазами в силумине образуются и фазы на основе четырех и, возможно, большего количества элементов.
Keywords: силумин заэвтектического состава, импульсный электронный пучок, элементный и фазовый состав, дефектная субструктура, диаграммы равновесия.

А.И. Иванова, Е.М. Семенова, Г.Г. Дунаева, С.В. Овчаренко, С.А. Третьяков, А.Д. Зигерт
Влияние дефектов на магнитные характеристики феррит-гранатовых пленок � стр. 103
Abstract: В работе рассмотрено влияние объемных дефектов, связанных с локальным механическим повреждением и термическим лазерным воздействием, на доменную структуру и магнитные характеристики эпитаксиальных висмутсодержащих магнитных пленок феррит-граната Bi : ФГ. Установлено, что одноосные пленки Bi : ФГ устойчивы к объемным дефектам, размер которых не превышает ширину доменов пленки. Показано, что рассмотренные объемные дефекты пленки оказывают влияние на процесс намагничивания пленки, ход кривых намагничивания, на величину коэрцитивной силы. Воздействие лазерным импульсом с плотностью мощности 800 Дж/см2 приводит к увеличению коэрцитивной силы локального участка пленки в 4 раза (с 0,33 Э до 1,44 Э).
Keywords: магнитные пленки, феррит-гранат, объемные дефекты, доменная структура, коэрцитивная сила.

Б.С. Карамурзов, Р.А. Кутуев, М.Х. Понежев, В.А. Созаев, А.Х. Шерметов, А.А. Шокаров
Политермы угла смачивания тугоплавких металлов расплавами свинец-натрий � стр. 113
Abstract: Методом лежащей капли изучена температурная зависимость краевого угла смачивания сплавов разной концентрации на подложках из Co — Cr, Ni — Cr, нержавеющей стали 25X18H9C2. Измерения проводились методом лежащей капли в широком интервале температур от 359°C до 800°C в атмосфере чистого He марки А. Показано, что значение угла смачивания уменьшается с увеличением температуры, наблюдаются пороги смачивания.
Keywords: политермы угла смачивания, порог смачивания, подложки из Co — Cr, Ni — Cr, 25X18H9C2.

Ю.Н. Касумов, А.Р. Манукянц, В.А. Созаев, Б.М. Хуболов
Фазообразование в контактных прослойках, возникающих при контактном плавлении меди и алюминия � стр. 120
Abstract: В настоящей работе предпринимается попытка выявить особенности структуры контактных прослоек при контактном плавлении меди с алюминием марки АМГ-2 (cостав мас. %: Mg  1,8 – 2,8,  Mn  0,2 –0,6, Cu  0,1, Zn  0,2, Fe  0,4, Si  0,4, остальное – алюминий) и алюминий-литиевым сплавом (Al  0,4 ат. % Li). Изучение контактного плавления в системе Cu / Al важно для разработки технологии контактно-реактивной пайки, получения слоистых интерметаллических композиционных материалов, создания теплоотводов полупроводниковых приборов, моделирование дендритообразования. Установлено, что в контактных прослойках образуются интерметаллиды, влияющие на хрупкость соединений меди с алюминием и эвтектические структуры.
Keywords: контактное плавление, контактное взаимодействие, система алюминий/медь, эвтектики, фазообразование в контактных прослойках.

С.П. Крамынин
Размерные зависимости свойств сплава Mo-W � стр. 128
Abstract: Основываясь на параметрах парного потенциала межатомного взаимодействия Ми–Леннард-Джонса для Mo и W были рассчитаны параметры потенциала для сплава замещения Mo — W эквиатомного состава. Получены размерные зависимости для уравнения состояния, модуля упругости, коэффициента теплового расширения, изобарной теплоемкости, поверхностной энергии и производной поверхностной энергии по температуре. Также получены температурные зависимости коэффициента теплового расширения изобарной теплоемкости для макро- и нано-кристаллов сплава Mo — W.
Keywords: вольфрам, молибден, нанокристалл, сплав, размерные зависимости, уравнение состояния, поверхностная энергия.

В.В. Малашенко, Т.И. Малашенко
Влияние наноразмерных дефектов на динамический предел текучести сплавов � стр. 136
Abstract: Теоретически проанализирована высокоскоростная деформация состаренных сплавов, содержащих зоны Гинье-Престона. Получено аналитическое выражение вклада зон Гинье-Престона в величину динамического предела текучести. Показано, что динамическое торможение дислокаций наноразмерными дефектами существенно отличается от торможения точечными дефектами.
Keywords: дислокации, зоны Гинье-Престона, точечные дефекты, наноматериалы, высокоскоростная деформация, динамический предел текучести.

М.Н. Палатников, Н.В. Сидоров, А.В. Кадетова, Н.А. Теплякова, О.В. Макарова
Концентрационный порог в кристаллах LiNbO3:Tb � стр. 142
Abstract: Выращена серия кристаллов ниобата лития, легированных тербием. Исследованы процессы кристаллизации кристаллов LiNbO3:Tb ([Tb] = 0,1 — 2,89  мас.%) и концентрационные зависимости их структурных характеристик. Проведены сравнительные исследования фоторефрактивных свойств кристаллов LiNbO3:Tb различного химического состава. В кристаллах LiNbO3:Tb обнаружен концентрационный порог вблизи [Tb] ~ 2,2 — 2,3 мас.%, в области которого наблюдаются аномалии физико-химических, оптических и структурных характеристик.
Keywords: монокристалл, ниобат лития, легирование, тербий, структурные характеристики, фоторефрактивные свойства, концентрационный порог.

Е.М. Семенова, М.Б. Ляхова, Д.В. Иванов, Ю.В. Кузнецова, Д.Ю. Карпенков, А.И. Иванова, А.Ю. Карпенков, А.И. Синкевич, А.С. Антонов, Н.Ю. Сдобняков
Влияние низкотемпературной обработки на магнитные свойства соединения Sm(Co, Cu, Fe)5 � стр. 149
Abstract: Представлены результаты исследования микро-, нано- и магнитной доменной структуры сплавов Sm(Co0,45, Cu0,40, Fe0,15)5 после выплавки и термических обработок. Показано, что гомогенизация и последующий низкотемпературный отжиг при 400°С позволяют сформировать микроскопически гомогенную структуру с наноразмерными неоднородностями по составу. Такая структура позволяет реализовать коэрцитивную силу HcI до 32 кЭ на литых образцах. Температурные зависимости коэрцитивной силы и остаточной намагниченности образцов в диапазоне от 300 до 700 К имеют линейно убывающий характер. Показано, что наноструктуре сплава с наибольшей HcI соответствует фрактальная размерность Df-n ~ 2,3.
Keywords: Sm(Co0,45, Cu0,40, Fe0,15)5 , коэрцитивная сила, наноструктура, доменная структура, фрактальная размерность.

А.П. Сигаев, И.А. Аверин, А.А. Карманов, И.А. Пронин, Н.Д. Якушова
Исследование адсорбционных свойств наноструктурированных плёнок на основе диоксида олова � стр. 162
Abstract: Представлены результаты теоретических и экспериментальных исследований свойств поверхности наноструктурированных плёнок на основе диоксида олова методами ИК-Фурье-спектроскопии, эллипсометрии, а также индикаторным методом распределения центров адсорбции. Для дополнительной постобработки наноструктурированных плёнок с целью активации адсорбционных центров использовано травление в индуктивно-связной плазме.
Keywords: золь-гель-технология, плёнки, смешанные оксиды, ИК-Фурье-спектроскопия, центры адсорбции, спектрофотометрия, индикаторный метод распределения центров адсорбции, плазма.

Ю.М. Спивак, Р.А. Кастро, М.П. Севрюгина, М.А. Кузнецова, В.А. Мошников
Диэлектрическая релаксация в слоях POR — Si в области низких частот � стр. 170
Abstract: Методом электрохимического анодного травления получен макропористый кремний с высокоомным мезопористым наноструктурированным «скин»-слоем на поверхности. Измерения частотных зависимостей диэлектрических коэффициентов полученных слоев пористого Si выполнены в частотном интервале 5∙10-3 < f < 106 Гц при температуре 295 К и приложенном напряжении 1 В. Выявлен максимум тангенса угла диэлектрических потерь, который, наиболее вероятно, обусловлен преобладанием дипольно-релаксационного механизма поляризации. Обнаружено распределение релаксаторов по временам релаксации, предложена интерпретация полученных результатов с точки зрения строения пористого слоя.
Keywords: пористый кремний, наноструктурированный слой, импеданс, интерфейс, диэлектрическая релаксация, низкочастотная диэлектрическая спектроскопия, ионно-электронной микроскопия.

О.Р. Стародуб, В.М. Воскресенский, Н.В. Сидоров, М.Н. Палатников
Влияние легирующего иона на процессы дефектообразования в моделируемых кластерах ниобата лития � стр. 180
Abstract: Разработанный нами подход к расчету кластеров в структуре кристалла ниобата лития на основе не элементарных ячеек, а кислородных кластеров, позволяет не допустить разорванности структур на границах кластера и сохранить электронейтральность модельного кластера. Обнаружены оптимальный размер кластера, имеющий минимум энергии, и структура, стремящаяся к структуре конгруэнтного кристалла ниобата лития, подтверждающая энергетическую оптимальность конгруэнтного кристалла. При введении легирующего иона 3+ во всех трёх случаях концентраций наблюдается энергетический оптимум именно вблизи конгруэнтного соотношения Li / Nb. Также наблюдается понижение энергии после оптимизации модельного кластера, что согласуется с данными спектрального анализа об образовании внутри кристалла микрокластеров с локальным упорядочением структуры.
Keywords: ниобат лития, моделирование, кластеры, вакансионные модели, дефекты подрешётки, монокристаллы, сегнетоэлектрики..

А.В. Твардовский, Д.С. Зайцев, А.А. Фомкин
Изменение термодинамических характеристик углеродного адсорбента ФАС-3 при адсорбции бензола � стр. 190
Abstract: Впервые проведены комплексные исследования адсорбционной деформации – сорбострикции микропористого углеродного адсорбента ФАС-3 при адсорбции паров бензола из потока газа-носителя – азота в неравновесных условиях. Изучены изотермы адсорбции паров бензола микропористым  углеродным адсорбентом ФАС-3 в равновесных условиях. Были представлены формулы и проведены расчеты изменений энтропии и внутренней энергии адсорбента в адсорбционном процессе
Keywords: адсорбция, адсорбент, адсорбционная деформация адсорбентов, дилатометрический метод измерения адсорбционной деформации адсорбентов, термодинамика адсорбционной деформации адсорбентов.

Н.А. Теплякова, Н.В. Сидоров, М.Н. Палатников
Расчет концентрации точечных дефектов катионной подрешетки и гидроксильных групп в кристаллах ниобата лития разного состава � стр. 200
Abstract: Исследованы ИК-спектры поглощения в области валентных колебаний OH-групп кристаллов ниобата лития стехиометрического и конгруэнтного составов. Рассчитана концентрация OH-групп, отношение Li / Nb, а также концентрация точечных дефектов NbLi и VLi. Результаты расчетов совпадают с литературными данными и подтверждаются фазовой диаграммой ниобата лития. Показано, что увеличение количества свободных протонов (вносящих вклад в проводимость) может обуславливать более высокие электропроводность, скорость термической фиксации голограмм и снижение эффекта фоторефракции.
Keywords: монокристалл, ниобат лития, дефекты, ИК-спектры поглощения, валентные колебания OH-групп.

Р.А. Титов, В.М. Воскресенский, Н.В. Сидоров, Н.А. Теплякова, М.H. Палатников
Моделирование структуры кристаллов LiNbO3, выращенных с применением флюса B2O3 � стр. 206
Abstract: Показано, что элемент B3+ в следовых количествах (≈10-4 масс. %) может встраиваться в составе группы [BO3]3- в грани кислородных тетраэдров кристаллической структуры LiNbO3. При этом бор заметно искажает анионный каркас кристалла, изменяя длины <O — O> связей, улучшает упорядочение структурных единиц катионной подрешетки, изменяет поляризуемость кислородно-октаэдрических кластеров MeO6 (Me — Li, Nb), определяющую сегнетоэлектрические и нелинейно-оптические свойства кристалла.
Keywords: монокристалл, ниобат лития, оксид бора, ИК-спектроскопия поглощения, комбинационное рассеяние света, компьютерное моделирование.

Б.М. Хуболов
Электрокристаллизация тонких пленок натрий — вольфрамовых бронз � стр. 213
Abstract: В работе рассмотрены вопросы получения тонких пленок натрий-вольфрамовых бронз кубической структуры методом электрокристаллизации. Приведены основные параметры полученных пленок. Сняты спектры отражения пленок для неокрашенных и окрашенных пленок. Исследование приповерхностного слоя монокристаллов натрий-вольфрамовых бронз методами протонографии и ядерных реакций показало их высокое структурное совершенство. Анодная и катодная поляризации монокристаллов приводят к изменению структуры их приповерхностного слоя. Обеднение по натрию приповерхностного слоя присутствует и при катодной и при анодной поляризации, и глубина обеднения растет с ростом времени поляризации величины напряжения. Электронографией исследованы тонкие пленки натрий-вольфрамовых бронз, установлена аморфная структура свеженапыленных пленок для всех температур подложки. Отжиг электронным лучом приводит к кристаллизации пленок.
Keywords: натрий-вольфрамовая бронза, электрокристаллизация, тонкая пленка, монокристалл, спектры отражения, электрохромный эффект, эдектрохромный индикатор.

З.В. Шомахов, С.С. Налимова, З.Х. Калажоков, В.А. Мошников
Анализ изменения состава поверхности при образовании наноструктур станната цинка � стр. 222
Abstract: Наноструктуры станната цинка были синтезированы гидротермальным методом, в качестве исходных материалов были использованы наностержни оксида цинка. Образование многокомпонентных оксидов было исследовано с помощью рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии. Установлено, что в процессе гидротермального синтеза происходит постепенное встраивание ионов олова в кристаллическую решетку наностержней оксида цинка и замещение ионов цинка. с образованием наноструктур станната цинка. Исследование влияния времени синтеза на химический состав поверхности полученных образцов показало, что формирование станната цинка происходит через 1 час, что подтверждается изменением энергий связи цинка и кислорода. При более длительном синтезе происходит разрушение наноструктур станната цинка, оксидов цинка и олова на поверхности образца практически не наблюдается.
Keywords: станнат цинка, наноструктуры, гидротермальный синтез, рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия.

М.А. Ясная, А.В. Блинов, А.А. Блинова, И.М. Шевченко, Д.Г. Маглакелидзе, А.О. Сенкова
Определение оптимальных режимов измерения размера коллоидных частиц методами фотонно-корреляционной и акустической спектроскопии � стр. 232
Abstract: В данной работе представлены результаты измерения размера коллоидных частиц SiO2 двумя методами – фотонно-корреляционной спектроскопией динамического рассеяния света и акустической спектроскопией. Математическая обработка экспериментальных данных с помощью программного обеспечения спектрометров «Photocor-Complex» и «DT-1202» позволила получить гистограммы распределения по размерам коллоидных частиц диоксида кремния в стандартном образце. Впервые установлено, что оптимальными параметрами для измерения размера коллоидных частиц SiO2 методом фотонно-корреляционной спектроскопии являются концентрация вещества менее 1 %, угол положения фотодетектора 90° и количество измерений в цикле 50 — 100, а акустической спектроскопии – концентрация 1 %.
Keywords: фотонно-корреляционная спектроскопия динамического рассеяния света, акустическая спектроскопия, коллоидные частицы.

2. ТЕОРИЯ НАНОСИСТЕМ � стр. 243

Л.П. Арефьева, И.Г. Шебзухова
Влияние поверхностных и межфазных характеристик на поведение фазовой диаграммы наночастиц сплава палладий-платина � стр. 243
Abstract: Проведен расчет температур плавления и кристаллизации и построена фазовая диаграмма металлических частиц системы Pd — Pt размером 10 нм. Поверхностная и межфазная энергии, их температурные и размерные зависимости оценивались модифицированным электронно-статистическим методом. Установлено, что вид фазовой диаграммы для наночастиц Pd — Pt имеет существенные отличия от диаграммы объемных фаз, включая гистерезис плавления-кристаллизации.
Keywords: размерные эффекты, температура плавления, температура кристаллизации, фазовая диаграмма, гистерезис плавления-кристаллизации, бинарные наночастицы, система палладий-платина.

М.Д. Малышев, П.М. Пахомов, П.В. Комаров
Использование модели липких сфер для качественного воспроизведения основных фазовых переходов цистеин-серебряного раствора � стр. 252
Abstract: В настоящей работе сформулированная ранее мезоскопическая модель цистеин-серебряного раствора, в которой кластеры меркаптида серебра рассматриваются как жесткие «липкие» сферы, реализована на базе программного пакета LAMMPS. Ключевым параметром, оказывающим непосредственное влияние на морфологию формирующихся агрегатов и поведение системы в целом, является концентрация соли. Выполненные тестовые расчеты показывают, что построенная модель может воспроизводить этап созревания, образование волокон гель сетки и коагуляции цистеин-серебряного раствора на мезомасштабном уровне.
Keywords: меркаптид серебра, гидрогель, супрамолекулярная система, супрамономер, мезоскопическое моделирование, крупнозернистая модель.

В.С. Мясниченко, Н.Ю. Сдобняков, А.Н. Базулев, П.М. Ершов, Е.М. Давыденкова
Размерные зависимости коэффициента линейного расширения и модуля упругости моно- и биметаллических наночастиц � стр. 260
Abstract: Проведена серия молекулярно-динамических экспериментов по охлаждению разупорядоченных металлических наночастиц Au, Cu, Al, Ti и биметаллических наносплавов Au — Cu и Ti — Al с использованием потенциала сильной связи. Получены размерные зависимости коэффициента линейного расширения и модуля упругости для моно- и биметаллических частиц. В первом приближении размерная зависимость коэффициента линейного расширения обратно пропорциональна соответствующей зависимости для температуры плавления наночастицы, что коррелирует с аналитической моделью. Молекулярно-динамические результаты предсказывают более умеренный относительный рост коэффициента линейного расширения, по сравнению с аналитической моделью. Установлено, что модуль упругости увеличивается с уменьшением размера наночастиц.
Keywords: биметаллические наночастицы, метод молекулярной динамики, потенциал сильной связи, коэффициент линейного расширения, объёмный модуль упругости, размерная зависимость, аппроксимация.

В.С. Мясниченко, П.М. Ершов, С.С. Богданов, К.Г. Савина, П.В. Матренин, Н.Ю. Сдобняков
Кристаллизация биметаллических наночастиц: влияние размерного несоответствия атомов и внешнего давления � стр. 274
Abstract: В данной работе проведено молекулярно-динамическое моделирование процесса кристаллизации из расплава биметаллических наночастиц Co — Au различного состава. Исследовалось влияние размерного несоответствия радиусов атомов, входящих в биметаллическую систему, а также внешнего давления на конечные конфигурации, охлажденные до температуры 100 К. Установлено, что удельная потенциальная энергия для биметаллической наночастицы Co — Au увеличивается с увеличением внешнего давления. Кроме того, при увеличении внешнего давления происходят структурные изменения, а именно нелинейным образом меняется среднее число икосаэдрических атомов внутри кластера. Зависимость удельной потенциальной энергии биметаллических наночастиц Co — Au различного состава от коэффициента размерного несоответствия ξ носит более сложный характер. Минимум для обогащенного золотом состава и эквиатомного состава наблюдается при значении ξ = 1,09 и ξ = 1,15 соответственно.
Keywords: биметаллические наночастицы, метод молекулярной динамики, структурное превращение, икосаэдр, внешнее давление, размерное несоответствие.

Д.В. Пьянзин, Н.А. Панькин, А.Н. Чалдышкин, Н.И. Чистяков
К вопросу определения коэффициента теплового расширения материалов � стр. 284
Abstract: Проведено экспериментальное исследование и компьютерное моделирование в программном комплексе ANSYS термического воздействия на металлический материал. Обнаружено уменьшение значений коэффициента теплового расширения при увеличении скорости нагрева образца. Показано, что данное поведение обусловлено наличием градиента температур между его центральной и поверхностью частями. Выявлено хорошее согласие результатов компьютерного моделирования с соответствующими экспериментальными данными. Значения коэффициента теплового расширения близки к истинным, которые были определены при малых скоростях нагрева/охлаждения или при длительной выдержке образца при конечной и начальной температурах. Результаты моделирования в ANSYS могут быть использованы при интерпретации и прогнозировании тепловых свойств металлических материалов.
Keywords: коэффициент теплового расширения, моделирование, скорость нагрева, градиент температуры, эксперимент.

В.И. Романовский, А.Ю. Колосов, А.А. Хорт, В.С. Мясниченко, К.Б. Подболотов, К.Г. Савина, Д.Н. Соколов, Е.В. Романовская, Н.Ю. Сдобняков
Особенности синтеза наночастиц Cu — Ni: эксперимент и компьютерное моделирование � стр. 293
Abstract: Сочетание эксперимента и компьютерного моделирования позволили исследовать особенности процесса синтеза наночастиц Cu — Ni. Наночастицы синтезированы методом экзотермического горения в растворах. Рентгено-фазовый анализ полученных материалов показал, что все образцы представляют собой чистые биметаллические нанопорошки с искаженной кубической кристаллической структурой каждого металла. Методом Монте-Карло в температурном диапазоне от 300 до 600 K установлены закономерности формирования манжеты для двух случаев начального расположения наночастиц меди и никеля: непосредственное соприкосновение и относительное смещение на величину 0,2 нм. Показана возможность тесной интеграции кристаллических структур в результате взаимодействия наночастиц Cu и Ni.
Keywords: Cu — Ni, коалесценция, компьютерное моделирование, потенциал Гупта, метод Монте-Карло, экзотермическое горение в растворах.

В.М. Самсонов, И.В. Талызин
К проблеме стабильности наноразмерных островковых пленок и протяженных пленок, наноразмерных по толщине � стр. 310
Abstract: Геометрическая нестабильность наноразмерных островковых пленок интерпретируется как проявление явления смачивания в твердом состоянии, а нестабильность сплошных пленок, наноразмерных по толщине, – как следствие десмачивания в твердом состоянии. С использованием молекулярно-динамического  эксперимента исследованы закономерности и механизмы растекания твердых наночастиц Pb по различным граням Cu при температуре, на 10 К ниже температуры плавления наночастиц выбранного размера (10 нм). Полученные в молекулярно-динамических экспериментах результаты сравниваются с экспериментальными данными, относящимися к микрочастицам Pb размером 5 — 10 мкм. Установлено, что в одной и той же системе «островок-подложка» могут одновременно наблюдаться оба явления: смачивания в твердом состоянии и десмачивания в твердом состоянии.
Keywords: островковые пленки, сплошные пленки наноразмерной по толщины, смачивание в твердом состоянии, десмачивание в твердом состоянии, молекулярная динамика.

И.Г. Шебзухова, Л.П. Арефьева
Оценка поляризационной и дисперсионной поправок к поверхностной энергии граней металлических кристаллов � стр. 319
Abstract: На базе электронно-статистического метода получены выражения и рассчитаны дисперсионная и поляризационная поправки к поверхностной энергии граней кристаллов IA металлов на границе с вакуумом. Обе поправки сильно анизотропны. Дисперсионная поправка увеличивает величину поверхностной энергии граней (от 3 до 23 %), поляризационная – снижает менее, чем на 1 %. Учет данных взаимодействий улучшает согласие результатов расчета поверхностной энергии с экспериментальными данными расплавов.
Keywords: поверхностная энергия, дисперсионное взаимодействие, поляризация ионов, щелочные металлы, электронно-статистический метод.

3. ПЕРВОПРИНЦИПНОЕ И АТОМИСТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ � стр. 326

М.Е. Беленков, В.М. Чернов
Ab initio расчеты кристаллической и электронной структуры полиморфов 5-7 фторографена � стр. 326
Abstract: Первопринципные расчеты структуры и электронных свойств двух новых полиморфных разновидностей фторографена были выполнены методом теории функционала плотности. Новые слои фторографена могут формироваться при химической адсорбции фтора на поверхности 5 — 7 графеновых слоев. Структура слоя первого типа более деформирована по сравнению со структурой второго типа (деформационные параметры DefT1 = 60,48° и DefT2 = 31,51°). Энергии сублимации и ширины запрещенных зон составляют 13,85, 14,17 эВ/(CF), и 4,09, 3,32 эВ для CF-L5-7 слоев T1, T2 типов соответственно.
Keywords: графен, фторографен, ab initio расчеты, кристаллическая структура, электронные свойства, полиморфизм.

А.Н. Белов, В.В. Туровцев, Ю.Д. Орлов
Меры эффективности базиса в задаче внутреннего вращения � стр. 338
Abstract: Рассмотрено понятие вариационного предела при численном решении торсионного уравнения Шрёдингера и определены значения энергий состояний и переходов между ними на вариационном пределе в зависимости от размера базиса. На большом числе модельных потенциалов показано, что количество достоверно вычисляемых уровней линейно зависит от числа базисных функций. Данное число уровней (номер наибольшего достоверного состояния) рекомендовано в качестве меры эффективности базиса. Для базиса плоских волн найдено, что коэффициент углового наклона линейной зависимости составляет ≈ 1,03.
Keywords: внутреннее вращение, торсионное уравнение Шрёдингера, базисные функции, эффективность базиса, плоские волны.

И.Н. Беляева, И.К. Кириченко, О.Д. Пташный, Н.Н. Чеканова, Т.А. Ярхо
Нормализация классических гамильтоновых систем с двумя степенями свободы � стр. 348
Abstract: В работе исследовано семейство гамильтоновых систем с двумя степенями свободы. Расчетами сечений Пуанкаре показано, что при произвольных значениях параметров функции Гамильтона система является неинтегрируемой и в ней реализуется динамический хаос. Найдено, что для трех наборов параметров рассматриваемая система является интегрируемой, однако в одном интегрируемом случае при этих же значениях параметров на поверхности потенциальной энергии имеется область с отрицательной гауссовой кривизной, в то же время в двух других случаях интегрируемости при соответствующих значениях параметров областей с отрицательной гауссовой кривизной не имеется. Таким образом, наличие областей с отрицательной гауссовой кривизной на поверхности потенциальной энергии не достаточно для развития в системе глобального хаоса. Получена классическая нормальная форма для произвольных значений параметров.
Keywords: гамильтоновы системы, нормализация, компьютерное моделирование, поверхность потенциальной энергии.

Р.М. Белякова, В.А. Полухин
Проницаемость водорода сквозь сплавы тантала, легированные Nb и W � стр. 356
Abstract: Проведен анализ исследований мембранных сплавов Ta77Nb23 и Ta94,9W5,1 с оценкой их характеристик – термостабильности, прочности – измерением микротвердости, матричной структуры – рентгеновским анализом, а также динамики водорода – диффузии (теоретически) и экспериментально – проницаемости. Эффективность выделения водорода с применением сплавов Ta77Nb23 и Ta94,9W5,1 превышала таковую палладиевых, измеренной при тех же условиях испытаний.
Keywords: водородо-селективные мембраны, сплавы тантала, растворимость, поглощение, проницаемость, диффузия, концентрация, разделение газов, очистка, охрупчиваемость, термостабильность, стойкость к водородному охрупчиванию.

Ю.Б. Высоцкий, Е.С. Карташинская
Изменение pKA насыщенных карбоновых кислот и аминов при их димеризации на межфазной поверхности вода/воздух. Квантово-химический подход � стр. 370
Abstract: Предложен теоретический подход к оценке pKA димеров насыщенных карбоновых кислот CnH2n+1COOH и аминов CnH2n+1NH2 (n = 6 — 16) на межфазной поверхности вода/воздух. Модель основана на расчете лишь энергий Гиббса образования и ассоциации димеров ПАВ в нейтральной и ионизированной форме в водной и газовой фазах. Расчеты проведены с использованием полуэмпирического квантово-химического метода РМ3 и РМ6 в рамках модели экранирования проводникового типа COSMO. Показано, что наиболее энергетически выгодным является образование димеров с одной ионизированной и одной нейтральной молекулой ПАВ. Установлено, что величина поверхностного pKA для димеров ПАВ зависит от их длины цепи ПАВ.
Keywords: диссоциация, алифатические амины, карбоновые кислоты, pKA , энтальпия, энтропия, энергия Гиббса димеризации, полуэмпирические методы.

Ю.Я. Гафнер, С.Л. Гафнер, Ю.А. Куликова
Некоторые новые результаты моделирования процессов газофазного синтеза наночастиц Cu — Au � стр. 384
Abstract: Методом молекулярной динамики на основе потенциала сильной связи проведена имитация процесса синтеза из высокотемпературной газовой среды бинарных нанокластеров Cu — Au методом конденсации. В качестве начальной конфигурации были использованы 31124 атомов Cu и Au, расположенных хаотично в пространстве с целевым химическим составом Cu3Au, CuAu, Cu90Au10 и Cu60Au40. Найдено, что в случаях стехиометрического химического состава исходной газовой смеси (CuAu или Cu3Au) наблюдается выделение очень мелких кластеров с подавляющим содержанием в них атомов золота. Также было показано, что многие полученные при таком синтезе наночастицы обладали пятичастичным строением. Сделано предположение, что причиной такого расположения атомов в исследуемых соединениях может быть разный размер атомов золота и меди, приводящий к «разрыхлению» кристаллической решетки.
Keywords: нанотехнологии, нанопорошки, компьютерное моделирование, потенциал сильной связи, наночастицы, медь, золото.

А.А. Гвозденко, А.В. Блинов, М.А. Ясная, А.Б. Голик, В.В. Раффа, В.Н. Крамаренко, Д.Г. Маглакелидзе, И.М. Шевченко
Компьютерное квантово-химическое моделирование поликомпонентных систем SiO2 — MexOy � стр. 394
Abstract: Впервые с помощью компьютерного квантово-химического моделирования показана возможность формирования поликомпонентных систем SiO2 — Fe3O4, SiO2 — MnO2 и SiO2 — CuO путем адсорбции на поверхности микросфер SiO2 металлоксидного слоя, состоящего из наночастиц диоксида марганца (IV), смешанного оксида железа или наночастиц оксида меди (II). По результатам сканирующей электронной микроскопии установлено, что формирование металлоксидного слоя в образце SiO2 — Fe3O4 произошло наиболее равномерно среди всех представленных образцов поликомпонентных систем. В рамках квантово-химического моделирования установлено, что наиболее энергетически выгодным и стабильным является взаимодействие SiO2 с наночастицами Fe3O4.
Keywords: нанокомпозиты, поликомпонентные системы, квантово-химическое моделирование, золь-гель метод.

В.А. Грешняков, Е.А. Беленков
Структура и устойчивость алмазоподобного тетрагонального слоя: первопринципные расчеты � стр. 405
Abstract: Методом теории функционала плотности было выполнено теоретическое исследование нового слоевого полиморфа алмаза DL4-8, состоящего из двух полимеризованных тетрагональных графеновых слоев L4-8. Установлено, что новый алмазоподобный слой имеет двумерную тетрагональную решетку с параметром a = b = 0,3822 нм и толщиной 0,1599 нм. Рассчитанные поверхностная плотность и ширина запрещенной зоны этого слоя равны 0,109 мкг/см2 и 2,63 эВ, соответственно. Новый слой DL4-8 должен быть устойчивым, как минимум, до 220 К. Также установлено, что слой DL4-8 может быть получен при сильном одноосном сжатии двух графеновых слоев L4-8 при давлении 29,6 ГПа.
Keywords: графен, алмазоподобный слой, первопринципные расчеты, кристаллическая структура, фазовые переходы.

М.А. Журавков, Ю.Е. Нагорный, Д.Н. Политаев
Сравнительный анализ результатов численного моделирование механического поведения графена и силицена в рамках общего гармонического поля � стр. 415
Abstract: В статье представлены результаты применения модели общего гармонического поля для численного моделирования механических свойств близких по геометрической форме образцов наноструктур графена и силицена. Проведён расчёт коэффициентов жёсткости элементов для этой модели на основе жёсткостей пары базовых через собственные частоты колебаний трёхузловых фрагментов. Приведены зависимости упругих модулей от линейных размеров. В обоих случаях наблюдается рост модуля продольной упругости с выходом на асимптоту при увеличении длины образца и очень слабая зависимость от его ширины. Коэффициент поперечной деформации уменьшается с ростом ширины. Увеличение длины даёт у графена рост данного показателя, а у силицена – его снижение.
Keywords: общее гармоническое поле, графен, силицен, упругие коэффициенты, собственные частоты колебаний, модуль Юнга, коэффициент Пуассона.

Д.В. Иванов, С.А. Васильев, Н.Ю. Сдобняков, Е.В. Романовская, В.А. Анофриев, В.А. Кошелев, А.С. Антонов
Моделирование процесса формирования фрактальных металлических пленок � стр. 424
Abstract: В данной работе методом молекулярной динамики с использованием потенциала сильной связи проведено моделирование процесса молекулярно-лучевой эпитаксии с целью определения закономерностей при формировании фрактальных металлических пленок на твердой поверхности. В качестве подложки использовалась медь, пленка формировалась из атомов золота. Показана возможность формирования фрактальных структур в островковой пленке золота на поверхности меди. Различными аналитическими методами с использованием программного продукта Gwyddion проанализирован диапазон изменения фрактальной размерности при различных условиях молекулярно-динамического эксперимента.
Keywords: молекулярно-лучевая эпитаксия, молекулярно-динамическое моделирование, потенциал сильной связи, фрактальная размерность, золото, медь.

А.В. Котомкин, Н.П. Русакова, В.В. Туровцев, Ю.Д. Орлов
Электронные параметры структурных изомеров k,k-дифтороктана � стр. 438
Abstract: Проведено исследование электронного строения 6,6-дифторундекана (6,6 — F2C11H22) и структурных изомеров k,k-дифтороктана ( k,k — F2C8H16, где 1 ≤ k ≤ 8, k – положение фторов в углеводородной цепи). В рамках «квантовой теории атомов в молекулах» найдены переносимые или «стандартные» электронные параметры топологических атомов и атомных групп (заряд, объем и энергия). Оценена дальность индуктивного воздействия атомов фтора и фторсодержащих фрагментов (CHF2 и CF2) на ближайшее окружение. Установлено, что влияние CHF2 распространяется на четыре CH2, а CF2 на две CH2 группы в обе стороны по алкильной цепи. Получены данные по изменениям электронных параметров в зависимости от удаления от атома фтора. Составлен ряд групповых электроотрицательностей, согласно которому CF2 является более сильным акцептором электронной плотности, чем CHF2.
Keywords: индуктивный эффект, электроотрицательность, квантовая теория атомов в молекуле, электронная плотность, дифторалканы.

В.В. Мавринский, Е.А. Беленков
Графиновые слои, сформированные на основе слоев 5 — 7 графена � стр. 446
Abstract: Методом молекулярной механики MM2 рассчитана геометрически оптимизированная структура 43 новых полиморфных разновидностей L5-7 графиновых слоев, модельно сформированных на основе слоев 5 — 7 графена. Установлено, что возможно существование 3 полиморфных разновидностей α типа и по 20 разновидностей β и γ типов. Наиболее устойчивым должен быть слой γ1 — L5-7α так как у него минимальный параметр деформации Def = 9,0°. Новые полиморфы графина могут найти практическое применение в качестве молекулярных сит или адсорбентов водорода.
Keywords: графен, графиновые слои, гибридные углеродные соединения, полиморфизм, двухмерные наноструктуры, кристаллическая структура.

В.А. Полухин, Н.И. Сидоров, Р.М. Белякова
Водородопроницаемость аморфных, нано- и кристаллических сплавов на основе железа и никеля � стр. 457
Abstract: Исследована кинетика проницаемости и диффузии водорода в гидрированых мембранных сплавах на основе Fe и Ni, обладающих функциональными характеристиками, конструкционной прочностью и термостабильностью, и являющихся многообещающей альтернативой дорогим палладиевым сплавам. Изучены прочностные характеристики, термостабильность и устойчивость к водородному охрупчиванию. Рассмотрены механизмы структурирования, диффузии и проницаемости водорода в кристаллическом, аморфном, нанокристаллическом состояниях. Для мембранных сплавов особо важным аспектом является сочетание в открытых структур (аморфных и ОЦК), в то время как для аккумулирования водорода, помимо каналов транспорта (диффузии и проницаемости) также необходимы и высокоплотные интерметаллидные кластеры. Отмечено, что при длительной эксплуатации вследствие возникновения плотных кластерных конфигураций среднего упорядочения, сокращающих диффузионные каналы, начинается снижение через них транспорта водорода.
Keywords: мембранные сплавы, аморфная структура, межатомные связи, кластеры, гидрирование, стеклование, сорбция, диффузия, проницаемость, интерметаллиды, гидриды, водородная энергетика, молекулярная динамика.

В.В. Пуйтов, И.В. Талызин, С.А. Васильев, В.М. Самсонов
Разработка и апробирование алгоритмов генерации начальных конфигураций изомеров металлических нанокластеров � стр. 474
Abstract: Разработаны и апробированы алгоритмы генерации начальных конфигураций икосаэдрических, декаэдрических и кубооктаэдрических нанокластеров. Алгоритмы и соответствующие компьютерные программы апробированы на примере изомеров нанокластеров Au. С использованием молекулярной динамики исследованы закономерности термоиндуцированных структурных превращений в наночастицах золота с исходной кубооктаэдрической конфигурацией. Установлено, что плавлению кубооктаэдров предшествует их переход в икосаэдрические изомеры.
Keywords: наночастицы, икосаэдры, декаэдры, кубооктаэдры, алгоритмы генерации, нанокластеры Au, молекулярная динамика, термоиндуцированные структурные превращения.

Ю.Я. Гафнер, Д.А. Рыжкова
Термическая стабильность строения малых ГЦК–магических размеров кластеров серебра с начальной аморфной конфигурацией � стр. 486
Abstract: Частицы серебра размером меньше длины волны видимого света способны в значительной мере поглощать свет вследствие поверхностного плазмонного резонанса, частота и интенсивность которого зависит от формы и структуры наночастиц. То есть контроль строения нанокластеров Ag, широко применяемых в плазмонике, позволяет управлять длинами волн света, которые они рассеивают и поглощают. В данной статье рассматривается вопрос термической стабильности малых кластеров Ag с числом атомов, соответствующих «магическим» числам ГЦК структуры, при начальной аморфной конфигурации кластеров. Показано, что начальная аморфная морфология частиц способна в существенно изменить характер структурообразования нанокластеров Ag: формирование стабильной ГЦК структуры сменяется переходом к Dh- и Ih- конфигурациям.
Keywords: нанокластеры, серебро, структура, компьютерное моделирование, сильная связь, молекулярная динамика, ГЦК конфигурация, аморфная морфология.

Д.С. Ряшенцев, Е.А. Беленков
Исследование новых полиморфных разновидностей нитрида бора с алмазоподобными структурами � стр. 493
Abstract: В работе проведено теоретическое исследование новых полиморфных разновидностей нитрида бора, имеющих алмазоподобные структуры. В результате расчетов методом теории функционала плотности в градиентном приближении была установлена возможность устойчивого существования четырех новых структурных разновидностей нитрида бора: BN — LA4, BN — LA5, BN — LA6 и BN — LA7. Энергия сублимации новых BN фаз варьируется в диапазоне от 16,85 до 17,84 эВ/(BN), ширина запрещенной зоны – от 4,34 до 6,07 эВ. Объемная плотность BN полиморфов изменяется от 3,020 до 4,452 г/см3.
Keywords: нитрид бора, алмазоподобные фазы, первопринципные расчеты, кристаллическая структура, электронные свойства, полиморфизм.

Н.Ю. Сдобняков, В.С. Мясниченко, К.Г. Савина, А.Ю. Колосов, А.Д. Веселов, А.Н. Базулев, Р.Е. Григорьев, Д.Н. Соколов
Исследование внутренней нанопористой структуры и внешней поверхности биметаллических наночастиц � стр. 504
Abstract: На примере двух биметаллических наночастиц Cu — Pt и Au — Ag исследуется внутренняя структура и внешняя поверхность в процессе избирательной коррозии. Рассматриваются эквиатомные составы с общим числом атомов Ntot = 3000. В процессе избирательной коррозии удалялась половина атомов меди и серебра соответственно. В качестве метода моделирования используется метод Монте-Карло, в рамках схемы Метрополиса. Межатомное взаимодействие описывается потенциалом сильной связи. Как и следовало ожидать, избирательная коррозия приводит к тому, что поверхностный слой частицы обогащается атомами одного из компонентов. Однако сердцевина частицы сохраняет структуру бинарного наносплава. Нами также установлено, что в результате избирательной коррозии формируется дефектная структура наночастицы. Соответственно, мы предполагаем, что именно эти дефекты (преимущественно вакансии) приводят к пористой структуре более крупных бинарных наночастиц, наблюдаемых в экспериментах по их избирательной коррозии. Изменение величины удельной поверхности на единицу объема либо веса влияет на адсорбционные и каталитические свойства, а также коррозионную стойкость биметаллических наночастиц.
Keywords: избирательная коррозия, бинарные металлические наночастицы, метод Монте-Карло, дефекты, пористость, наносплавы.

4. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ НАНОТЕХНОЛОГИЙ � стр. 516

Х. Баззал, Н.А. Алексеенко, Е.С. Воропай, М.Н. Коваленко, М.П. Патапович, А.П. Зажогин
Спектральные исследования процессов образования нанопорошков Al2O3 и AlN при воздействии на алюминий длинными сериями сдвоенных лазерных импульсов в атмосфере воздуха � стр. 516
Abstract: Проведено исследование процессов образования нанопорошков Al2O3 и AlN при воздействии сдвоенных лазерных импульсов энергией 52 мДж и между импульсным интервалом 10 мкс на алюминиевую мишень, помещенную в закрытую стеклянную прямоугольную кювету, в зависимости от количества импульсов. Установлено, что наибольшая интенсивность полос субоксида AlO и молекул AlN наблюдается при 40 — 50 последовательных сдвоенных импульсов в серии. Размер первичных частиц, оцененный с помощью электронной микроскопии высокого разрешения, преимущественно составил 30 — 40 нм, частицы собраны в агломераты. Методом комбинационного рассеяния показана возможность получения активных форм оксидов алюминия и продуктов взаимодействия их с кислородом и азотом воздуха в лазерной плазме, осаждаемых на стеклянную поверхность.
Keywords: оксидированные нанопорошки Al, Al2O3, AlN, субоксиды AlO, импульсное лазерное распыление, лазерная плазма, лазерная искровая спектрометрия, многозарядные ионы, сдвоенные лазерные импульсы.

Е.А. Богданова, В.М. Скачков
Исследование реологических свойств гидроксиапатита и фторапатита, находящихся в коллоидном состоянии � стр. 525
Abstract: В статье обсуждается возможность практического применения суспензии гидроксиапатита и фторапатита в качестве компонентов лекарственных средств, фармацевтических композиций и биоматериалов. С использованием физико-химических методов анализа оценены их вязкость, плотность и степень дисперсности. Определены концентрационные интервалы, в которых исследуемые системы обладают свойствами, необходимыми для создания фармацевтических композиций и биоматериалов. Биологическая активность апатитов во многом зависит от степени дисперсности и проявляется тем больше, чем меньше размер их частиц, а полученные в данной работе наночастицы гидроксиапатита и фторапатита в суспензиях имеют размер частиц порядка 100 нм и менее, и, следовательно, реологические свойства у них проявятся наиболее полно.
Keywords: гидроксиапатит, фторапатит, реологические свойства, биоматериалы.

Е.А. Богданова, И.А. Веретенникова
Исследование особенностей спекания керамических материалов на основе гидроксиапатита и его замещенных форм � стр. 535
Abstract: Порошки стехиометрического и фторзамещенного гидроксиапатита с повышенной активностью к спеканию (температура начала уплотнения составляет 600 °С) синтезированы методом осаждения из раствора. Исследованы свойства синтезированных порошков и керамики после обжига. Показано, что введение фторид-ионов позволяет термически стабилизировать фазу апатита до температуры 1000 °С, повысить степень дисперсности и площадь удельной поверхности, почти в три раза увеличить микротвердость материала. Сопоставление распределения частиц по размерам в синтезированных порошках и распределения зерен в спеченной керамике подтвердили наследование керамикой наноструктуры исходных порошков.
Keywords: гидроксиапатит, фторзамещенный гидроксиапатит, спекание, биокерамика.

А.Н. Болотов, О.О. Новикова, В.В. Новиков
Магнитные силоксановые наножидкости адаптированные для условий граничного трения � стр. 546
Abstract: Известные в настоящее время магнитные смазочные наножидкости имеют недостаточно хорошие триботехнические характеристики при эксплуатации в режиме граничного трения. Предложен способ адаптации для граничного трения магнитных силоксановых наножидкостей, путем модификации их состава химически активными антифрикционными, противоизносными и противозадирными присадками. Создан ряд смазочных композиций магнитных наножидкости на основе полиэтилсилоксана ПЭС-5. Приведенные экспериментальные исследования показали, что наиболее значительное улучшение антифрикционных и противоизносных свойств наножидкостей достигается при введении в их структуру хлорсодержащих присадок Совол и 3Н2ТЭ. Добавление в наножидкость антиокислительной присадки ДФ-11, фторсодержащей присадки ЭО-1, металлоплакирующего соединения МКФ-18 не привело к значимому улучшению антифрикционных свойств. Установлено, что магнитные наножидкости с модифицирующими присадками, по трибосвойствам сопоставимы с традиционными немагнитными жидкими смазочными материалами и превосходят пластичные смазки на основе полиэтилсилоксана. Разработанные композиции на основе силоксановых наножидкостей, будут востребованы для смазывания подшипников качения и скольжения, зубчатых передач, контактных уплотнений, которые функционируют при низких и повышенных температурах в газовой среде или в условиях вакуума. Наиболее успешно они могут применяться в вакуумной и космической технике, для магнитных трибоузлов, где возможна только однократная заправка ограниченным объемом смазочного материала.
Keywords: магнитная смазочная наножидкость, граничное трение, изнашивание, смазка, антифрикционные и противоизносные присадки.

А.Н. Болотов, О.О. Новикова
Мобильный магнитометр для экспресс – теста намагниченности насыщения магнитных наножидкостей � стр. 557
Abstract: Работа направлена на создание магнитометрического прибора для точного определения намагниченности насыщения магнитных наножидкостей и подобных по свойствам функциональных дисперсных материалов. В основе прибора лежит магнитометрический метод с холловскими преобразователями индукции, усовершенствованный с учетом особенностей физико-механических свойств жидкостей. Измерительная магнитная система прибора построена таким образом, чтобы с помощью постоянных магнитов можно было создавать однородное намагничивающее поле величиной до (2 ÷ 4) · 105 А/м в рабочем зазоре, где установлена кювета с изучаемой магнитной наножидкостью. Под кюветой с магнитной наножидкостью в среднем ее сечении располагается преобразователь Холла, который служит для измерения напряженности намагничивающего магнитного поля. Второй преобразователь Холла, предназначенный для измерения индукции магнитного поля в веществе, установлен в канавке прямоугольного сечения и располагается по центру магнитной наножидкости в кювете. Относительная ошибка измерения намагниченности на приборе не превышала 2 % для магнитных наножидкостей с намагниченностью в диапазоне от 10 кА/м до 50 кА/м. Созданный прибор может использоваться для экспресс – измерений в лабораторных и промышленных условиях и не требует специальных профессиональных навыков. Показано, что аддитивная составляющая инструментальной погрешности измерений зависит от значений остаточного напряжения (ЭДС неэквипотенциальности), побочных гальваномагнитных эффектов и термо-ЭДС измерительного преобразователя. Мультипликативная составляющая связана с временной и температурной нестабильностью коэффициента преобразования и тока или напряжения питания. Методическая погрешность магнитометра вызвана тем, что для измерений индукции магнитного поля используется не полностью замкнутая магнитная цепь. Показано, что по своим метрологическим параметрам прибор отвечает международным стандартам на магнитные измерения магнитомягких материалов. Прибор позволил определить намагниченность коллоидных систем в магнитных полях начала парапроцессов, индивидуальную намагниченность наночастиц дисперсной фазы, агрегативную устойчивость коллоидов в магнитных и гравитационных полях, оценить размеры сольватной оболочки наночастиц.
Keywords: магнитная наножидкость, намагниченность насыщения, преобразователи Холла, магнитная система, погрешность измерений, численное моделирование.

И.М. Гиниятуллин, Е.А. Богданова, К.В. Нефедова
Разработка композиционных материалов на основе наноразмерного гидроксиапатита, упрочненного оксидами алюминия и циркония � стр. 571
Abstract: В статье обсуждается возможность упрочнения наноструктурированного гидроксиапатита, полученного осаждением из раствора, путем введения армирующих добавок оксида алюминия и оксида циркония. Оценено влияние количества вводимой добавки и температуры отжига на линейную усадку, морфологию и микротвердость материала. Установлено, что максимальными прочностными характеристиками, плотной равномерной структурой с высокой степенью кристалличности обладает образец Ca10(PO4)6(OH)2 — 15%Al2O3 — 5%ZrO2. Композит данного состава является перспективным материалом для дальнейших исследований с целью внедрения его в медицинскую практику.
Keywords: гидроксиапатит, композиционные биоматериалы, микротвердость.

А.А. Давыдова, Е.В. Ракша, О.Н. Осколкова, В.В. Гнатовская, П.В. Сухов, О.М. Падун, В.А. Глазунова, В.В. Бурховецкий, Г.К. Волкова, Ю.В. Берестнева, М.В. Савоськин
Малослойные графеновые частицы на основе терморасширенного соинтеркалата нитрата графита с уксусной и муравьиной кислотами � стр. 580
Abstract: Путем расслоения терморасширенного графита в этиловом и трет-бутиловом спиртах под действием ультразвука получены дисперсии малослойных графеновых наночастиц. Исходный терморасширенный графит получен термической обработкой в ударном режиме нагрева тройного соединения соинтеркалирования нитрата графита с уксусной и муравьиной кислотами. Проведено исследование структурных характеристик соинтеркалата нитрата графита и терморасширенного графита методом рентгенофазового анализа. Микроструктура и морфология полученных графеновых частиц исследованы методом просвечивающей электронной микроскопии.
Keywords: терморасширенный графит, малослойные графеновые наночастицы, нитрат графита, соинтеркалирование, рентгенофазовый анализ, просвечивающая электронная микроскопия.

О.В. Девицкий, А.А. Кравцов, А.С. Пащенко, И.А. Сысоев
Влияние термического отжига на структуру и оптические свойства тонких пленок нитрида алюминия на сапфире � стр. 591
Abstract: Представлены результаты экспериментального исследования влияния термического отжига на структуру, морфологию поверхности и оптические свойства тонких пленок нитрида алюминия на сапфире. Тонкие пленки нитрида алюминия на сапфире толщиной 200 нм отжигались на воздухе и в атмосфере азота при остаточном давлении газов в вакуумной камере установки ионно-лучевого осаждения не менее 100 Па при температуре 850 °C. Установлено, что при термическом отжиге пленок нитрида алюминия на сапфире в атмосфере азота происходит уменьшение среднеквадратичной шероховатости пленок до 0,8 нм, увеличение коэффициента пропускания в диапазоне длин волн 300 — 1000 нм вплоть до 96 %, а также повышение стехиометрии пленок. Показано, что для пленок нитрида алюминия на сапфире, отожжённых на воздухе, происходит окисление нитрида алюминия с образованием аморфного оксида алюминия при температуре 850 °C. Результаты энергодисперсионного анализа показали полное отсутствие азота на поверхности этих пленок. Снижение коэффициента пропускания во всем диапазоне длин волн для пленок AlN, отожжённых на воздухе, делает их не пригодными для применения в оптоэлектронике. Морфология поверхности этих пленок представляет собой массив остроконечных образований с максимальной высотой 190,7 нм и среднеарифметической шероховатостью поверхности 3,7 нм.
Keywords: нитрид алюминия, ионно-лучевое осаждение, термический отжиг, наногетероструктуры, сапфир, оптические свойства, энергодисперсионный анализ.

Д.А. Зерница, В.Г. Шепелевич
Формирование структуры быстрозатвердевшей фольги эвтектического сплава Sn — 8,8 мас.% Zn � стр. 601
Abstract: Представлены результаты исследования микроструктуры быстрозатвердевшей фольги эвтектического сплава Sn — 8,8 мас. % Zn поверхностей A и B, определены параметры микроструктуры. Проведено исследование текстуры выделений твёрдых растворов олова и цинка в фольге, представлены полюсные плотности дифракционных линий данных фаз. Изучено влияние сверхбыстрого охлаждения на распределение углов разориентации соседних и случайно выбранных зёрен для поверхностных слоёв фольги, контактирующих с подложкой (A) и атмосферой (B) соответственно.
Keywords: высокоскоростное затвердевание, сплав Sn — Zn, эвтектика, микроструктура, текстура, спинодальный распад, разориентация, двойникование.

В.В. Измайлов, М.В. Новоселова
Некоторые статистические распределения, характеризующие нанотопографию технических поверхностей � стр. 609
Abstract: Исследована нанотопография технических поверхностей деталей из высоколегированной термообработанной стали и электротехнического серебра после финишной механической обработки. Экспериментально определены функции плотности вероятности параметров нанотопографии – высот выступов и радиусов кривизны их вершин, которые необходимы для теоретического описания процессов контактного взаимодействия технических поверхностей (на примере поверхностей серебра и стали). Установлено, что распределение указанных параметров наношероховатости сильно асимметрично и далеко от нормального. Доказано, что для исследованных поверхностей плотность вероятности указанных параметров наношероховатости адекватно описывается бета-распределением. Достоверность данного заключения подтверждается с помощью критериев согласия Пирсона χ2 и Романовского.
Keywords: поверхность, нанотопография, параметры, плотность вероятности, бета-распределение, критерии согласия.

А.А. Кравцов, О.В. Девицкий, Д.С. Кулешов, А.С. Пащенко
Исследование микроструктуры полимерных функциональных покрытий с наночастицами серебра для солнечных элементов � стр. 617
Abstract: В рамках работы на кремниевых солнечных элементах были получены полимерные функциональные покрытия с наночастицами серебра. Размер наночастиц, использовавшихся для создания покрытий составил ~100 нм. Впервые была исследована микроструктура полученных покрытий методом сканирующей электронной микроскопии. Было показано, что наночастицы имеют достаточно высокую и равномерную плотность распределения в покрытии. В покрытиях, полученных с помощью метода осушения присутствуют единичные дефекты в виде отсутствия пленки. Данные дефекты предположительно обусловлены перепадами микрорельефа на поверхности солнечных элементов и могут быть устранены путем повторного нанесения пленки. Проведенные экспериментальные исследования квантового выхода фотопреобразователей показали, что функциональные покрытия на основе полимеров с наночастицами серебра позволяют существенно улучшить характеристики кремниевых солнечных элементов.
Keywords: солнечные элементы, наночастицы серебра, функциональные покрытия, микроструктура, поливинилбутираль, морфология, плазмонный резонанс, увеличение эффективности, квантовый выход.

Т.В. Малинский, С.И. Миколуцкий, В.Е. Рогалин, Ю.В. Хомич, В.А. Ямщиков, И.А. Каплунов, А.И. Иванова
Модификация поверхности кремния при воздействии излучения наносекундного ультрафиолетового лазера � стр. 628
Abstract: Методами оптической профилометрии и сканирующей электронной микроскопии исследовано воздействие излучения наносекундного ультрафиолетового лазера (λ = 355 нм, длительность импульса 10 нс, энергия в импульсе – до 8 мДж, частота следования импульсов до 100 Гц) на монокристалл кремния. При плотности энергии ≥ 1,2 Дж/см2 наблюдалось образование плазменного факела и кратера. При плотности энергии ≥ 0,2 Дж/см2, возникают очаги микропробоя на дефектах обработки и зафиксированы следы неконтролируемого поднятия поверхности. Облучение сканирующим пучком лазера при плотности энергии 0,2 Дж/см2 образует микрократеры на поверхности размером несколько мкм. С увеличением плотности энергии размер микропробоев увеличивался, и при плотности энергии ≥ 0,7 Дж/см2 воздействие сканирующим лучом образует сплошную зону повреждений.
Keywords: лазерное воздействие, монокристалл кремния, УФ лазер, наносекундный импульс, микро- и наномодификация поверхности, пластическая деформация.

Ю.А. Малкандуев, А.А. Кокоева
Исследование оптических свойств водорастворимых электролитов на основе α-аминокислот � стр. 637
Abstract: Из литературы известно, что L-аминокислоты, кроме глицина, являются оптически активными веществами и обладают способностью вращать плоскость поляризации проходящего через него поляризованного луча света в левую сторону. В работе приводиться синтез и радикальная полимеризация водорастворимых полиэлектролитов на основе L-валина и L-лейцина. В работе описывается способ получения новых нанокомпозиционных материалов на основе синтезированных полимеров и модифицированного монтмориллонита. Исследованыоптически активных свойства и определены величина удельного вращения плоскости поляризации для алкилированной аминокислоты – N,N-диаллилвалина и N,N-диаллиллейцина.
Keywords: аминокислоты, радикальная полимеризация, алкилирование аминокислот, нанокомпозит, модифицированная глина, оптическая активность, удельное вращение плоскости поляризации, угол поворота.

О.В. Малышкина, А.И. Иванова, К.В. Пацуев
Влияние температуры синтеза на структуру керамики ниобата натрия – лития � стр. 644
Abstract: Авторами получены образцы и проведено исследование структуры и диэлектрических свойств пьезоэлектрической керамики на основе ниобатов натрия и лития (Li0,1Nao,9)NbO3 при различных технологиях синтеза материала ниобата натрия. Проведено сравнительное исследование структуры и диэлектрических свойств полученных образцов. Показана существенная зависимость зернообразования в процессе спекания образцов от температуры синтеза состава NaNbO3. Установлено, что температура фазового перехода сильно зависит от температуры первого синтеза ниобата натрия (первый синтез при температуре 650 °С – Tmax ~ 375 °С, при температуре первый синтез 700 °С – Tmax = 425 °С).
Keywords: пьезоэлектрическая керамика, бессвинцовые материалы, структура зерен.

О.В. Малышкина, А.И. Иванова, К.С. Карелина, Р.А. Петров
Особенности структуры керамики на основе титаната бария и титаната кальция � стр. 652
Abstract: В работе получены и исследованы образцы керамики на основе титаната бария и титаната кальция. Проведен анализ элементного состава полученной керамики. Показано, что в твердый раствор титанат кальция-бария Ba1-xCaxTiO3 кальций входит c x < 0,3. В образцах керамики с x ≥ 0,3 избыток CaTiO3 рекристаллизуется отдельными зернами. Увеличение концентрации кальция приводит как к уменьшению размера образцов, так и к уменьшению его плотности. Значительное увеличение размера зерен (в несколько раз) керамики BaTiO3 по сравнению с керамикой CaTiO3 приводит к соответствующему увеличению микротвердости образцов.
Keywords: пьезоэлектрическая керамика титаната бария, бессвинцовые материалы, структура зерен.

Г.А. Мустафаев, А.Г. Мустафаев, В.А. Панченко, Н.В. Черкесова
Разработка логического элемента на основе полифениленовых молекул � стр. 662
Abstract: Большое энергопотребление изделий интегральной электроники и дорогостоящие методы их производства, делает масштабирование кремниевых полупроводниковых устройств до размеров менее 50 нм непростой технологической и конструкторской задачей. В последнее время были достигнуты значительные успехи в разработке и исследовании изделий молекулярной электроники: молекулярных проводов, молекулярных диодов, изготовленных из отдельных молекул. Также были получены хорошие результаты в технологии формирования надежного электрического контакта с электропроводящими молекулами. Достижения в области наноэлектроники делают возможным разработку более сложных молекулярных электронных структур, например, цифровых логических схем. В данной работе проведено квантово-химическое моделирование молекулы, выполняющей функцию логического элемента, выполнена оптимизация равновесной пространственной конфигурации молекулы, разработана конструкция и синтезирована топология слоев для изготовления подложки для монтажа молекулы и создания внешних интерфейсов. Полученные результаты демонстрируют перспективность органической электроники как альтернативы кремниевым полупроводниковым материалам при разработке интегральных схем.
Keywords: моделирование, молекулярная электроника, логический элемент, наноэлектроника, молекулярный диод, цифровая логика, функциональная электроника.

Н.А. Панькин, А.Ф. Сигачев, В.П. Мишкин
Исследование диаграмм прессования при формовании смеси порошков меди и карбида кремния � стр. 672
Abstract: Проведено исследование смеси порошков меди и карбида кремния после одностороннего холодного формования в закрытой пресс-форме методами: растровой электронной микроскопии, гидростатического взвешивания и анализа диаграмм прессования. Выявлены основные этапы формования, их границы и характерные процессы, происходящие на каждом из них. Установлено, что на диаграмме формования можно выделить не менее трёх областей. Показано, что их границы (по давлению) определяются механическими свойствами материалов используемых порошков и процессами перераспределения / укладки структурных элементов и их упругой/неупругой деформации.
Keywords: медь, карбид кремния, диаграмма прессования, плотность, предельное давление, форма частиц, механизм формования.

Л.А. Пасечник, С.А. Бибанаева, И.С. Медянкина, С.П. Яценко
Механизм и кинетика нейтрализации медьсодержащих растворов модифицированными красными шламами глиноземного производства � стр. 681
Abstract: Предложены методы модификации красных шламов (КШ) обработкой соляной кислотой и карбонизацией с получением сорбционных материалов, пригодных для извлечения металлов из кислых растворов. Модификация КШ карбонизацией способствует увеличению площади и объема пор в карбонизированном шламе (КШК), что привело к более высокой сорбционной емкости до 246 мг Cu/г, при одновременной нейтрализации сернокислого медьсодержащего раствора с 1,5 до 4,5 единиц pH. Кислотная обработка приводит к меньшим положительным эффектам по извлечению меди. Кинетика сорбции описывается уравнениями как псевдо-первого порядка (R2 > 0,96), так и псевдо-второго (R2 > 0,98), определяя равнозначные вклады в общую скорость процесса стадий массопереноса и взаимодействия ионов. При изучении механизма установлено, что поверхностные диффузионные процессы на границе «твердое — жидкое» переходят в массоперенос ионов Cu2+ и химическое взаимодействие с функциональными группами на поверхности и внутри частиц модифицированных шламов. Для исходного шлама эти процессы практически эквивалентны. Десорбция меди водой и раствором этилендиаминтетрауксусной кислотой (ЭДТА) показала, что прочность связей в структуре КШК–Cu  и устойчивость поверхностных тройных комплексов Cu–ЭДТА–КШК оказывается выше, чем Cu–ЭДТА–КШ. Показана перспектива создания сорбционных материалов на основе промышленных отходов, в частности щелочных красных шламов, и их применение для поглощения токсичных металлов из кислых сточных вод с взаимной нейтрализацией и утилизацией разных видов техногенных отходов металлургических производств – твердых, газообразных и жидких.
Keywords: красные шламы, модификация поверхности, кислотная обработка, карбонизация, сорбция, десорбция, ионы меди(II).

Д.И. Переверзев, Е.А. Богданова, К.В. Нефедова
Получение биокомпозитов на основе наноразмерного гидроксиапатита, допированного оксидом циркония и фторидом кальция � стр. 697
Abstract: В статье обсуждается возможность упрочнения наноструктурированного гидроксиапатита (ГАП), полученного осаждением из раствора, путем введения оксида циркония и фторида кальция. Показано влияние качественного и количественного состава на протекание процессов спекания и прочностные характеристики исследуемых образцов. Экспериментально установлено, что максимальными прочностными характеристиками и постоянным составом обладает образец Ca10(PO4)6(OH)2 — 15%CaF2 — 5%ZrO2. Композит обладает плотной равномерной структурой с высокой степенью кристалличности, является перспективным материалом для дальнейших исследований с целью внедрения его в медицинскую практику.
Keywords: гидроксиапатит (ГАП), композиционные биоматериалы, микротвердость.

Г.И. Свердлик, А.Ю. Атаева, А.Р. Атаев
Методика определения гидравлического сопротивления струйного барботера для улавливания мелкодисперсной пыли � стр. 706
Abstract: В СКГМИ (ГТУ) разработана конструкция струйного барботера, в основу которого положена запатентованная конструкция основного узла аппарата – распределительной тарелки, позволяющей реализовать в барботере пенный режим. Данный пылеуловитель позволяет улавливать мелкие частицы пыли (<1 мкм), включая наночастицы, не улавливаемые в рукавных фильтрах. В статье приведена методика расчета гидравлического сопротивления барботера, необходимая для использования при выборе вентилятора для процесса пылеулавливания в барботере. Гидравлическое сопротивление барботера определяется как сумма составляющих: статического давления слоя жидкости, капиллярного перепада в зоне образования пузырьков и сопротивлений деталей распределительной тарелки. Разработанная методика была использована при проектировании технологической линии очистки газов от пылевидных возгонов вельц-печей цинкового производства, содержащих наночастицы.
Keywords: гидравлическое сопротивление, барботер, пузырьки, наночастицы, капиллярный перепад, поверхностное натяжение.

И.В. Синёв, Н.А. Клычков, Д.А. Тимошенко, В.В. Симаков
Влияние освещения на распознавательную способность мультисенсорных микросистем на основе нитевидных нанокристаллов диоксида олова � стр. 713
Abstract: С помощью стандартных методов классификации данных показана возможность распознавания газовых смесей с помощью мультисенсорной микросистемы с газочувствительным слоем на основе нитевидных нанокристаллов. Проведенный статистический анализ экспериментальных результатов показал, что освещение светодиодом в ультрафиолетовом диапазоне газочувствительного слоя диоксида олова значительно увеличивает медианное расстояние Евклида-Махаланобиса между классами (распознавательная способность) различных газовых проб по сравнению с результатами измерений в темноте. Высказана гипотеза о том, что повышение распознавательной способности мультисенсорной микросистемы связано с селективным влиянием освещения на поверхностные химические реакции активных форм кислорода и частицами анализируемых газов.
Keywords: диоксид олова, нитевидные нанокристаллы, мультисенсорные микросистемы, ультрафиолетовое освещение, распознавание газовых смесей.

В.М. Скачков, Л.А. Пасечник, С.П. Яценко
Изучение свойств диффузионно-твердеющего композиционного припоя GaSn — CuSn — Mo � стр. 722
Abstract: В статье обсуждается возможность регулирования свойств диффузионно-твердеющего припоя (ДТП) на основе легкоплавкого сплава галлий-олово и твердой компоненты состоящей из порошка сплава медь-олово посредством введения инертного порошка металлического молибдена и термической обработки. Оценена  микротвердость и термическая устойчивость композиционных диффузионно-твердеющих припоев. Показано, что повторная термическая обработка при высоких температурах способствует переходу припоя в равновесное состояние, при этом происходит резкое увеличение твердости, почти на порядок. Подтверждено, что инертные наполнители снижают механическую прочность относительно начального диффузионно-твердеющего припоя, даже те, которые хорошо смачиваются галлием, однако существует некий диапазон, содержащий определенное количество инертного компонента, у порошка молибдена это 15%, при котором микротвердость композиционного припоя выходит на максимум.
Keywords: композиционные диффузионно-твердеющие припои, структура, свойства, микротвердость, дифференциально-термический анализ.

Д.А. Тимошенко, И.В. Синёв, В.В. Симаков
Создание сенсора газа на основе нитевидных нанокристаллов диоксида олова � стр. 731
Abstract: Методом осаждения из паровой фазы были выращены нитевидные нанокристаллы диоксида олова. Исследовано влияние технологических параметров синтеза на морфологию выращенных наноструктур. Показано, что увеличение парциального давления кислорода в диапазоне от 0,06 мбар до 9,3 мбар и температуры зоны осаждения в диапазоне от 940°С до 995°С приводит к увеличению диаметра формируемых нитевидных нанокристаллов. В экспериментах установлено, что средний диаметр нитевидных нанокристаллов варьировался от 80 нм до 250 нм. На основе полученных нанокристаллов был сформирован активный слой газового сенсора, чувствительный к парам ацетона в воздухе. Величина газочувствительности и характерные времена отклика полученного сенсора достаточны для практического применения в газоанализаторах и системах распознавания газовых смесей и запахов.
Keywords: нитевидные нанокристаллы, диоксид олова, физическое осаждение из газовой фазы, сенсоры газа, газочувствительность.

Б.М. Хуболов
Электрохимический синтез порошков оксидных вольфрамовых бронз � стр. 738
Abstract: Химическим анализом установлено, что при электрохимическом восстановлении в расплавах M2WO4 — WO3 (M — Li, Na, K, Cs, Tl) образуются оксидные вольфрамовые бронзы различного состава и структуры. Изучена зависимость изменения равновесных потенциалов катодных продуктов от температуры и состава расплава. Установлено, что с увеличением содержания щелочного металла в вольфраматных расплавах число зародышей кристаллов уменьшается. Снижение температуры расплава и увеличение катодной плотности тока также приводит к уменьшению размеров зерен катодных осадков, что позволяет получать порошки оксидных вольфрамовых бронз контролируемой дисперсности. Методами рентгеноэлектронной спектроскопии и каналирования были исследованы структура конденсированных в среднем вакууме тонких пленок, а также монокристаллы натрий-вольфрамовых бронз электрохимически циклированных в анодном и катодном режимах для получения информации о толщине окрашивающего слоя.
Keywords: оксидная вольфрамовая бронза, порошки, электрохимический синтез, электролитическое восстановление, расплавы солей.

В.М. Юров, К.М. Маханов, В.С. Портнов
Наноструктуры в тонком слое угольного вещества � стр. 746
Abstract: В представленной работе рассмотрен поверхностный слой угольного вещества, структура и характеристики которого отличны от структуры объема. Этот слой имеет два уровня: d(I) равный 151,5 нм и d(II) ≈ 10 · d равный 1515 нм для антрацита. Для чистых металлов d(I) равно 1 — 6 нм, что на 2 порядка меньше поверхностного слоя угольного вещества. Толщина этого слоя имеет порядок толщин высших фуллеренов C96, равного 135 нм. Все эти особенности угольного вещества, имеющего углеродную основу и представляющего собой полимер с надмолекулярной структурой, приводят к тому, что именно поверхностный слой определяет физические процессы в нем, связанные с протеканием газов и жидкости, а также с явлениями взрывоопасности.
Keywords: поверхностный слой, наноструктура, поверхностная энергия, атомный объем, размерный эффект, угольное вещество.

5. НАНОХИМИЯ � стр. 758

Н.А. Алексеенко, М.Н. Коваленко, Л.В. Маркова, А.П. Зажогин
Процессы образования нанодисперсных порошков Al2O3 с углеродом в электрической дуге постоянного тока � стр. 758
Abstract: Исследованы процессы образования нанодисперсных порошков Al2O3 с углеродом в электрической дуге постоянного тока при воздействии дугового разряда между электродом из алюминиевого сплава Д16Т и угольным электродом в атмосфере воздуха. Изучено влияние силы тока дуги на плазменно-дуговой синтез алюминий-углеродного материала, прекурсора для получения полых наночастиц Al2O3. Установлено, что с увеличением силы тока дуги от 4 до 14 А количество продукта увеличивается почти на порядок, несмотря на конкурирующие процессы диссоциации AlO при увеличении температуры от 5000 до 5500К.
Keywords: Al2O3 , субоксиды AlO , электрическая дуга постоянного тока, температура дуги, температура области образования субоксидов алюминия.

В.В. Алемасова, С.Р. Сухова, В.В. Кравченко, М.А. Зозуля, Л.А. Прокофьева, В.В. Бурховецкий, М.В. Савоськин
Влияние ультразвукa на структуру восстановленного тиомочевиной оксида графита � стр. 765
Abstract: Исследовано влияние ультразвука на процесс восстановления тиомочевиной оксида графита, полученного по методу Хаммерса. Установлено, что обработка оксида графита тиомочевиной в водном растворе приводит к частичному удалению кислородсодержащих и образованию серосодержащих функциональных групп на поверхности оксида графита. Ультразвук небольшой мощности способствует увеличению степени функционализации поверхности оксида графита серой. Методами сканирующей и просвечивающей электронной микроскопии исследована морфология частиц частично восстановленного и функционализированного оксида графита. Показано, что ультразвук способствует образованию объемного гидрогеля с сильно развитой поверхностью.
Keywords: оксид графита, восстановление, функционализация, тиомочевина, ультразвук, структура, сканирующая электронная микроскопия, просвечивающая электронная микроскопия.

Е.С. Бахвалова, А.В. Быков, А.И. Сидоров, Л.Ж. Никошвили, Л.Л. Киви
Влияние типа ароматической полимерной матрицы на стабильность наноразмерных палладиевых катализаторов в реакции Сузуки � стр. 775
Abstract: Данная работа посвящена исследованию влияния типа полимерной матрицы сверхсшитого полистирола на активность и стабильность палладиевых катализаторов кросс-сочетания Сузуки. Показано, что применение сверхсшитого полистирола, функционализированного третичными аминогруппами, может быть перспективным с точки зрения обеспечения стабильности катализатора при рециклах, однако для достижения 100% конверсии арилгалогенида (4-броманизола) требуется применение сильного избытка фенилбороновой кислоты и основания. Катализатор на основе нефункционализированного сверхсшитого полистирола обладает более высокой активностью и позволяет, используя полуторакратный избыток фенилбороновой кислоты, достичь полной конверсии 4-броманизола за 60 мин реакции в мягких условиях (70°С, растворитель – смесь этанола и воды в соотношении 5:1). Недостатком такой системы является сильная адсорбция продукта кросс-сочетания в гидрофобной полимерной матрице.
Keywords: кросс-сочетание Сузуки, палладий, катализатор, наночастицы, сверхсшитый полистирол.

С.А. Бибанаева, Л.А. Пасечник, В.М. Скачков, В.Т. Суриков, С.П. Яценко
Влияние металлических добавок при гидрохимической переработке диаспор-бемитовых бокситов на физико-химические свойства восстановленных шламов � стр. 784
Abstract: Работа посвящена изучению высокотемпературного гидрохимического разложения минеральных комплексов диаспор-бемитовых бокситов методом Байера с извлечением макрокомпонентов – алюминия и железа в присутствии металлических восстановителей. Проведены рентгенофазовые исследования, направленные на определение состава и структуры новых соединений в магнетизированном красном шламе. По результатам физико-химических исследований продуктов выщелачивания рекомендованы оптимальные параметры восстановительного выщелачивания бокситов СУБРа, направленные на извлечение алюминия и синтез магнетита. Выявлены закономерности влияния вида металлического восстановителя на морфологию, фазовый состав, размер частиц в красном шламе (КШ).
Keywords: бокситы, выщелачивание, процесс Байера, восстановление железа, красный шлам, переработка, гематит, магнетит, дисперсность.

О.И. Гырдасова, Л.А. Пасечник, В.Н. Красильников, В.Т. Суриков, М.В. Кузнецов
Сорбционная и фотокаталитическая активность Zn1-xCuxO (x = 0,05 и 0,15) к As(III) в щелочной среде � стр. 792
Abstract: С использованием формиатогликолятных комплексов Zn1-xCux (HCOO)(OCH2CH2O)1/2  (0 ≤ x ≤ 0,15)  получены твердые растворы Zn1-xCuxO c 1D и композиты Zn1-xCuxO / CuO со сферической морфологией агрегатов соответственно. Материалы апробированы в реакции фотоокисления As(III) при воздействии ультрафиолетового и видимого излучения. Установлено, что медь является эффективной допирующей примесью в составе твердого раствора Zn1-xCuxO (0 ≤ x ≤ 0,1). Присутствие ее в оболочке композита Zn1-xCuxO / CuO негативно влияет на фотоактивность материала вплоть до подавления фотокатализа в видимом световом диапазоне. Показана также сорбционная эффективность материалов к мышьяку независимо от состава и морфологии материала. Согласно данным рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии на поверхности образцов после сорбции мышьяк находится преимущественно в виде As(III).
Keywords: оксид цинка, наногетероструктуры, синтез, прекурсоры, морфология, микроструктура, дефектная структура, динамика электронных возбуждений, фотокатализаторы.

Ю.Ф. Иванов, Е.А. Петрикова, С.В. Лыков, Ю.А. Денисова, А.Д. Тересов, О.С. Толкачев
Структура и свойства поверхностного слоя высокохромистой аустенитной стали, подвергнутой ионно-плазменному азотированию � стр. 805
Abstract: Ионное азотирование является одним из наиболее распространенных способов поверхностного упрочнения деталей и инструмента. Цель настоящей работы – выявление и анализ закономерностей преобразования структуры и свойств поверхностного слоя высокохромистой нержавеющей стали, подвергнутой низкотемпературному азотированию в плазме газового разряда низкого давления. Установлено, что насыщение азотом (790 К, 3 час.) аустенитной высокохромистой стали 20X23H18 в плазме газового разряда низкого давления сопровождается формированием в слое толщиной (55 — 60) мкм структуры пластинчатого типа с чередующимися пластинами аустенита и нитрида железа (поперечные размеры пластин не превышают 10 нм), микротвердость и износостойкость которой превышают в 6,5 раз и более чем в 400 раз соответствующие характеристики исходного состояния.
Keywords: плазма газового разряда низкого давления, аустенитная сталь, фазовый состав, дефектная субструктура, микротвердость, износостойкость.

А.И. Ковтун
Адсорбционные и дилатационные реологические свойства лактата хитозана на границе раздела жидкость-газ � стр. 816
Abstract: Методом формы осциллирующей капли исследованы адсорбционные и дилатационные реологические характеристики (модуль упругости и вязкости) лактата хитозана на границе раздела жидкость – газ. Определены зависимости динамического и равновесного поверхностного натяжения от концентрации лактата хитозана в растворе. Установлено, что полученные зависимости сходны с таковыми для поверхностно-активных высокомолекулярных соединений. Изучены зависимости поверхностных упругости и вязкости лактата хитозана от частоты осцилляций и концентрации. Показано, что лактат хитозана способен образовывать упругие адсорбционные слои со значениями модуля вязкоупругости сопоставимыми для биополимеров белковой природы.
Keywords: хитозан, поверхностное натяжение, модуль вязкоупругости, модуль упругости, модуль вязкости, граница раздела жидкость-газ.

М.Д. Корабель, И.В. Синёв, Д.А. Шикунов, Н.А. Клычков, Д.А. Тимошенко, В.В. Симаков
Принципы создания виртуальной мультисенсорной системы для распознавания газовых смесей � стр. 827
Abstract: В широком диапазоне концентраций газов различной химической природы (аммиака, ацетона, пропанола и этанола) исследовалась концентрационная зависимость газочувствительности сенсора газа на основе наноструктурированной пленки диоксида олова при различных режимах его работы. Экспериментально показано, что концентрационная зависимость газочувствительности носит степенной характер, показатель степени n различен для разных газовых проб, причем величина показателя степенного закона n зависит от режима работы сенсора и химической природы анализируемой пробы. Изученное явление позволяет распознавать газовые пробы, содержащие пары веществ различной химической природы. Вероятность классификации газовых проб аммиака, ацетона, пропанола и этанола методом ближайших соседей составила более 95%.
Keywords: диоксид олова, наноструктурированные пленки, адсорбция на неоднородной поверхности, распознавание паров органических веществ..

Ю.А. Кузнецов, М.Н. Лапушкин
Электронно-стимулированная десорбция атомов калия адсорбированных на поверхности золота � стр. 836
Abstract: Создан ультратонкий слой интерметаллида KxAuy при комнатной температуре при напылении атомов калия на слой адсорбированного золота на поверхности вольфрама. Исследованы процессы электронно-стимулированной десорбции атомов K с поверхности KxAuy. Найдены квазирезонансные пики в зависимости выхода ЭСД от энергии возбуждения при 64 и 82 эВ, которые соответствуют возбуждению остовных уровней Au 5p3/2 и Au 5p1/2. Полученные результаты свидетельствуют о формировании KxAuy различной стехиометрии: от KAu8 до KAu. Показано, что интерметаллид KxAuy, полученный при комнатной температуре, как полученный ранее KxAuy при 1000 K, является полупроводником. Предложена модель электронно-стимулированной десорбции атомов K в системе K / KxAu/ Au / W.
Keywords: электронно-стимулированная десорбция, адсорбция, щелочные металлы, золото, интерметаллические соединения.

Ю.А. Малкандуев, М.Б. Бегиева, А.А. Кокоева, А.К. Микитаев, А.Т. Джалилов
Химические превращения сополимеров α–галоидов акриловой кислоты с N–винилпирролидоном � стр. 845
Abstract: Приведены результаты сополимеризации α-галогенов акриловой кислоты с N-винилпирролидоном в присутствии аминирующих агентов, при низких температурах в органической среде. ИК-спектры полученных сополимеров подтверждают реакцию аминирования. Исследованы зависимости приведенной вязкости водных растворов синтезированных полимеров и наблюдается «полиэлектролитное набухание». Синтезированные аминированные полимеры образовывают внутрикомплексные соединения с галогенидами двухвалентных металлов при комнатной температуре. В работе описываются первые попытки получения новых нанокомпозиционных материалов на основе синтезированных сополимеров и модифицированного монтмориллонита. Анализ литературных данных показывает, что особенности получения нанокомпозитов на основе Na+-монтмориллонита и водорастворимых сополимеров ранее не изучались.
Keywords: водорастворимые полиэлектролиты, сополимеризация, акриловая кислота, N-винилпирролидон, аминирование, накомпозит.

С.Ю. Меньшиков, К.А. Белозерова, А.А. Остроушко
Воздействие нанокластерного полиоксометаллата {Mo72Fe30} на окисление персульфатом йодид-ионов � стр. 853
Abstract: Изучены каталитические свойства нанокластерного железомолибденового полиоксометаллата {Mo72Fe30} в растворах при реализации окисления персульфатом йодид-ионов. Использована автоматизированная установка на базе спектрофотометрического метода анализа, управляемая компьютером. Сравнение литературных данных и кинетических данных окисления иодида персульфатом показывает, что кеплерат является гетерогенным катализатором. Эти данные позволяют предполагать нерадикальный механизм для разложения персульфата н