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 / KxAuy / 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 на поверхности молекул кластера на первой стадии реакции окисления иодида калия. Значение эффективной энергии активации процесса указывает на каталитическое воздействие {Mo72Fe30} на промежуточной стадии разложения пероксида водорода.
Keywords: нанокластерный железомолибденовый полиоксометаллат, кеплерат, каталитические свойства, окисление йодид-ионов, персульфат калия, пероксид водорода.
О.Н. Мусская, В.К. Крутько, А.И. Кулак
Синтез фосфатов магния в полимерной матрице — стр. 860
Abstract: Изучена зависимость фазового состава наноразмерных фосфатов магния (MgNH4PO4 · 6H2O, Mg(H2PO4)2, MgHPO4 · 3H2O, Mg3(PO4)2 · 22H2O) с размером кристаллитов 13 — 54 нм от условий осаждения из водных растворов в присутствии поливинилового спирта и его смеси с поливинилпирролидоном. В полимерной матрице дополнительно образуется примесная фаза MgOHCl. Наличие средних и двузамещенных фосфатов магния в пленках поливинилового спирта и поливинилового спирта / поливинилпирролидона ингибируют их термическую деструкцию.
Keywords: фосфаты магния, струвит, ньюберит, поливиниловый спирт, поливинилпирролидон, композиционные полимерные пленки.
Г.А. Мустафаев, А.Г. Мустафаев, В.А. Панченко, Н.В. Черкесова
Метод ионного перемешивания для формирования силицидного слоя — стр. 868
Abstract: Ионная имплантация ионами отдачи или ионное перемешивание, основанное на внедрении требуемой примеси из поверхностных слоев при передаче им кинетической энергии первичного пучка, имеют большие перспективы для получения структур и соединений с заданными свойствами. В процессе масштабирования сверхбольших интегральных схем паразитное сопротивление межсоединений и неомический характер контактов являются ограничивающими факторами. Перспективными материалами для использования в системах металлизации являются силициды тугоплавких металлов. В работе проведено исследование по внедрению ионов фосфора в систему молибден-кремний. Полученные результаты демонстрируют возможность формирования силицида молибдена при пониженной температуре, применением имплантации ионов, вызывающих ионное перемешивание. Разработанная технология позволяет достичь однородной границы раздела силицида с кремнием, и необходимые электрофизические характеристики металлизации и омических контактов. Из-за заглубления границы раздела в объем полупроводника снижается влияние состояния поверхности кремния на параметры омических контактов, в результате обеспечивается их необходимая стабильность и воспроизводимость.
Keywords: ионная имплантация, омический контакт, металлизация, силицид, магнетронное напыление, термообработка, интегральная схема.
Я.И. Симонов, З.Н. Скворцова, В.Ю. Траскин
Деформация порошка кальцита в присутствии водных растворов различного состава — стр. 875
Abstract: Измеренные скорости уплотнения порошка кальцита под действием одноосной нагрузки в присутствии насыщенного раствора CaCO3, содержащего катионы магния или гумат-анионы, сопоставлены с расчетами скорости деформации, проведенными с учетом растворимости, кинетики растворения и скорости массопереноса вещества матрицы в поровой жидкости. Адекватность предложенной схемы расчета подтверждается незначительным различием экспериментальных и вычисленных значений (в пределах 20%). Показано, что скорость деформации кальцита в растворах, содержащих ионы магния, лимитируется скоростью растворения материала из-за доломитизации поверхности. Замедление скорости уплотнения в присутствии гумат-анионов также происходит из-за частичного блокирования поверхности в результате адсорбции гумата.
Keywords: рекристаллизационная ползучесть, диффузионный и кинетический режимы деформации, растворимость, скорость растворения, межзеренные нанопрослойки, коэффициент диффузии.
М.О. Тонкушина, И.Д. Гагарин, О.В. Русских, К.А. Белозерова, А.А. Остроушко
Деструкция полиоксометаллата {Mo72Fe30} как транспортного агента в средах, моделирующих кровь, его стабилизация альбумином — стр. 885
Abstract: Создание и использование средств адресной доставки лекарств на основе нанокластерного полиоксометаллата {Mo72Fe30} подразумевает его деструкцию в организме, сопровождающуюся постепенным высвобождением лекарства. Были определены константы скорости процесса деструкции чистого {Mo72Fe30} и в составе ассоциата с сывороточным альбумином в растворах моделирующих среду крови (фосфатный буфер с pH 7,4 и сыворотка крови крупного рогатого скота). Показана стабилизация полиоксометаллата альбумином в модельных средах. Определено соотношение компонентов в ассоциате {Mo72Fe30}–альбумин, оно составило 1,6 ионов полиоксометаллата на молекулу альбумина.
Keywords: полиоксометаллат, нанокластер, {Mo72Fe30}, белковая корона, адресная доставка, скорость деструкции, константа скорости реакции.
6. ПЕРСОНАЛИИ — стр. 893
О.В. Малышкина
Памяти Ростислава Михайловича Гречишкина (1941–2020) — стр. 893
Abstract: Посвящается памяти Ростислава Михайловича Гречишкина, выдающегося советского и российского учёного-физика, специалиста в области магнитных явлений, доктора физико-математических наук, профессора кафедры прикладной физики физико-технического факультета Тверского государственного университета, руководителя научной школы по магнитоэлектронике.
Keywords: магнетизм, магнитооптика, ферромагнитные сплавы с памятью формы, доменная структура, наноструктурированные материалы, методы магнитных измерений.