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


Архив аннотаций — Выпуск 15 (2023)


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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

2. ТЕОРИЯ НАНОСИСТЕМ — стр. 223

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

3. ПЕРВОПРИНЦИПНОЕ И АТОМИСТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ — стр. 350

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

В.С. Мясниченко, П.М. Ершов, С.А. Вересов, А.Н. Базулев, Н.Ю. Сдобняков
Размерный эффект и структурные превращения в тернарных наночастицах TixAl96-xV4 — стр. 495
Abstract: Исследованы конечные конфигурации, полученные в процессекристаллизации в тернарных ме таллических наносплавах TixAl96-xV4 различного состава. В качестве метода атомистического моделирования использовался метод молекулярной динамики. Межатомное взаимодействие описывалось потенциалом сильной связи. Определена размерная зависимость температур плавления, а также изменение температур плавления и кристаллизации при изменении состава тернарных наночастиц. По результатам серий компьютерных экспериментов были установлены различия в сценариях кристаллизации тернарных наночастиц TixAl96-xV4. Предложена и апробирована классификация по внутреннему строению и степени кристалличности. Для тернарных наночастиц TixAl96-xV4 выделено пять основных классов по количеству (полу)осей симметрии 5 порядка. Несмотря на то, что изучение сегрегации компонентов тернарных наночастиц TixAl96-xV4 не являлось целью работы построены b описаны атомные конфигурации, отвечающие различным температурам в процессе охлаждения.
Keywords: метод молекулярной динамики, потенциал сильной связи, тернарные наночастицы, структурообразование, температуры плавления и кристаллизации.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

4. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ НАНОТЕХНОЛОГИЙ — стр. 622

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

5. НАНОХИМИЯ — стр. 888

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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