Архив аннотаций — Выпуск 17 (2025)

1. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ НАНОЧАСТИЦ, НАНОСИСТЕМ И НАНОМАТЕРИАЛОВ — стр. 7

З.А. Ахматов, А.Х. Хоконов, И.Н. Сергеев
Исследование электрофизических свойств чистого и интеркалированного высокоориентированного пиролитического графита — стр. 007
Abstract: Интеркалированные соединения графита привлекли большое внимание исследователей благодаря своим уникальным физическим свойствам. Внедряемые в межплоскостные промежутки графита металлы и молекулы могут являться донорами или акцепторами электронов. Это означает, что интеркалирование различными химическими элементами может влиять на концентрацию свободных носителей в графите. Как следствие, интеркалированные соединения графита могут проявлять различные электронные, тепловые и магнитные свойства. В настоящей работе продемонстрирована возможность модификации электрофизических свойств высокоориентированного пиролитического графита посредством его интрекаляции атомами калия. Интеркаляция высокоориентированного пиролитического графита калием производилось с помощью двухзонного метода. Ступень интеркаляции образца была определена по спектрам комбинационного рассеяния света. Измерения электрофизических величин чистого и интеркалированного графита проводились с использованием метода ван дер Пау (четырехзондовый метод). Показано, что интеркалирование калием высокоориентированного пиролитического графита приводит к уменьшению его удельного сопротивления и постоянной Холла, тогда как для значений концентрации и подвижности носителей имеет место существенное увеличение. Принимая во внимание то, что изменение электрофизических свойств графита при его интеркаляции происходит без разрушения кристаллической структуры, приводящей к ухудшению
физических характеристик, можно с уверенностью сказать, что данная методика является одной из перспективных для управления свойствами (электронными, поверхностными и др.) слоистых углеродных материалов.
Keywords: высокоориентированный пиролитический графит, электрофизические свойства, постоянная Холла, щелочные металлы, интеркаляция, двухзонный метод, спектроскопия комбинационного рассеяния.

И.В. Бакланова, В.Н. Красильников, Я.В. Бакланова
Yb_3-xEr_хAl₅O₁₂ для оптической термометрии: измерение люминесценции, вызванной переходами с температурно-несвязанных уровней — стр. 015
Abstract: Допированный эрбием иттербий-алюминиевый гранат был синтезирован прекурсорным способом. Образцы охарактеризованы с помощью инфракрасной спектроскопии и сканирующей электронной микроскопии. При инфракрасном возбуждении при 980 нм соединения демонстрируют интенсивную апконверсионную красную люминесценцию в видимом диапазоне. Согласно концентрационным зависимостям апконверсионной люминесценции оптимальная концентрация эрбия в соединениях Yb_3-xEr_хAl₅O₁₂ составила x=0,3. Термолюминесцентные характеристики для Yb_2,7Er_0,3Al₅O₁₂ определялись величиной отношения интенсивности полос в видимом и ближнем инфракрасном диапазонах, обусловленных переходами с температурно-несвязанных энергетических уровней ⁴F_9/2 и ₄I_9/2 иона Er³⁺. Определены максимальные значения абсолютной и относительной чувствительности в температурном диапазоне 25-225°C. Полученные результаты показывают обоснованность использования метода сравнения двух люминесцентных линий, отнесенных к термически несвязанным уровням энергии ионов лантаноидов для оптической термометрии, и перспективность применения люминофоров на основе Yb_3-xEr_хAl₅O₁₂ граната в качестве материалов для температурных датчиков.
Keywords: иттербий-алюминиевый гранат, эрбий, прекурсорный синтез, люминесценция, апконверсия.

С.В. Белибихин, Н.Н. Конобеева
Влияние оптической анизотропии на распространение предельно коротких импульсов в полимерном композите с углеродными нанотрубками — стр. 026
Abstract: В данной работе исследуется эволюция электромагнитных волн в оптически анизотропной среде с углеродными нанотрубками и полимерами. Актуальность работы обусловлена активным использованием подобных нанокомпозитов в современной нанофотонике и оптоэлектронике, где требуется управление световыми импульсами фемтосекундного диапазона. Основное внимание уделено влиянию анизотропии оптических свойств, которая возникает вследствие определенной ориентации углеродных нанотрубок в полимерной матрице. Данное явление существенно модифицирует нелинейный отклик среды. Система волновых уравнений на две компоненты векторного потенциала дополнена слагаемым, учитывающим влияние полимеров на предельно короткий оптический импульс. Установлены зависимости параметров выходного импульса от степени анизотропии и концентрации нанотрубок в композите. Показано, что за счет управления ориентацией углеродных нанотрубок можно целенаправленно влиять на параметры предельно короткого оптического импульса. Это открывает значительные перспективы для проектирования и
создания новых активных элементов, таких как сверхбыстрые оптические затворы, модуляторы, ограничители лазерного излучения и сенсоры, основанные на управляемых нелинейных свойствах материала.
Keywords: углеродные нанотрубки, полимер, предельно короткие лазерные импульсы, оптическая анизотропия.

Л.А. Бобрева, Н.В. Сидоров, А.Ю. Пятышев, М.Н. Палатников, М.К. Тарабрин, А.А. Бушунов
Особенности дефектной структуры активно-нелинейных кристаллов двойного легирования LiTaO₃:Cr:Nd и их проявление в инфракрасных спектрах поглощения в области валентных колебаний ОН^—-групп — стр. 034
Abstract: По инфракрасным спектрам поглощения в области частот валентных колебаний ОН-групп изучена дефектная структура серии кристаллов LiTaO_3cong, LiTaO₃:Cr (0,005 мас.%), LiTaO₃:Cr:Nd (0,06 и 0,20 мас.%), LiTaO₃:Cr:Nd(0,09 и 0,25 мас.%), LiTaO₃:Cr:Nd (0,1 и 0,25 мас. %), LiTaO₃:Cr:Nd (0,2 и 0,45 мас.%). Обнаружено, что в спектрах всех кристаллов присутствуют линии с частотами в диапазонах 3462-3464 и 3476-3480 см^-1, соответствующие валентным колебаниям атомов водорода в гидроксильных группах ОН. Столь незначительные отличия в частотах линий обусловлены отличиями в стехиометрии кристаллов (отношения R=[Li]/[Ta]) и образованием комплексных дефектов (V_Li^—)-ОН. Установлено, что полоса поглощения с частотой ≈ 3504 см^-1 связана с появлением комплексных дефектов Cr_Li²⁺-ОН-Cr_Ta^2-. Методом Клавира определена объёмная концентрация ОН—групп в кристаллах, которая максимальна для кристалла LiTaO₃:Cr:Nd (0,09 и 0,25 мас%) вследствие наличия двух видов комплексных дефектов (Cr⁺²_Li)-ОН-(Cr^2-_Ta) и (V_Li^—)-ОН.
Keywords: танталат лития, двойное легирование Cr и Nd, валентные колебания ОН— групп, точечные структурные дефекты, комплексные дефекты, ИК-спектроскопия.

Н.Н. Большакова, Д.А. Павлов, Е.М. Семенова
Гистерезисные явления в ниобийсодержащих кристаллах титаната бария — стр. 044
Abstract: В работе представлены результаты экспериментального исследования процессов переполяризации ниобийсодержащих кристаллов BaTiO₃. Показано, что с ростом концентрации ниобия в BaTiO₃:Nb⁵⁺ от 0,1 до 0,9 мол.%, значения переключаемой поляризации кристаллов увеличиваются по сравнению аналогичными для чистого титаната бария на 20-30%. Коэрцитивные поля также возрастают: максимальное увеличение коэрцитивного поля на 95% наблюдается для кристаллов с концентрацией ниобия 0,9 мол.%. Существенное влияние на процессы переключения оказывает частота поля: с ростом частоты переполяризующего кристаллы BaTiO₃:Nb⁵⁺ поля 9,6ꞏ10⁴ Вꞏм^-1 величины переключаемой поляризации монотонно убывают до частот порядка 500 Гц, а коэффициента диэлектрической вязкости – до 200 Гц. С дальнейшим увеличением частоты поля
значения поляризации и коэффициента диэлектрической вязкости остаются практически неизменными. Установлено, что в интервале частот от 30 Гц до 90 Гц доменная структура кристалла BaTiO₃ активно участвует в процессах его переполяризации.
Keywords: титанат бария, гистерезисные свойства, переключаемая поляризация, диэлектрическая проницаемость, диэлектрическая вязкость, доменная структура.

И.Н. Егоршин, В.И. Иванов
Оптическое осаждение наночастиц в плотных наносуспензиях — стр. 052
Abstract: Исследование профилей концентрации, вызванных осаждением, является эффективным способом получения уравнения состояния коллоидной суспензии, изучения тонких деталей фазовой диаграммы и получения сведений о природе метастабильных фаз. Оптические методы осаждения обладают рядом преимуществ перед гравитационным методом или центрифугированием. В частности, эффективный метод осаждения в прозрачных наносуспензиях обеспечивает использование светового давления. В случае наночастиц сила давления света может на порядки превосходить гравитационные даже при использовании источников непрерывного излучения. Расчет концентрационного профиля для достаточно высоких интенсивностей излучения, когда объемная доля наночастиц на дне кюветы может достигать единицы, требует учета взаимодействия (отталкивания) наночастиц. В работе рассмотрена простейшая модель для учета конечного объёма нанофазы – модель жестких сфер. В результате аналитического решения задачи о светоиндуцированном массопереносе получено выражение, позволяющее рассчитать стационарный профиль концентрации. Предложенная модель демонстрирует необходимость учета конечного объёма наночастиц при расчете параметров оптического осаждения в плотных наносуспензиях при высоких (надтепловых) интенсивностях излучения. Полученные результаты представляют интерес для разработки новых методов получения наноматериалов, фотонных кристаллов и химических сенсоров, а также для совершенствования методов оптической диагностики наноматериалов.
Keywords: осаждение наночастиц, давление света, наносуспензии, седиментационный профиль, модель жестких сфер, фотонные кристаллы, оптическая диагностика.

В.И. Иванов, А.В. Мяготин
Самофокусировка излучения в прозрачной наносуспензии — стр. 059
Abstract: Самофокусировка излучения обычно рассматривается как нелинейный эффект в среде с положительным коэффициентом кубичной нелинейности. Такой нелинейностью обладают наносуспензии за счет электрострикционных потоков наночастиц в неоднородном световом поле. Описание данного типа нелинейности традиционно ограничивается рассмотрением режима слабых
интенсивностей светового поля. В этом случае квазистационарное изменение концентрации наночастиц прямо пропорционально интенсивности излучения. Поэтому анализ самовоздействия излучения соответствует классическому случаю. В данной работе проанализирован режим самофокусировки гауссова пучка в прозрачной наносуспензии при больших интенсивностях излучения, когда отклик среды уже не соответствует кубичной нелинейности. Приведено решение нелинейной стационарной задачи светоиндуцированного переноса наночастиц в жидкой среде под
действием электрострикционных сил при больших интенсивностях излучения. Полученный результат демонстрирует экспоненциальную зависимость изменения концентрации наночастиц от интенсивности излучения. Это кардинально отличается от режима слабых интенсивностей, где изменение концентрации находится в линейной зависимости от интенсивности. В классическом случае кубичной нелинейности режим самофокусировки определяет полная мощность пучка. Рассмотренная модель демонстрирует существенное снижение критической мощности самофокусировки при высоких интенсивностях излучения, использование которых является более
предпочтительным для экспериментального осуществления режима самофокусировки.
Keywords: самовоздействие излучения, кубичная нелинейность, электрострикция, наносуспензия, самофокусировка, критическая мощность, оптическая диагностика.

А.И. Иванова, А.Ю. Карпенков, Е.М. Семенова, И.И. Мусабиров
Исследование свойств сплава Гейслера cистемы Ni-Mn-Ga-Cu в различном структурном состоянии — стр. 067
Abstract: В работе представлены результаты исследований микроструктуры, магнитной доменной структуры и магнитных свойств образцов сплава системы NiMnGaCu в исходном и деформированном состоянии. Показано, что проведение деформационно-термической обработки, включающей гомогенизирующий отжиг, экструзию с последующим вакуумным отжигом, способствует изменению микроструктуры исходного сплава (уменьшение размера кристаллитов и мартенситных
пластин). Методом магнитно-силовой микроскопии визуализированы магнитные домены на поверхности образцов, выявлена субструктура вторичных микродвойников с собственной магнитной доменной структуры. Исследование полевых зависимостей намагниченности исходного и подверженного деформационно-термическому воздействию образцов позволяет сделать вывод, что оба образца имеют одинаковое значение намагниченности насыщения. Магнитометрические измерения демонстрируют незначительное смещение температуры фазового перехода в сторону низких температур для деформированного образца. Максимальные значения на температурных
зависимостях магнитокалорического эффекта для исходного и деформированного образцов строго соответствуют фазовым переходам.
Keywords: сплавы Гейслера, мартенситный рельеф, деформационно-термическая обработка, экструзия, микро- и наноструктура, магнитная доменная структура, магнитоструктурный переход.

А.Ю. Карпенков, П.А. Ракунов, М.Б. Ляхова, Е.М. Семенова, Ю.Г. Пастушенков
Особенности магнитной вязкости и процессов перемагничивания гетерогенного сплава Gd_0,85Zr_0,15(Co_0,7Cu_0,09Fe_0,21)_6,0 — стр. 077
Abstract: В настоящей работе представлены результаты экспериментальных исследований магнитных свойств и релаксационных процессов сплава Gd_0,85Zr_0,15(Co_0,7Cu_0,09Fe_0,21)_6,0. Исследуемый образец был подвергнут термическим обработкам по специальному режиму, что позволило добиться формирования наноструктуры, влияющей на гистерезисные свойства материала и позволяющей достичь высококоэрцитивного состояния. По данным магнитных измерений при разных температурах, выполненных на вибрационном магнитометре, определены критические рабочие температуры исследуемого материала. Обнаружено, что термоциклирование образца в диапазоне от 22°С до 400°С не приводит к изменениям его магнитных свойств при комнатной температуре. Проведенные исследования эффектов магнитной вязкости позволяют сделать вывод о том, что релаксационные процессы в сплавах Gd-Zr-Co-Cu-Fe обусловлена в первую очередь термоактивируемым преодолением доменными границами энергетических барьеров, создаваемых благодаря их сложной наноструктуре. Метастабильные состояния доменной структуры вблизи барьеров и их медленное «высвобождение» под действием тепловых флуктуаций приводят к наблюдаемому медленному изменению намагниченности во времени после изменения внешнего магнитного поля и/или температуры.
Keywords: редкоземельные интерметаллиды, магнитотвердые материалы, гистерезис, коэрцитивная сила, намагниченность, процессы перемагничивания, магнитная вязкость.

Д.А. Киселев, Д.В. Стрюков, А.В. Павленко
Наноструктура и сегнетоэлектрические свойства наноразмерных пленок BaTiO₃/SrRuO₃/MgO(001) — стр. 092
Abstract: В работе методом высокочастотного катодного распыления в атмосфере кислорода были синтезированы высококачественные сегнетоэлектрические гетероструктуры BaTiO₃/SrRuO₃/MgO(001) с толщиной пленки BaTiO₃ от 36 до 360 нм. Комплексными методами рентгеноструктурного анализа и сканирующей зондовой микроскопии проведено детальное исследование их кристаллической структуры, морфологии поверхности, пьезоэлектрических и
сегнетоэлектрических характеристик. Установлено, что все полученные пленки являются однофазными и гетероэпитаксиальными. Рентгенодифракционные измерения выявили наличие
значительной деформации элементарной ячейки, которая достигает максимума (~4,4%) для самых тонких пленок и уменьшается с ростом толщины. Показано, что шероховатость поверхности пленок, оцененная по данным сканирующей зондовой микроскопии, закономерно увеличивается с толщиной, подчиняясь закону масштабирования. Методом силовой микроскопии пьезоотклика продемонстрирована возможность локального переключения поляризации в пленках и обнаружено увеличение величины остаточного пьезоэлектрического отклика с ростом толщины сегнетоэлектрического слоя. Методом Кельвин-зондовой спектроскопии измерен поверхностный потенциал пленок и установлена тенденция к его снижению с увеличением толщины. В работе обсуждаются причины выявленных закономерностей. Полученные результаты важны для понимания размерных эффектов в сегнетоэлектрических наноразмерных пленках и их применения в микроэлектронике и функциональных устройствах
Keywords: сегнетоэлектрик, BaTiO3, диэлектрические характеристики, сканирующая зондовая микроскопия, поляризация.

В.В. Малашенко
Особенности динамических эффектов в облучённых металлах — стр. 102
Abstract: Выполнен теоретический анализ скольжения ансамбля краевых дислокаций в облучённом металле с высокой концентрацией наноразмерных дефектов (призматические дислокационные петли). Задача была решена в рамках теории динамического взаимодействия дефектов. В облучённом металле реализуется высокоскоростная деформация под действием интенсивных внешних воздействий. Механизм диссипации заключается в необратимом переходе энергии внешних воздействий в энергию поперечных колебаний дислокации в плоскости скольжения. Эффективность этого механизма зависит от наличия щели в спектре дислокационных колебаний. В нашем случае спектральная щель появляется в результате коллективного взаимодействия дислокаций ансамбля. Получено аналитическое выражение зависимости динамического предела текучести от концентрации дислокационных петель и плотности дислокаций в облучённом металле. Предсказан эффект сухого трения дислокаций. Он заключается в том, что сила динамического торможения дислокации круговыми дислокационными петлями не зависит от скорости движения дислокаций. Соответственно вклад дислокационных петель в динамический предел текучести облучённого металла не зависит от скорости пластической деформации. Выполнены численные оценки вклада сухого трения дислокаций в динамический предел текучести облучённых металлов. Величина этого
вклада может составлять 10⁸ Па.
Keywords: высокоскоростная деформация, дислокации, дислокационные петли, радиационные дефекты, облучённые металлы.

Е.П. Неустроев, И.И. Куркина
Фторирование пленок CVD-графена в индуктивно связанной плазме CF₄ — стр. 109
Abstract: Синтез диэлектрических пленок нанометровых толщин представляет собой одну из ключевых задач в нано- и оптоэлектронике, что связано с растущими требованиями к миниатюризации и функциональности устройств. В данной работе представлены результаты исследования оптических и электрических свойств графена, фторированного индуктивно связанной плазмой CF₄. Фторирование производилось в плазме мощностью от 125 до 200 Вт длительностью до 1 мин. Использованы два способа расположения образцов в реакционной камере плазмы: 1) графеновой пленкой в сторону плазмы и 2) подложкой в сторону плазмы. Исследования проводились методами спектроскопии комбинационного рассеяния света, рентгеновской энергодиперсионной спектроскопии и вольт-амперных характеристик. Показано, что в результате непосредственного плазменного воздействия на образцы в положении 1 происходит травление графена вплоть до полного удаления пленки. В положении 2 интенсивного травления при обработках длительностью до 1 мин не наблюдалось. В этом случае происходит фторирование графеновой пленки и отношение количества атомов фтора к углероду достигает значения ~0,2. В результате плазменной обработки происходит значительный рост сопротивления графена, которое составило от нескольких кОм/кв для исходного графена до сотен ГОм/кв и десятков МОм/кв для образцов, подвергнутых плазменному воздействию в положениях 1 и 2, соответственно. Увеличение сопротивления может инициироваться как введением дефектов при плазменной обработке, так и процессом фторирования, формирующего sp³-гибридизованные C-F связи искажающих плоскую структуру графена. Повторные оценки сопротивлений, проведенные через три недели, показали уменьшение сопротивления на два порядка для образцов, обработанных в плазме в положении 2. Данное уменьшение может быть вызвано процессами дефторирования и восстановления плоской структуры графена.
Keywords: графен, химическое осаждение из газовой фазы, фторирование, плазма, четырехфтористый углерод, оптические свойства, электрическое сопротивление.

К.В. Пацуев, О.В. Малышкина, А.И. Иванова
Влияние модификаторов на структуру и состояние поляризации керамики ниобата лития-натрия — стр. 118
Abstract: В работе методом твердофазного синтеза получены образцы керамики состава Li_0,1Na_0,9NbO₃ чистого и с модифицирующими добавками (5%) SrTiO₃ или LiTaO₃. Если у чистого состава ниобата лития-натрия и модифицированного (5%) SrTiO₃ размер зерен практически не различается, то вхождение (5%) LiTaO₃ в состав керамики Li_0,1Na_0,9NbO₃ приводит к существенному разбросу размера зерен, при этом выделяются зерна в несколько раз большего размера. На основе анализа элементного состава установлено, что вхождение модификаторов SrTiO₃ и LiTaO₃ в состав Li_0,1Na_0,9NbO₃ существенно различается. В первом случае (для SrTiO₃) можно говорить об однородности вхождения на нано структурном уровне, тогда как LiTaO₃, не смотря на его присутствие по всему объему образца, входит в состав Li_0,1Na_0,9NbO₃ блоками. Измерение пироэлектрических свойств показало, что только введение в качестве модификатора (5%) SrTiO₃ приводит к возможности получения однородно поляризованного состояния в образце керамики LNN, что важно для практического применения.
Keywords: пьезоэлектрическая керамика, ниобат лития-натрия, бессвинцовые материалы, модификаторы, структура зерен, пироэлектрический эффект, однородность поляризации.

А.В. Первиков, К.В. Сулиз, А.И. Сагун, С.О. Казанцев, М.И. Лернер
Электровзрывной синтез дисперсных порошков оксида алюминия для экструзионной 3D печати пористых изделий — стр. 125
Abstract: Работа посвящена изучению влияния параметров электровзрывного синтеза частиц Al₂O₃ на их средний размер и фазовый состав. Варьируемыми параметрами синтеза являлись эквивалентный диаметр проволок и давление буферного газа при постоянной величине энергии, вводимой в проволоки. Установлено, что увеличение эквивалентного диаметра проволок с 0,25 до 0,50 мм приводит к увеличению среднего размера частиц с 81 до 92 нм. Увеличение давления буферного газа с 0,1 до 0,4 МПа при эквивалентном диаметре проволок порядка 0,50 мм приводит к увеличению среднего размера частиц с 76 до 106 нм. Увеличение давления буферного газа приводит к формированию дополнительной моды на кривой распределения частиц по размерам с максимумом в области 30-40 нм. Кристаллическая структура образцов, полученных при различном давлении буферного газа, соответствует θ- и γ- фазам Al₂O₃. Результаты проведенных исследований показывают, что порошки Al₂O₃, полученные ЭВП, могут быть использованы для изготовления пористых изделий методом экструзионной 3D печати.
Keywords: оксид алюминия, наночастицы, экструзия, 3D-печать, электрический взрыв проволок, просвечивающая электронная микроскопия, рентгенофазовый анализ.

Н.А. Прокопенко, Е.А. Петрикова, О.С. Толкачев, А.А. Клопотов, Ю.Ф. Иванов
Фазообразование в системе Nb-Cu-Ti, сформированной на подложке вакуумно-дуговым плазменно- ассистированным методом — стр. 135
Abstract: Многослойные системы, включающие интерфейсы между различными металлами, считаются новым семейством материалов с широким спектром применений (электронные устройства, материалы для аэрокосмических и ядерных установок, где необходимы исключительные механические, электрические и термические свойства в условиях высокой деформации и высокотемпературных термоциклических воздействий). Целью настоящей работы являлось исследование элементного и фазового состава, субструктуры, механических и трибологических свойств бинарных (Nb – Cu) пленок, легированных атомами титана, сформированных на твердой подложке вакуумно-дуговым плазменно-ассистированным методом. Эксперименты по нанесению тонких пленок и покрытий проводили на ионно-плазменной установке «КВИНТА», разработанной в лаборатории плазменной эмиссионной электроники ФГБУН «Институт сильноточной электроники» Сибирского отделения РАН. Показано, что в процессе образования пленки Nb – Cu легируются атомами титана, поступающими в результате диффузии из подложки (ВТ1-0). Установлено, что пленки являются слоистым двухфазным (медь и ниобий) аморфно-кристаллическим материалом.
Микротвердость пленок составляет 6,8 ГПа, что кратно (более чем в 5 раз) превышает микротвердость поликристаллического ниобия; параметр износа (величина, обратная износостойкости) k = 2,2×10^-5 мм³/Н∙м, что в 24,6 раза меньше параметра износа чистой меди.
Keywords: система «пленка/подложка», вакуумно-дуговой плазменно-ассистированный метод, фазовый состав, дефектная субструктура, микротвердость, износостойкость.

А.М. Пшуков, А.А. Кокоева, Д.Н. Ермоленко, А.З. Кашежев
О возможности использования нафталиновых кристаллов при получении жидких органических сцинтилляторов для использования в нейтринной физике — стр. 148
Abstract: В работе представлены результаты комплексного исследования новых сцинтилляционных систем на основе синтина и додекана с добавлением нафталина и 2,5-дифенилоксазола. Впервые продемонстрировано, что оптимизация концентрации нафталина и прямая спектральная согласованность с диапазоном чувствительности фотоприёмников позволяют достичь световыхода, превышающего аналогичные параметры стандартных растворов на основе псевдокумола. Было установлено, что при концентрации нафталина 100 г/л формируются эксимеры, обеспечивающие дополнительный вклад в эмиссию и расширение спектра излучения. Этот эффект позволяет отказаться от применения вторичных флуоров, что снижает энергетические потери и повышает энергетическое разрешение. Измеренные значения относительного световыхода составили до 120 % от стандартного псевдокумольного раствора, что эквивалентно около 15 600 фотонов/МэВ для додекан-нафталиновых систем. Новизна работы заключается в экспериментальном подтверждении
возможности создания высокоэффективных жидких сцинтилляторов с упрощённым составом и рекордной светоотдачей без использования вторичных смещающих добавок. Полученные результаты открывают перспективы применения таких систем в экспериментах по регистрации ионизирующего излучения, включая поиск безнейтринного двойного бета-распада.
Keywords: безнейтринный двойной бета распад, неодим-150, жидкий сцинтиллятор, синтин, додекан, нафталин, световыход, флуоресцентные свойства, механизм переноса энергии, кварцевые фотоумножители.

А.И. Синкевич, С.Д. Сметанникова
Анализ комплексности магнитной доменной структуры объемных образцов высоко- и низкоанизотропных соединений — стр. 161
Abstract: Для объемных образцов одноосных кристаллов с известными структурными и магнитными характеристиками, существует возможность предсказать конфигурацию магнитной доменной структуры и геометрические размеры ее элементов. Однако подобная оценка содержит информацию лишь об итоговой структуре на базисной плоскости образца, при этом особенности ее формирования не рассматриваются. В работе предложен анализ комплексности доменной структуры объемных образцов высоко- и низкоанизотропных соединений на основе исследования полей рассеяния доменной структуры, а также в рамках методов фрактальной геометрии. Проведенный анализ позволил оценить степень усложнения доменной структуры в процессе ее формирования от основных глубинных доменов до поверхностной структуры на базисной плоскости кристалла. Дополнительно, на основе пространственного распределения сигнала зонда сканирующего зондового микроскопа над поверхностью образца проведен фрактальный анализ самих полей рассеяния доменной структуры. В результате сопоставления полученных данных для высоко- и низкоанизотропных соединений показано, что объекты с качественно разными конфигурациями доменной структуры, но схожими закономерностями их формирования, обладают близкими значениями статистических параметров комплексности структуры, в то время как для объектов с более простой структурой и меньшим числом вложений значения этих параметров снижены.
Keywords: магнитная доменная структура, магнитно-силовая микроскопия, поля рассеяния, фрактальная размерность.

А.В. Солнышкин, И.Т. Зезянов, О.Н. Сергеева, С.А. Кукушкин, М.В. Старицын, Ш.Ш. Шарофидинов, Н.В. Шаренкова, С.В. Сенкевич, И.П. Пронин
Влияние стехиометрии состава пленок нитрида алюминия на диэлектрический отклик — стр. 172
Abstract: Исследовано влияние нестехиометричности тонких монокристаллических слоев нитрида алюминия (AlN) на их структуру и диэлектрические свойства. Тонкие слои AlN были выращены методом хлорид-гидридной эпитаксии на монокристаллической подложке кремнии с наноразмерным буферным слоем карбида кремния, выращенный методом твердотельного замещения (SiC/Si(111)). Фазовый анализ структур проводился методом рентгеноструктурного анализа с использованием рентгеновского дифрактометра ДРОН-7, а изучение микроструктуры и состав поперечных сечений проводилось на растровом электронном микроскопе Lira3 Tescan. Слои нитрида алюминия различались составом – с сильной нестехометричностью (~18%) и составом, близким с стехиометрии (~ 4%). Выявлено, что увеличение нестехиометричности приводит к возрастанию межплоскостного расстояния гексагональной (вюрцитной) структуры и деформации кристаллической решетки тонких
слоев нитрида алюминия. Для нестехиометрических пленок наблюдалось усиление релаксационных явлений диэлектрической проницаемости в низкочастотной области спектра и рост диэлектрических потерь в 1,5-2 раза в исследованной области частот, а также в условиях приложения смещающих полей. Предполагается, что наличие асимметрии вольт-фарадных характеристик обусловлено вкладом объемно-зарядовой поляризации и изменением величины спонтанной поляризации.
Keywords: хлорид-гидридная эпитаксия, подложка нанокарбида кремния на кремнии, эпитаксиальные слои AlN, нестехиометричность состава, диэлектрические свойства.

С.С. Старухина, Т.С. Ильина, А.С. Быков, Н.А. Каланда, А.В. Петров, Д.А. Киселев
Влияние времени отжига на структурные и электрофизические свойства пленок ферромолибдата стронция — стр. 182
Abstract: Тонкие пленки ферромолибдата стронция Sr₂FeMoO₆ представляют собой перспективный материал для спинтроники. Для всестороннего изучения взаимосвязи между структурой, электрофизическими характеристиками и магнитными свойствами пленок, полученных методом ионно-лучевого распыления на подложках Al₂O₃ с последующим восстановительным отжигом при температуре 900°С, был применен комплекс современных микроскопических и спектроскопических методов. В частности, рамановская спектроскопия, атомно-силовая микроскопия, токопроводящая микроскопия, кельвин-зондовая и магнитно-силовая микроскопия позволили детально исследовать влияние продолжительности отжига (0,5; 1 и 1,5 часа) на ключевые параметры материала. Установлено, что длительность отжига оказывает существенное влияние на шероховатость поверхности, электрофизические характеристики и, что особенно важно, на формирование магнитной доменной структуры пленок Sr₂FeMoO₆. Анализ полученных данных выявил, что оптимальные структурные характеристики достигаются при отжиге в течении 1 часа, в то время как наилучшая магнитная доменная структура наблюдается для образцов, подвергнутых отжигу в течении 1,5 часов. Данные результаты имеют важное значение для оптимизации процесса синтеза пленок Sr₂FeMoO₆ с улучшенными характеристиками, что, в свою очередь, способствует более эффективному применению этого материала в различных спинтронных устройствах.
Keywords: пленки ферромолибдата стронция, сканирующая зондовая микроскопия, вольт-амперные характеристики, магнитно-силовая микроскопия.

В.В. Столяров
Микроструктура и свойства метастабильных наноструктурных сплавов, полученных интенсивной пластической деформацией — стр. 190
Abstract: Приведен краткий литературный обзор зарубежных исследований и собственных экспериментальных данных по применению интенсивной пластической деформации методом равноканального углового прессования для формирования ультрамелкозернистой структуры в объемных метастабильных сплавах различной природы. Показано, что такие материалы, вследствие объемных фазовых и структурных превращений (деформационное растворение, искусственное и естественное старение, полиморфные) имеют больший практический потенциал для повышения механических и физических свойств по сравнению с чистыми металлами или твердыми растворами. Рассмотрены структурные особенности и физико-механические свойства конструкционных сплавов на основе алюминия, титана и магнитотвердых сплавов на основе соединения Nd(Pr)₂Fe₁₄B после интенсивной пластической деформации и дополнительного отжига. В алюминиевом сплаве Al-Fe с отсутствием растворимости железа в обычных условиях, интенсивная деформация позволяет растворить до 0,6% Fe, получить композитную структуру и кратно повысить прочностные свойства. В технически чистом титане ВТ1-0 и титановом сплаве ВТ6, подвергнутых равноканальному угловому прессованию, низкотемпературный постдеформационный отжиг вызывает старение, сопровождающееся повышением микротвердости и прочности. В литом магнитотвердом сплаве Pr-Fe-B-Cu также наблюдается измельчение в процессе равноканального прессования и повышение магнитных гистерезисных свойств.
Keywords: алюминиевый сплав Al-Fe, титановые сплавы ВТ1-0 и ВТ6, магнитотвердый сплав Nd-Fe-B-Cu, равноканальное угловое прессование, постдеформационный отжиг, наноструктура, прочность, намагниченность, коэрцитивная сила.

К.В. Сулиз, В.В. Шмаков, А.В. Первиков, Н.Ю. Сдобняков
Кристаллическая структура и дисперсный состав наночастиц многокомпонентного (NiFeCoCuZn)xOy оксида, полученных совместным электрическим взрывом проволок — стр. 203
Abstract: Данная работа демонстрирует возможности получения порошков на наночастиц  многокомпонентного (NiFeCoCuZn)_xO_y оксида методом совместного электрического взрыва проволок в атмосфере газов Ar + 25 % мол. O₂. Показано, что в результате нагрева проволок импульсом тока с плотностью 3,15×10⁷ A/см² при давлении буферного газа 0,15 МПа формируются наночастицы многокомпонентного оксида со средним размером порядка 54 нм. Распределение частиц по размерам описывается нормально-логарифмическим законом. Частицы имеют сферическую форму. Синтезированный образец содержит две кристаллические структуры, соответствующий каменной соли (Fm3m, a = 4,213 Å) и шпинели (Fd3m, a = 8,389 Å). Результаты исследования показывают, что кристаллическая структура наночастиц (NiFeCoCuZn)_xO_y может быть оптимизирована как за счет изменения соотношения двух и трехвалентных металлов в продуктах взрыва проволок, так и за счет изменения термодинамических условий формирования наночастиц.
Keywords: высокоэнтропийные оксиды, наночастицы, электрический взрыв проволок, просвечивающая электронная микроскопия, энергодисперсионный анализ, рентгенофазовый анализ.

К.В. Сулиз, А.В. Первиков
Кристаллическая структура и дисперсный состав наночастиц многокомпонентных NiFeCoCrCuAlMo, NiFeCoCrCuAlMoW сплавов, полученных совместным электрическим взрывом проволок — стр. 211
Abstract: Совместным электрическим взрывом проволок различных металлов/сплавов в атмосфере аргона синтезированы наночастицы многокомпонентных сплавов NiFeCoCrCuAlMo, NiFeCoCrCuAlMoW.
Методами просвечивающей электронной микроскопии и рентгенофазового анализа определены структурные характеристики наночастиц. Показано, что средний размер частиц составляет порядка 50 нм (при отношении величины введенной в проволоки энергии E к суммарной энергии сублимации проволок ΣE_c порядка 1,6), а кристаллическая структура представлена ОЦК- и ГЦК-фазами твердых растворов замещения и ОЦК-фазой, советующей твердому раствору замещения на основе тугоплавкого металла. Сделано предположение о том, что более высокая однородность элементного и фазового состава наночастиц многокомпонентных NiFeCoCrCuAlMo, NiFeCoCrCuAlMoW сплавов может быть достигнута за счет изменения энергетических параметров совместного электрического взрыва проволок. Таким образом, результаты исследований указывают на необходимость оптимизации параметров синтеза с целью получения наночастиц с заданным элементным составом и кристаллической структурой.
Keywords: высокоэнтропийные сплавы, наночастицы, электрический взрыв проволок, просвечивающая электронная микроскопия, энергодисперсионный анализ, рентгенофазовый анализ.

Н.П. Углев, С.Н. Углев
Распределение компонентов бинарного металлического расплава при выдержке в капиллярах сложной формы — стр. 221
Abstract: Приведены результаты нескольких различающихся экспериментов по исследованию процесса расслоения и диффузии компонентов бинарного металлического расплава олово-свинец, находящегося в «капиллярах» из не смачиваемого материала сложной формы. Процесс диффузии изучали при непосредственном взаимном растворении чистых исходных компонентов из состояния «свинец внизу, олово – сверху» в ячейках, позволяющих атомам свинца распространяться как вверх, так и вниз в объеме жидкого олова. Эксперимент по «расслоению» проводили в плоском капилляре с включенным внутренним дефектом, позволившим создать в нижней части широкой грани образца поперечную каверну глубиной до 0,5 мм, перекрывающую полностью ширину одной из плоскостей образца. Количественный анализ состава образцов проводили рентгено-флюоресцентным методом по заранее построенной калибровочной шкале. Результаты экспериментов позволили выявить в
металлическом расплаве, помимо диффузии, существование второго механизма массопереноса, заключающегося в течении свинца по границе между жидким образцом и не смачиваемой стенкой «капилляра». Результаты экспериментов по диффузии полностью соответствуют данными по расслоению в плоском капилляре, а также ранее проведенным исследованиям.
Keywords: металлический расплав, расслоение, диффузия, второй механизм массопереноса в металлических расплавах, межфазное течение.

С.Н. Углев, Н.П. Углев
Влияние диаметра на характер распределения компонентов металлического расплава по высоте капилляра — стр. 231
Abstract: Бинарные и более сложные металлические расплавы характеризуются неустойчивостью состава по высоте расплава. Этот эффект выражается в том, что первоначально однородный расплав после выдержки достаточно короткое время в вертикальном не смачиваемом сосуде (тигле или капилляре) приобретает градиент концентрации компонентов по высоте, при этом тяжелый компонент распределяется по высоте тигля по барометрической зависимости, соответствующей распределению крупных частиц (кластеров). Этот факт является одним из обоснований кластерной структуры расплавов. Анализ экспериментальных результатов приводит к выводу о существовании в жидких металлах второго механизма массопереноса, заключающегося в течении компонентов в пределах межфазного слоя между стенкой капилляра и расплавом, действующего одновременно с диффузией в объеме расплава. Ряд специальных экспериментов однозначно подтверждает эту гипотезу. Результаты экспериментов, представленные в настоящей работе, показали, что особенности течения межфазного слоя позволяют создать в объеме бинарного расплава стационарное состояние с градиентом концентрации компонентов, в принципе невозможное при чисто диффузионном механизме массопереноса. Этот результат является практически прямым доказательством существования второго механизма массопереноса в металлических расплавах.
Keywords: расслоение, барометрическое распределение кластеров, межфазный одноатомный слой, особенности течения в межфазном слое, второй механизм массопереноса в металлическом расплаве.

Д.А. Алешин, Д.О. Голов, Ю.В. Чемарина, А.Н. Цирулев
Метод имитации отжига в вариационных квантовых алгоритмах — стр. 240
Abstract: Вариационные квантовые алгоритмы являются единственными квантовыми алгоритмами, которые в настоящее время применяются на гибридных квантово-классических устройствах для решения практических, а не модельных задач физики конденсированного состояния, квантовой химии и машинного обучения. В работе детально изучен, реализован в кодах и протестирован новый вариационный квантовый алгоритм, отличительной чертой которого является использование алгоритма имитации отжига для минимизации целевой функции (энергии), а также новый тип унитарного анзаца с многокубитным взаимодействием. Квантовая часть алгоритма эмулирована на классическом компьютере, а оценка эффективности алгоритма проводится по числу итераций. Для тестирования алгоритма выбрана задача поиска основного состояния электронной структуры молекулы водорода при равновесном расстоянии между протонами. Гамильтониан в приближении Борна-Оппенгеймера моделируется гамильтонианом системы 4-х кубитов в базисе Паули. Универсальный анзац для задачи построен с учетом симметрии гамильтониана в виде композиции экспонент от операторов Паули и зависит от 4-х параметров, а соответствующая энергия имеет двенадцать локальных минимумов. Алгоритм, реализованный в виде модульной программы в Python как в варианте прямой имитации отжига, так и с использованием функции dual-annealing библиотеки Sci-py, показал высокую эффективность в сравнении с алгоритмом на основе стандартного анзаца и метода градиентного спуска.
Keywords: вариационный квантовый алгоритм, алгоритм имитации отжига, оптимизация, унитарный анзац, базис Паули, гамильтониан, основное состояние.

А.М. Апеков, И.Г. Шебзухова, Л.А. Хамукова
Межфазная энергия кристаллов палладия на границе с неполярными органическими жидкостями — стр. 250
Abstract: Высока роль металлоорганических соединений палладия и нанокристалов палладия в химической промышленности, в медицине, для хранения и транспортировки водорода и других областях. Внедрение технологии имплантации чипов или других девайсов в живой организм требует понимания физико-химических процессов и свойств на границе раздела органических веществ с металлами. Внедренные таким образом устройства могут контролировать биологические показатели организма, например, ритм сердца, содержание глюкозы, а также доставлять лекарства или стимулировать нервную систему. Особый интерес представляют имплантируемые в мозг нейроинтерфейсы с помощью которых осуществляется управление различных устройств, например, смартфона или компьютера при помощи мысли. Представляет интерес исследование свойств жидких органических носителей водорода включающих наночастицы палладия в качестве катализаторов и позволяющих безопасно хранить, транспортировать и контролируемо выделять водород. В данной работе в рамках электронно-статистического метода получены значения межфазной энергии на границах граней кристалла палладия с органическими жидкостями с учетом дисперсионного взаимодействия ячеек Вигнера-Зейтца на поверхности раздела, а также поляризации металлических ионов и молекул органической жидкости. Получены зависимости межфазной энергии и поправок к межфазной энергии от ориентации металлического кристалла и от диэлектрической проницаемости жидкости. Установлено, что дисперсионная поправка увеличивает, а поляризационная – снижает межфазную энергию. Наибольшее значение межфазной энергии характерно для грани (111) а наименьшее значение для грани (110).
Keywords: межфазная энергия, палладий, электронно-статистический метод, дисперсионная поправка, поляризационная поправка, неполярная органическая жидкость.

Д.В. Жигунов, А.А. Романов, В.М. Самсонов
Термодинамическое моделирование сегрегации компонентов в бинарных металлических наночастицах с использованием уравнения Ленгмюра-Маклина — стр. 259
Abstract: Разработан и апробирован метод термодинамического моделирования поверхностной сегрегации в бинарных наносплавах. Метод основывается на численном решении системы из двух уравнений: уравнения Ленгмюра-Маклина и уравнения баланса массы для двухъячеечной системы, представленной центральной областью (ядром) наночастицы и ее поверхностным слоем (оболочкой). Очевидно, впервые при применении уравнения Ленгмюра-Маклина учтена зависимость теплоты сегрегации от состава ядра и оболочки двухъячеечной модели наночастицы. Разработанный подход применен для прогнозирования поверхностной сегрегации в бинарных наночастицах Ag-Cu и Ni-Cr. Полученные результаты предсказывают поверхностную сегрегацию Ag для наносплава Ag-Cu и поверхностную сегрегацию Cr для наночастиц Ni-Cr. Показано, что поверхностная сегрегация уменьшается с уменьшением размера наночастиц (эффект истощения ядра как источника сегрегирующего компонента) и с ростом температуры. Результаты термодинамического прогнозирования поверхностной сегрегации с использованием уравнения Ленгмюра-Маклина согласуются как с результатами термодинамического моделирования, основывающегося на решении уравнения Батлера, так и с нашими результатами атомистического моделирования, полученными ранее.
Keywords: бинарные наночастицы Ag-Cu и Ni-Cr, поверхностная сегрегация, термодинамическое моделирование, уравнение Ленгмюра-Маклина, теплота сегрегации.

В.Г. Кульков, Д.Ш. Норов
Оценка параметров неравновесных границ зерен из высокотемпературного фона зернограничного внутреннего трения — стр. 267
Abstract: Рассматриваются физические процессы, приводящие к образованию неравновесных границ зерен в нанокристаллических и ультрамелкозернистых материалах. Решается задача для двумерного уравнения диффузии на сегменте границы, подверженном действию переменных сжимающих напряжений. Находится распределение вакансий и соответствующее нормальное напряжение на сегменте. Из рассмотрения динамики вакансий находится скорость взаимного смещения зерен в направлении нормали к границе и величина внутреннего трения. Внутреннее трение имеет характер высокотемпературного фона. Учитывается эффект подстройки напряжений. Обсуждается процесс атомной релаксации структуры границы с течением времени. Показывается изменение энергии релаксации с изменением комплексного параметра, включающего частоту, размер зерна, энергию активации и температуру. Из графика зависимости логарифма величины произведения внутреннего
трения на температуру от обратной температуры находятся энергии активации на высоко- и низкотемпературных частях процесса. Показывается, что при предплавильных температурах возможно появление участков с наиболее высокой энергией активации. Рассматривается способ определения энергии активации внутреннего трения на равновесных и неравновесных границах. Обсуждается метод оценки размера зерна. Из изменения величины внутреннего трения с течением времени можно определить время релаксации атомной структуры границы.
Keywords: нанокристаллические и ультрамелкозернистые материалы, диффузия, внутреннее трение, энергия активации, время релаксации.

Р.А. Магомедов, Э.Н. Ахмедов
Применение фрактального уравнения состояния для расчёта изобар гелия при высоких температурах и давлениях — стр. 276
Abstract: В работе представлен расчёт изобар уравнения состояния гелия-4 в диапазоне давлений от 10 до 100 МПа и температур от 600 до 1500 К при помощи фрактального уравнения состояния и программного модуля Fract EOS. Обнаружено, что температурная зависимость подгоночного параметра α для температуры выше 400 К резко ослабевает и практически исчезает при 600 К. Это позволило для гелия-4 аппроксимировать зависимость α от плотности полиномом и использовать его в расчётах при температурах более 600 К. Для расчёта изобар было рассчитано множество изотерм с небольшим шагом температуры. Затем, на каждой изотерме выбрана точка с необходимым давлением. Полученные результаты показали хорошее согласие с литературными данными. Кроме того, для указанных температур и давлений, произведен расчёт изобар классического уравнения состояния и уравнения состояния Редлиха-Квонга. Сравнение относительной погрешности расчёта показало значительное преимущество фрактального уравнения состояния.
Keywords: математическое моделирование, программный модуль для расчёта свойств вещества, фрактальное уравнение состояния, уравнение состояния Редлиха-Квонга, интегро- дифференцирование дробного порядка, соотношения Максвелла, потенциал Гельмгольца, статистическая сумма, гелий-4, изобара, теплофизические свойства.

Г.П. Михайлов
Расчет температурной зависимости магнитной восприимчивости субнаноразмерных кластеров диоксида титана — стр. 284
Abstract: Субнаноразмерные кластеры, содержащие парамагнитные ионы титана и кислорода, можно рассматривать как фрагменты поверхности нанокристаллического диоксида титана. Анализ температурной зависимости магнитной восприимчивости кластеров диоксида титана позволяет исследовать проявления поверхностных магнитных состояний и выявлять тип магнитного упорядочения. Методом теории функционала плотности в приближении M06/6-31G(d, p) выполнен квантово-химический расчет равновесной геометрии кластеров (TiO₂)_n (n = 2-5, 13 и 15) с полной или преимущественной долей поверхностных атомов. Установлено, что для всех кластеров (TiO₂)_n основным состоянием является синглетная электронная конфигурация. Для оценки термостабильности структур кластеров (TiO₂)_n и исследования влияния температуры в интервале 10-900 K с шагом 50 K выполнены расчеты методом ab initio молекулярной динамики с использованием схемы распространения атом-центрированной матрицы плотности (atom-centered density matrix propagation). Длина каждой молекулярно-динамической траектории составляла 1 пс при временном шаге 1 фс. Для каждой температуры проводился расчет тензора магнитной восприимчивости методом координатно-инвариантных атомных орбиталей (gauge including atomic orbitals) в приближении M06/6-31G(d, p). Показано, что температурная зависимость значений изотропной магнитной восприимчивости имеет максимум T_max. При T > T_max наблюдается спад температурной зависимости изотропной магнитной восприимчивости кластеров (TiO₂)_n. Установлено, что основном магнитным состоянием кластеров (TiO₂)_n является антиферромагнитный синглет. Показана важность анизотропии магнитной восприимчивости для молекулы TiO₂ и кластеров (TiO₂)_n.
Keywords: субнаноразмерный кластер, диоксид титана, теория функционала плотности, ab initio молекулярная динамика, магнитная восприимчивость.

А.В. Твардовский
Адсорбционная деформация Na-монтмориллонита при взаимодействии с парами метанола — стр. 293
Abstract: Классические представления об адсорбционном процессе всегда исходили из того, что адсорбент при взаимодействии с газами или парами остается инертным и не изменяет своих размеров. Его роль сводится лишь к тому, чтобы создавать адсорбционное поле, куда попадают молекулы адсорбтива. Именно, на основе этого принципа, были выведены известные адсорбционные уравнения Генри, Лэнгмюра, Фаулера – Гуггенгейма, Брунауэра – Эмметта – Теллера и прочие. Однако, современные экспериментальные исследования показывают, что адсорбенты в адсорбционном процессе деформируются. Этот факт существенно изменяет всю картину рассмотрения данного явления. Например, при изменении геометрических размеров пор адсорбента при деформации последнего серьезно изменяется адсорбционное поле, в которое попадают молекулы адсорбтива. И это влияет на величину калориметрической теплоты адсорбции, снимаемой во время исследований. Таким образом, адсорбент является равноправным участником процесса адсорбции наряду с адсорбтивом, и адсорбционную систему следует рассматривать как двухкомпонентную. В связи с этим при проведении адсорбционных исследований необходим комплексный подход, включающий снятие изотерм, измерение калориметрических теплот адсорбции, а также проведение дилатометрических экспериментов по изучению адсорбционной деформации адсорбентов. Такой комплексный подход был применен для системы Na-монтмориллонит – пары метанола. Дифференциальная теплота и изотерма адсорбции при Т = 293 К были получены с помощью микрокалориметра Кальве типа и микровесов Мак-Бена-Бакра. Измерение деформаций адсорбента проводилось с помощью высокочувствительного дилатометра. Основной частью этого дилатометра был линейный дифференциальный трансформатор, сердечник которого был связан с адсорбентом посредством стержня. Любые изменения геометрических размеров адсорбента изменяли положение сердечника в трансформаторе, что влияло на сигнал, снимаемый со вторичной обмотки трансформатора. Имея калибровку дилатометра, определялась адсорбционная деформация адсорбента. Такой комплексный подход позволил существенно детализировать описание адсорбционного процесса для данной изученной системы.
Keywords: адсорбция, адсорбент, изотерма адсорбции, калориметрическая теплота адсорбции, адсорбционная деформация адсорбента, дилатометрический метод.

А.В. Твардовский
Гистерезисные явления при изучении адсорбционной деформации адсорбентов — стр. 300
Abstract: Как известно, адсорбционный гистерезис – это явление, которое возникает в процессах физической адсорбции. При нем количество адсорбированного вещества отличается при добавлении газа (или пара) и при его удалении, т.е. адсорбционная ветвь не совпадает с десорбционной ветвью при снятии изотермы адсорбции. В литературе приводятся разные причины этого явления: поверхностные и объемные фазовые переходы в адсорбате; капиллярные эффекты в порах определенной геометрии; упругая и пластическая деформация адсорбента; наличие потенциального энергетического барьера для проникновения адсорбата в поры и другие. Понятно, что в случае капиллярной конденсации в порах адсорбента действительно характерна необратимость адсорбции, т.е. несовпадение кривых адсорбции и десорбции, и эти кривые образуют петлю адсорбционного гистерезиса. Предполагается, что в остальных случаях ключевую роль в этом эффекте играет адсорбционная деформация адсорбента. Использование современного высокочувствительного дилатометра для снятия кривых адсорбционной и десорбционной деформации адсорбента, наряду с традиционным измерением изотерм адсорбции, позволяет детально изучить эту проблему. В настоящей работе приводятся результаты такого комплексного подхода. В качестве адсорбентов использовались органозамещенный пыжевский монтмориллонит и ораганозамещенный синтетический фторгекторит. Изучалось их взаимодействие с парами гексана и бензола. Проведен детальный анализ полученных данных, позволяющий утверждать, что адсорбционная деформация адсорбента играет ключевую роль в адсорбционном гистерезисе.
Keywords: адсорбция, адсорбент, изотерма адсорбции, адсорбционный гистерезис, адсорбционная деформация адсорбента, дилатометрический метод.

И.Г. Шебзухова, Л.П. Арефьева
Поверхностная энергия и работа выхода электрона граней кристаллов алюминия и свинца — стр. 308
Abstract: От поверхностных свойств металлов во многом зависят технологические процессы и эксплуатационные свойства материалов. Алюминий и свинец широко применяются в разных отраслях промышленности, однако до сих пор наблюдается широкий разброс экспериментальных данных их поверхностной энергии и работы выхода электрона. Изменение данных характеристик при росте температуры практически не исследовано. В связи с этим в работе электронно-статистическим методом проведена оценка поверхностной энергии граней кристаллов алюминия и свинца с учетом вкладов дисперсионной, поляризационной и осцилляционной поправок, а также термического влияния. Аналитическая связь между поверхностной энергией и работой выхода плотноупакованных граней монокристаллов позволила оценить влияние температуры на анизотропию исследуемых свойств. Сравнение изменения предела прочности и поверхностной энергии поликристаллов алюминия и свинца показало возможность развития аналитической связи указанных величин, что позволит прогнозировать поведение металлов и сплавов, в том числе для материалов с пониженной размерностью. Однако, по мимо связи между поверхностной энергией поликристалла, энергией когезии и пределом прочности, необходимо учитывать и другие составляющие энергии разрушения материала.
Keywords: поверхностная энергия, работа выхода электрона, анизотропия, электронно- статистический метод, предел прочности, алюминий, свинец.

А.В. Шишулин, А.В. Шишулина
О ширине запрещенной зоны в мезопористых полупроводниках — стр. 317
Abstract: В настоящей работе рассмотрена зависимость ширины запрещенной зоны мезопористого полупроводника от геометрических характеристик (объема и формы) распределенных в материале пор. Полученные оценки свидетельствуют о том, что хорошо известный для наноразмерных частиц эффект, связанный с существенной зависимостью ширины запрещенной зоны от размера и формы частицы, может также реализовываться в мезопористых (с характерным размером пор от 5 до 50 нм) материалах, при этом сами рассматриваемые мезопористые объекты могут иметь макроскопические размеры. На примере чистого мезопористого CdSe показано, что уменьшение объема пор и «усложнение» их формы приводят к заметному увеличению ширины запрещенной зоны. Результаты получены в рамках когезионной модели, для наночастиц CdSe верифицированной экспериментально. Геометрические особенности пор задавались в рамках фрактально-геометрического подхода величинами их эффективного диаметра и фрактальной размерности.
Keywords: полупроводники, ширина запрещенной зоны, мезопористые материалы, фрактальная размерность, когезия.

А.В. Шишулин, А.В. Шишулина
О еще одной особенности высокотемпературных фазовых равновесий в наночастицах тяжелого псевдосплава Cr_x-W_1-x — стр. 328
Abstract: Благодаря уникальному набору физико-химических свойств тяжелые вольфрамовые псевдосплавы c ультрамелкозернистой структурой, полученные из наночастиц современными методами порошковой металлургии, стали объектом повышенного интереса. В данной работе в рамках термодинамического подхода смоделированы особенности равновесного фазового состава наночастиц Cr_x-W_1-x сферической формы различного диаметра с различной долей Cr со структурой «ядро-оболочка» между температурами ликвидуса и солидуса. Получены примеры зависимостей равновесных составов твердой и жидкой фаз от диаметра частицы, продемонстрировано, что данные зависимости существенно отличаются при различном взаимном расположении твердой и жидкой фаз в структуре «ядро-оболочка». Результаты дополнены рассмотрением эффекта исходного состава, состоящего в зависимости не только объемной доли сосуществующих фаз, но и их состава, от доли Cr в исходной частице. Для визуализации части описанных эффектов использованы предложенные авторами ранее θ-диаграммы. Представлена термодинамическая интерпретация полученных закономерностей на основе трех возможных механизмов понижения свободной энергии системы.
Keywords: наночастицы, химическая термодинамика, ликвидус, солидус, структура «ядро-оболочка», вольфрам, хром.

В.А. Анофриев, А.С. Антонов, С.А. Васильев, Н.Б. Кузьмин, Н.Ю. Сдобняков
Сравнительный анализ процесса формирования фрактальных металлических пленок: атомистическое моделирование — стр. 339
Abstract: В данной работе методом молекулярной динамики с использованием потенциала сильной связи проведено моделирование процесса молекулярно-лучевой эпитаксии для формирования фрактальных металлических пленок из элементов подгруппы меди (Ag, Au, Cu) на твердой поверхности более тугоплавкого металла – родия. Для моделирования молекулярно-лучевой эпитаксии использован авторский программный продукт. Установлено, что при различных параметрах молекулярно-динамического эксперимента возможно идентифицировать переход от формирования семейства островковых пленок с границей неправильной формы к более массивной пленке, но уже с симметричной границей. Также описаны условия, при которых формируются островковые пленки-спутники меньшего размера или пленки, имеющие общую границу («рукава») вокруг одной центральной пленки. При различных условиях молекулярно-динамического эксперимента показана возможность формирования фрактальных структур в исследуемых островковых пленках, проведена оценка фрактальной размерности в программном обеспечении FractalSurface 2.0.
Keywords: молекулярно-лучевая эпитаксия, молекулярно-динамическое моделирование, потенциал сильной связи, фрактальная размерность, тонкие пленки, золото, серебро, медь, подложка, родий.

Д.В. Беспалов, О.А. Голованова
Квантово-химический расчёт соединения цинка(II) с гистидином: синтез, строение и свойства — стр. 353
Abstract: Квантово-химическое моделирование с применением методов Хартри-Фока и функционала плотности (DFT/B3LYP) в базисе 6-31G(d,p) с учётом сольватации по модели поляризуемого континуума, позволило построить и оптимизировать структуру комплекса гистидината цинка для изолированной молекулы. Рассчитаны термодинамические характеристики и инфракрасный спектр, исследуемого комплекса. Проведен синтез координационного соединения цинка с гистидином. Методами комплексонометрии и формольного титрования установлено мольное соотношение 1:2. ИК спектроскопия подтвердила образование соединения, отличного от L-гистидина, и координационных связей в гистидинате цинка. Приведены инфракрасные спектры синтезированного соединения, диапазон измерения 500-4000 см^-1. Сравнение инфракрасных спектров экспериментальных и теоретических данных подтвердило адекватность и сходимость метода функционала электронной плотности – модели расчёта для изолированной молекулы. Использование метода рентгенофазового анализа позволило рассчитать индексы Миллера и параметры элементарной ячейки гистидината цинка методом дихотомии, а также определён средний размер кристаллитов применяя метод Селякова – Шеррера. Результаты исследования вносят вклад в понимание механизмов комплексообразования цинка в биосистемах и перспективны для разработки препаратов коррекции минерального баланса, а также профилактики патологий, вызванных, в том числе, образованием наноструктур.
Keywords: синтез, аминокислоты, комплексы цинка, гистидин, метод функционала электронной плотности, молекулярное моделирование.

С.С. Богданов, А.Ю. Колосов, Д.Н. Соколов, Н.И. Непша, К.Г. Савина, С.В. Серов, Н.Ю. Сдобняков
Влияние параметризации потенциала сильной связи на поведение структурных и термодинамических характеристик бинарных наночастиц Au-Ag — стр. 362
Abstract: Результаты атомистического моделирования во многом определяются выбранной моделью компьютерного эксперимента, включая выбор параметризации потенциала межатомного взаимодействия. В данной работе были использованы две параметризации потенциала сильной связи, включая один с альтернативным набором параметров для монометаллической связи Au–Au при моделировании бинарного наносплава Au–Ag. Показано, что при использовании модифицированного набора температура плавления для наночастицы Au₁₅₀₀Ag₁₅₀₀ практически не меняется, в то время как температура кристаллизации несколько возрастает. Установлено, что доля локальной ГЦК фазы при использовании набора 1 параметров потенциала ниже, чем для набора 2, а присутствие локальной ОЦК фазы явно идентифицируется после кристаллизации при использовании набора 1, в то время как использование набора 2 прогнозирует идентификацию локальной ОЦК фазы лишь в узком температурном диапазоне после кристаллизации. Кроме того, анализ значений потенциальной части удельной внутренней энергии показывает, что бинарные наночастицы Au₁₅₀₀Ag₁₅₀₀ более стабильны как в начальной конфигурации, так и после цикла термоиндуцированного воздействия при использовании модифицированного набора параметров (набор 2).
Keywords: метод молекулярной динамики, параметризации потенциала сильной связи, наночастицы Au-Ag, термоиндуцированное воздействие, термодинамические и структурные характеристики.

М.К. Глаголев, Я.Н. Шатская, А.В. Ворожейкина, А.И. Барабанова, П.В. Комаров
Прогнозирование агрегативной устойчивости наноструктур на основе сополимеров полиВКЛ-полиВИ: мезоскопическое моделирование — стр. 374
Abstract: В рамках крупнозернистого моделирования выполнено изучение агрегационной стабильности термочувствительных сополимеров на основе N-винилкапролактама (ВКЛ) и N-винилимидазола (ВИ). Виртуальный синтез сополимеров различного состава был выполнен с использованием кинетического метода Монте-Карло. При малых степенях конверсии были получены статистические сополимеры, в то время как при высоких степенях конверсии построенные сополимеры содержали длинный гомополимерный ВКЛ-блок. Агрегационные свойства полученных сополимеров были изучены в рамках динамики Ланжевена в среде растворителя, которая является неблагоприятной для сомономеров ВКЛ, что, согласно разработанной модели, соответствует температурам, превышающим нижнюю критическую температуру растворения для поли-ВКЛ. Было показано, что агрегация ВКЛ-блоков первоначально приводит к образованию наночастиц с морфологией ядро-оболочка, где ядро образовано блоками на основе ВКЛ, а оболочка образована блоками ВИ. Наличие гомополимерного ВКЛ-блока увеличивает плотность ядра, в то время как его длина и
содержание мономеров ВКЛ в реакционной смеси — на размер оболочки. Было показано, что наноструктуры, образованные, когда доля ВКЛ в реакционной смеси равна f_VCL=0,55, обладают
наибольшей агрегационной стабильностью. В этом случае, когда растворитель является плохим для ВКЛ, образуются мезоглобулы, содержащие в среднем из 2-3 полимерных цепочек. Полимеры, полученные из реакционной смеси с более высоким содержанием ВКЛ, образуют потенциально агрегационно нестабильные наноструктуры. Кроме того, полимеры, полученные при f_VCL=0,55, имеют самую высокую удельную площадь, доступную для растворителя, что делает их перспективной основой для разработки термочувствительных катализаторов.
Keywords: поли (N-винилкапролактам), поли(N-винилимидазол), термочувствительные сополимеры, компьютерное моделирование, катализаторы c термическим переключением.

О.А. Дюдюн, А.А. Комарова, К.С. Эльбекьян, Г.Д. Дюдюн
Моделирование адсорбционных характеристик фуллереновых дисперсий — стр. 386
Abstract: Механизмы действия фуллеренов на биологические системы ещё не до конца изучены. Фуллерены могут быть модифицированы для повышения их эффективности и безопасности в области медицины и доставке лекарств. К ним могут быть присоединены различные лиганды, повышающие их селективность к определенным типам клеток или тканям. В данной работе проводится компьютерное 3D-моделирование (ArgusLab 4.0.1) коллоидных суспензий и водных дисперсий фуллеренов, полученных способом ультразвукового диспергирования композиций на основе C60, растительного масла (кукурузного) и поливинилового спирта. Гидродинамический радиус частиц измеряли на анализаторе размеров частиц Photocor Compact-Z. Строение соединений подтверждается методами спектрофотометрии (UNICO 2100) и сканирующей электронной микроскопии (микроскоп MIRA-LMH фирмы Tescan). В ходе исследований было спрогнозировано, что фуллерен С60 может выступать в качестве эффективного ингибитора лейкотриеновых рецепторов в живых системах. Лейкотриены – это группа биологически активных веществ, производных арахидоновой кислоты, которые играют важную роль в развитии воспаления и аллергических реакций, особенно в бронхиальной астме Были оптимизированы трехмерные структуры основных типов лейкотриенов и их молекулярных комплексов с фуллереном C60. Анализ адсорбционных свойств производных фуллерена открывает перспективы для создания новых биологически активных соединений, способных специфически блокировать лейкотриеновые рецепторы и обеспечивать терапевтический эффект без применения гормональных препаратов.
Keywords: коллоидные растворы фуллеренов, фуллереновые дисперсии, ультразвуковое диспергирование, физико-химический анализ, 3D-моделирование, лейкотриены.

П.М. Ершов, А.Ю. Колосов, В.С. Мясниченко, Д.Р. Зорин, А.Д. Белозерский, Д.Н. Соколов, Н.Ю. Сдобняков
Влияние термостата Нозе-Гувера на структурные превращения в тернарных наночастицах Ti-Al-V — стр. 399
Abstract: Важным критерием верификации результатов атомистического моделирования является не только адекватный выбор потенциала межатомного взаимодействия и его параметров, но также выбор методологии термостатирования. В данной работе предпринята попытка качественной оценки влияния выбора термостата при моделировании структурных превращений в тернарных наночастицах Ti-Al-V. В качестве базовых использовались два термостата: термостат Андерсена и мягкий стохастический термостат, представляющий собой термостат Нозе-Гувера с добавлением случайного шума для улучшения эргодичности. Установлено, что оба используемых термостата при совпадающих условиях моделирования для наночастиц тернарного сплава Ti6Al4V предсказывают аналогичные структурные превращения при использовании различных скоростей охлаждения (от 0,2 К/пс до 100 К/пс): при малых скоростях доминируют локальные ГЦК и ГПУ фазы, с увеличением скорости охлаждения происходит постепенное уменьшение доли идентифицируемых кристаллических фаз и появляются ядра икосаэдрической симметрии. Полученные закономерности структурных превращений отражаются на поведении температурной зависимости потенциальной части удельной внутренней энергии, которая используется для идентификации температуры кристаллизации. Кроме того, было установлено, что значения удельных внутренних энергий (в расчете на 1 атом) находятся в хорошем согласии.
Keywords: метод молекулярной динамики, потенциал сильной связи, тернарные наночастицы Ti-Al-V, структурообразование, термостатирование, кристаллизация.

И.В. Каракеян, В.В. Пуйтов, И.В. Талызин, С.А. Васильев, В.М. Самсонов
О термической стабильности икосаэдрических металлических нанокластеров: молекулярно- динамическое моделирование — стр. 411
Abstract: С использованием молекулярно-динамического моделирования и метода погруженного атома исследовалась термическая стабильность икосаэдрических магических нанокластеров ГЦК металлов: Ag, Au, Cu, Ni, Pd и Pt, т.е. стабильность характерной для них оболочечной структуры и симметрии, связанной с наличием шести осей симметрии пятого порядка, в процессе нагревания от 10 К до температуры, превышающей их температуру плавления. Установлено, что вплоть до начала плавления икосаэдрические нанокластеры, с числом атомов 13, 55, 147, 309 и 561 сохраняют характерную для них симметрию, т.е. не переходят в изомеры других типов. Такое поведение в процессе нагревания существенно отличается от поведения кубооктаэдрических (с гранецентрированной кубической упаковкой) нанокластеров, плавлению которых предшествует их переход в икосаэдрические изомеры. Вместе с тем, поведение калорических кривых, т.е. температурных зависимостей потенциальной части удельной внутренней энергии (когезионной энергии) икосаэдрических нанокластеров различных металлов заметно отличается. В частности, плавление икосаэдрических нанокластеров Ag и Ni сопровождается выраженными скачками на указанной зависимости. Соответственно, данный переход можно интерпретировать, как фазовый переход первого рода, а отвечающую ему температуру как температуру плавления. Для икосаэдрических нанокластеров Cu и Pd соответствующие скачки являются менее выраженными, а плавление икосаэдрических нанокластеров Au и Pt не сопровождается скачками на калорической кривой.
Keywords: металлические нанокластеры, изомеры, термическая стабильность, плавление, молекулярная динамика, метод погруженного атома.

Е.С. Карташинская
Сравнительное описание термодинамических параметров связывания перфторированных алканов с полиароматическими углеводородами. Квантово-химический подход — стр. 419
Abstract: В работе представлен сравнительный анализ термодинамических параметров связывания алканов C_nH_2n+2 и их перфторированных аналогов C_nF_2n+2  (n = 2-14) с графеноподобной поверхностью.
Модельными структурами графеновой поверхности выступают полиароматические углеводороды
короненового ряда: коронен и трициркумкоронен. Расчеты проведены в рамках квантово- химического полуэмпирического метода PM6-DH2, а также дополнены результатами, полученными в рамках теории функционала плотности, с применением гибридных функционалов B3LYP/6-311G** и wB97X-D4/cc-pVDZ. Показано, что связывание перфторированных алканов с графеновой
поверхностью является более энергетически выгодным, чем обычных алканов, что согласуется с немногочисленными экспериментальными данными по изостерической теплоте адсорбции рассматриваемых соединений. Так, вклады межмолекулярных С–Н∙∙∙π- и С–F∙∙∙π-взаимодействий в энтальпию связывания являются практически одинаковыми. Однако, по энтропийному фактору эти взаимодействия различаются примерно в два раза в пользу С–F∙∙∙π-взаимодействий. В итоге последние оказываются примерно на 60% более энергетически предпочтительными, нежели С–Н∙∙∙π-аналоги по критерию энергии Гиббса связывания.
Keywords: перфторированные алканы, полиароматические углеводороды, адсорбция, термодинамические параметры адсорбции, C–Fꞏꞏꞏπ-взаимодействия, полуэмпирические методы, теория функционала плотности.

П.В. Комаров, И.К. Патренков, М.Д. Малышев, М.К. Глаголев
Определение θ-условий для параметризации внутрицепной жесткости модели линейной полимерной цепи в методе диссипативной динамики частиц — стр. 433
Abstract: При построении мезомасштабных моделей молекулярных систем структура всех химических компонент подвергается упрощению посредством преобразования, известного как «огрубление». В случае моделирования полимерных материалов конформационные свойства огрубленных моделей полимерных цепей могут не соответствовать исходным химическим прототипам. Это можно компенсировать посредством введения в модель дополнительных потенциалов. В рамках метода диссипативной динамики частиц выполнено определение θ- условий для модели линейной полимерной цепи типа «бусин на пружинках» в условиях бесконечно разбавленного раствора. Показано, что значение максимальной амплитуды консервативной силы, определяющей взаимодействие полимера и растворителя, отвечающее θ-условиям, сильно зависит от величины константы жесткости K_b потенциала деформации связей между бидами и имеет тенденцию к выходу на насыщение, когда K_b > 30. Для случая K_b = 200 были выполнены расчеты зависимости характеристического отношения C_∞ модельных цепей разной длины в зависимости от константы жесткости K_a потенциала деформации угла между связями бидов. Полученные результаты хорошо согласуются с данными из литературы и воспроизводятся с помощью теоретической оценки. Построенная функциональная зависимость C_∞ от K_a имеет универсальный характер и может использоваться для корректного построения моделей различных гомополимеров, когда важно учитывать их конформационные свойства.
Keywords: мезомасштабное моделирование, диссипативная динамика частиц, линейные полимерные цепи, внутрицепная жесткость, характеристическое отношение.

М.Н. Лапушкин
Адсорбция монослоя магния на поверхности GaN(0001) — стр. 447
Abstract: Методом функционала плотности проведен расчет адсорбции монослоя атомов Mg на поверхности грани (0001) GaN. 2D-слой GaN моделировался суперъячейкой GaN(0001) 2×2 содержащих 10 бислоёв GaN. Поверхность GaN имеет металлический характер, что обеспечено наличием около уровня Ферми зоны поверхностных состояний. Расчет электронной плотности состояний и энергии адсорбции атомов Mg проводился для трех устойчивых мест адсорбции атома Mg: над поверхностными атомами Ga или N и когда 2 атома Mg адсорбируются над атомами N и 2 атома Mg адсорбируются в мостиковой позиции между атомами N. Адсорбция атомов Mg предпочтительна в последней позиции. Один атом Mg приходился на 1 поверхностный атом Ga в первом бислое GaN. Энергия адсорбции Mg равна 1,175 эВ. Адсорбция атомов Mg приводит к незначительной реконструкции поверхности GaN: максимальный сдвиг слоя атомов Ga (N) не превышает 0,035 Å. Адсорбция Mg приводит к образованию широкой поверхностной зоны ниже уровня Ферми. Связь с поверхностью GaN(0001) осуществляется за счет образования связи между валентными электронами магния и валентными электронами подложки GaN.
Keywords: метод функционала плотности, электронная структура, интерфейс, поверхность, адсорбция, магний, GaN.

К.К. Небывалова, И.В. Талызин, С.А. Васильев, В.М. Самсонов
Оценка удельной поверхностной энергии наночастиц Ag по результатам их молекулярно- динамического моделирования — стр. 455
Abstract: После анализа проблемы распространения метода поверхностных избытков Гиббса на наноразмерные объекты, рассмотрен подход к применению метода Гиббса к нахождению удельной поверхностной энергии металлических наночастиц. Предложенный подход, реализованный нами на примере сферических наночастиц и нанокапель Ag, основывается на использовании молекулярно-динамических результатов для температурной и размерной зависимостей потенциальной части удельной (в расчете на атом) внутренней энергии. Расчеты проводились для эквимолекулярной разделяющей поверхности. При этом избыточная поверхностная энергия находилась по отношению к объемной материнской фазе (фазе сравнения), в качестве которой была выбрана твердая ГЦК фаза того же металла при той же температуре, что и рассматриваемый малый объект. Найденные значения удельной поверхностной энергии зависят от температуры и согласуются с экспериментальными значениями для соответствующих объемных фаз сравнения. Вместе с тем заметное изменение (уменьшение) удельной поверхностной энергии имело место только при переходе твердых наночастиц Ag в жидкое состояние, т.е. при их плавлении.
Keywords: металлические нанокластеры, метод избытков Гиббса, молекулярная динамика, поверхностная энергия.

С.В. Серов, Н.И. Непша, А.Ю. Колосов, Д.Н. Соколов, К.Г. Савина, С.Ю. Вересов, Н.Ю. Сдобняков
Структурные превращения в четырехкомпонентных наносплавах Cu-Au-Pt-Pd различной морфологии при последовательных термоиндуцированных циклах — стр. 466
Abstract: Проведено молекулярно-динамическое исследование процессов структурообразования в четырехкомпонентных наночастицах Cu-Au-Pt-Pd (с общим количеством атомов 4000) в процессе двух последовательных циклов термоиндуцированного воздействия. Предложено два сценария: первый сценарий оба цикла с одинаковой скоростью 0,25 К/пс; второй сценарий первый цикл со скоростью 1 К/пс, второй – 0,25 К/пс. Рассмотрено шесть типов начальных конфигураций наносистемы Cu-Au-Pt-Pd: равномерное распределение атомов (Pd₂₄₀₀-Pt₈₀₀-Au₆₀₀-Cu₂₀₀), конфигурации типа ядро-оболочка, в которой атомы палладия выступают в качестве оболочки, в то время как остальные элементы равномерно распределены в ядре ((Cu₂₀₀-Au₆₀₀-Pt₈₀₀)@Pd₂₄₀₀) или представляют собой луковичную структуру (Cu₂₀₀@Au₆₀₀@Pt₈₀₀@Pd₂₄₀₀), а также Янус-структуры трех конфигураций: Cu₂₀₀/Au₆₀₀/Pt₈₀₀/Pd₂₄₀₀, Cu₁₀₀/Au₃₀₀/Pt₄₀₀/Pd₂₄₀₀/Pt₄₀₀/Au₃₀₀/Cu₁₀₀, Pd₁₂₀₀/Pt₄₀₀/Au₃₀₀/Cu₂₀₀/Au₃₀₀/Pt₄₀₀/Pd₁₂₀₀. Для каждой из представленных систем получены калорические зависимости потенциальной части удельной внутренней энергии, отвечающие процессам нагревания и охлаждения (для двух циклов), определены параметры гистерезиса температур плавления и кристаллизации, описаны закономерности химической и структурой сегрегации для конфигураций, отвечающих окончанию охлаждения. Для компонентов Au и Pd построены и проанализированы их распределения в рассматриваемых наночастицах Cu-Au-Pt-Pd. Также проведена оценка удельной поверхностной энергии, величина которой определяет механическую стабильность. Полученные результаты для удельной поверхностной энергии сопоставлены с имеющимися экспериментальными данными с учетом размерного эффекта.
Keywords: циклы термоиндуцированного воздействия, четырехкомпонентные наночастицы Cu-Au-Pt-Pd, метод молекулярной динамики, потенциал сильной связи, структурообразование, фазовый переход плавление-кристаллизация.

Д.Н. Соколов, В.С. Мясниченко, О.В. Полев, К.Г. Савина, М.Г. Гостинцев, Н.Ю. Сдобняков
Металлические нанозвёзды как новый объект для атомистического моделирования — стр. 485
Abstract: Исследована термическая стабильность золотых нанозвёзд, которые имели два типа начальной морфологии: большой додецикосакрон, большой вывернутый плосконосый икосододекаэдр. Начальные конфигурации нанозвёзд были получены с помощью программы Atomsk с последующей релаксацией структуры. Моделирование термоиндуцированного воздействия проводилось методом
Монте-Карло (схема Метрополиса). Межатомное взаимодействие описывалось потенциалом сильной связи. Определены критические температуры дестабилизации, которые увеличиваются с увеличением размера для обоих типов начальной морфологии, а также установлены закономерности структурной сегрегации в процессе термоиндуцированного воздействия вплоть до температуры плавления. Несмотря на доминирование локальной ГЦК структуры в центральной части нанозвёзд, характер распределения локального ГПУ структуры различается для рассмотренных типов начальной морфологии вплоть до температуры плавления. Показано, что термическое разрушение начинается с «множественных лучей» нанозвёзд, где локальная плотность атомов ниже, чем в среднем по поверхности. Результаты позволяют прогнозировать стабильность анизотропных наночастиц для фототермальных приложений.
Keywords: метод Монте-Карло, потенциал сильной связи, золотые нанозвезлы, термическая стабильность, локальная плотность, кристаллические фазы, плазмонные наноструктуры.

А.Ю. Федотов, О.Ю. Северюхина, А.Ю. Саломатина
Исследование магнитных свойств нанопленок кобальта в условиях внешнего поля методом математического моделирования — стр. 497
Abstract: В данной работе исследуются магнитные характеристики кобальтовых нанопленок. Кобальтовые пленки представляют интерес для интеграции в гибридные системы, что открывает новые возможности для разработки многофункциональных устройств. Цель исследования заключается в
моделировании магнитных характеристик кобальтовых нанопленок с различной толщиной под воздействием различных магнитных полей. Для достижения этой цели была использована математическая модель, описывающая движение атомов и переориентацию их спинов. В основе модели лежат уравнения Ланжевена и Ландау – Лифшица – Гилберта для описания динамики системы. Результаты исследования показывают влияние внешнего магнитного поля на магнитные характеристики кобальтовых пленок толщиной от 1,8 до 7,1 нм. С увеличением толщины пленки наблюдается снижение модуля намагниченности. Величина модуля намагниченности системы показывает нелинейную зависимость как от количества кристаллических слоев кобальта, так и от величины внешнего магнитного поля. При различных значениях магнитной индукции фиксируются изменения в поведении намагниченности, включая образование доменов и доменных стенок. Разработанная модель позволяет анализировать влияние различных факторов на магнитные свойства материалов, что может способствовать оптимизации тонкопленочных структур для применения в спинтронике. Исследование подчеркивает важность понимания магнитных свойств тонких пленок для разработки новых технологий в данной области.
Keywords: математическое моделирование, молекулярная динамика, спиновая динамика, ферромагнетик, тонкие пленки, магнитные свойства.

А.А. Череповская, Д.А. Рыжкова
Начальная стадия процесса коалесценции на примере наночастиц Ag — стр. 506
Abstract: Понимание процессов формирования и эволюции массивов металлических наночастиц является очень важной задачей, поскольку они все чаще используются в различных технических устройствах. Размер и форма наночастиц, а также расстояние между ними имеют большое влияние на их свойства. Коалесценция является одним из основных процессов, которые отвечают за изменение данных геометрических параметров массива наночастиц. В случае металлических наночастиц было обнаружено, что их слияние зависит от взаимной кристаллической ориентации, в результате чего реализуются различные механизмы объединения. Влияние кристаллической ориентации наночастиц на механизм коалесценции было подтверждено результатами молекулярно-динамических экспериментов. Изучался процесс коалесценции наночастиц серебра различного диаметра, расстояние между частицами изменялось от 0,5 до 1,5 нм, время моделирования соответствовало 200 пс. Реальный внешний вид и структура изучаемых наночастиц определялись при помощи визуализаторов OVITO и XMakemol. Анализ результатов показывает, что в случае наночастиц серебра коалесценция в большинстве случаев протекает по механизму роста ориентированным прикреплением.
Keywords: серебро, наночастицы, структура, коалесценция, компьютерное моделирование, сильная связь.

Е.М. Чернова, Ю.Д. Орлов, Е.А. Мирошниченко
Электронное строение свободного радикала 9-флуоренил в рамках QTAIM — стр. 514
Abstract: В работе представлены результаты исследования влияния свободной валентности на электронное строение 9-фуоренил радикала в сравнении с молекулой флуорена. Геометрическое строение и распределения электронной плотности в указанных соединениях рассчитаны методом функционала плотности B3LYP/6-311++G(3df,3pd) 6d 10f. Электронное строение изученных соединений исследовано в рамках «квантовой теории атомов в молекуле» (quantum theory of atoms in molecules). Полная электронная плотность рассматриваемых соединений была разделена на пространственные области («топологические» атомы»), объединенные для анализа в атомные группы. Вычислены их электронные параметры: заряд, объем и для радикалов, спиновая плотность. Проведен сравнительный анализ параметров атомных групп в молекуле и радикале. Получены и проанализированы характеристики критических точек связей C-C и критических точек циклов. Количественно охарактеризованы понятия «радикальный центр» и «свободная валентность», показано сопряжение свободной валентности в 9-флуорениле через распределение спиновой плотности.
Keywords: флуорен, 9-флуоренил, квантовая теория атомов в молекуле, электронная плотность, спиновая плотность, свободная валентность, радикальный центр.

Д.В. Чертков, В.В. Пуйтов, И.В. Талызин, В.М. Самсонов
Сравнительное молекулярно-динамическое моделирование коалесценции и спекания в системах Au-Au и Si-Si — стр. 522
Abstract: C использованием программы LAMMPS проведено сравнительное молекулярно- динамическое моделирование коалесценции и спекания наночастиц Au, содержащих по 1000 атомов каждая, и наночастиц Si, также содержащих по 1000 атомов. Межатомное взаимодействие в системе Au₁₀₀₀-Au₁₀₀₀ воспроизводилось с использованием метода погруженного атома, а в системе Si₁₀₀₀-Si₁₀₀₀ – c использованием потенциала Стиллинджера- Вебера. В ходе моделирования системы Au₁₀₀₀-Au₁₀₀₀ температура равномерно повышалась от 200 К до 1500 К, а при моделировании системы Si₁₀₀₀-Si₁₀₀₀ – от 300 К до 2200 К. До достижения температуры плавления наночастиц выбранного размера (900 К для наночастиц Au и 1450 К для наночастиц Si, соответственно) сценарии эволюции указанных систем соответствовали изотермическому низкотемпературному спеканию, а по достижении температуры плавления – коалесценции нанокапель. Находились и анализировались температурные и кинетические зависимости следующих количественных характеристик процессов коалесценции и спекания: потенциальной части удельной внутренней энергии, степени спекания (коэффициента усадки), радиусов инерции как системы из двух наночастиц, так и атомных подсистем отвечающих отдельным наночастицам. Установлено, что, несмотря на существенное различие природы химической связи в системах Au₁₀₀₀-Au₁₀₀₀ и Si₁₀₀₀-Si₁₀₀₀ (металлическая и ковалентные связи, соответственно), спекание наночастиц Au и наночастиц Si характеризуется теми же закономерностями.
Keywords: молекулярная динамика, потенциал Стиллинджера-Вебера, наночастицы золота и кремния, спекание, коалесценция.

А.З. Агоев, А.М. Кармоков, Е.Н. Козырев, О.А. Молоканов, Р.Ю. Кармокова
Влияние концентрации дефектов в перовските и гетеропереходах на фотоэлектрические характеристики солнечного элемента — стр. 537
Abstract: Увеличение стабильности и надежности работы перовскитных преобразователей солнечной энергии в электрическую является одной из важных проблем в области зеленой энергетики. В связи с этим предлагается новая модель структуры солнечного элемента, способная стабилизировать фотоэлектрические характеристики на уровне, приближающемся к теоретическому пределу для однослойного перовскита. Рассмотрено влияние концентрации дефектов на характеристики преобразования солнечной энергии в электрическую в перовскитных солнечных элементах в модели структуры ITO/ZnO/CH₃NH₃PbI₃/NiO/Ag. Проведенные численные расчеты, показывают существенную зависимость характеристик солнечного элемента от плотности дефектов на границах слоев и в самом перовскитном поглотителе. Установлены зависимости характеристик фотоэлектрической эффективности солнечного элемента от плотности дефектов на гетеропереходах оксидов с поглотителем и в поглотителе. Установлены предельные значения концентрации дефектов, ниже которых достигаются максимальные значения напряжения холостого хода, плотности тока короткого замыкания, фотоэлектрическая эффективность и коэффициента полезного действия. Концентрация дефектов на межфазной границе CH₃NH₃PbI₃/NiO практически не влияет на значения указанных параметров. Для предложенной модели построена вольтамперная характеристика и рассчитаны оптимальные фотоэлектрические характеристики.
Keywords: коэффициент эффективности, перовскит, солнечный элемент, оксид цинка, оксид никеля, дефекты, граница раздела.

Л.Е. Афанасьева, В.В. Измайлов, М.В. Новоселова
Влияние структурного фактора на трибологические характеристики титанового сплава, полученного по технологии селективного электронно-лучевого плавления — стр. 544
Abstract: Статья посвящена экспериментальному исследованию влияния особенностей микроструктуры сплава Ti – 6Al – 4V, полученного по технологии электронно-лучевого плавления, на трибологические свойства: твердость; коэффициент трения; абразивную износостойкость. Микроструктура сплава состоит из колоний α′ пластин толщиной 1,5-2 мкм и прослоек β-фазы размером 0,2 мкм. Измерение твердости проводили при малых нагрузках N = 1-2 Н (микротвердость) и при нагрузках N = 90-180 Н (твердость индентирования). Коэффициент трения определяли на микротрибометре по схеме шар – плоскость в паре со стальным индентором при нагрузках 2-5 мН. Износостойкость исследовали при трении о закрепленный абразив по схеме шар – плоскость. Проведены исследования микроструктуры и свойств образцов в двух взаимно перпендикулярных плоскостях: в слое и в направлении синтеза. Выявлена анизотропия микротвердости и коэффициента трения при малых нагрузках. В плоскости слоя микротвердость при нагрузках в несколько ньютонов на 900-1000 МПа ниже, чем на боковой поверхности образца. При малых нагрузках на контакт значение коэффициента трения в контакте сферического стального образца с плоской поверхностью слоя примерно на 20% ниже, чем в контакте того же стального образца с боковой поверхностью образца титанового сплава. С возрастанием нагрузки на контакт разница в свойствах исчезает.
Абразивная износостойкость в направлении синтеза образца на 30% выше, чем в плоскости
слоя, что объясняется ролью структурного фактора. Показано, что ориентация колоний
α′ пластин оказывает влияние на трибологические свойства.
Keywords: сплав титана, селективное электронно-лучевое плавление, микроструктура, твердость, коэффициент трения, износостойкость.

С.А. Бибанаева, В.М. Скачков, Н.А. Сабирзянов, О.В. Корякова
Синтез композиционного сорбента на основе гидроксиапатита и цеолита и его сорбционные свойства — стр. 554
Abstract: Работа посвящена изучению сорбционных свойств нового композиционного сорбента на основе синтетического цеолита и гидроксиапатита, полученного золь-гель методом, в качестве сорбента для ионов тяжелых цветных металлов (хрома, никеля, железа, меди и цинка) из кислых водных растворов. Изучен химический качественный и количественный состав, морфология исходных реагентов и полученных растворов. Установлено, что композиционный сорбент имеет высокую удельную поверхность (1600 м²/г) и проявляют высокую сорбционную активность и сорбционную емкость, выше, чем моно сорбенты синтетического цеолита и гидроксиапатита, а также выше, чем у механической смеси гидроксиапатит-цеолит. Методом инфракрасной спектроскопии определены характеристики композиционного сорбента, показано наличие нехарактерных полос поглощения 907 и 873 см^-1 в спектре, что указывает на образование новых химических связей. Рентгенофазовым анализом определен фазовый состав композиционного сорбента, а сканирующей электронной
микроскопией изучена морфология. Высокая сорбционная активность и емкость полученного композиционного сорбента может быть использована для дополнительной очистки сточных вод предприятий, что может быть реализовано на ряде промышленных производств. По результатам исследования была подана заявка на патент.
Keywords: очистка, композиционный сорбент, гидроксиапатит, сорбция, тяжелые цветные металлы.

Е.А. Богданова, В.М. Скачков
Влияние способа синтеза на прочностные характеристики керамики на основе фторапатита — стр. 563
Abstract: В статье обсуждается возможность получения упрочненной биокерамики на основе фторапатита. Композиционные материалы получали двумя способами. В первом случае путем механохимичекого синтеза наноструктурированного гидроксиапатита, полученного осаждением из раствора, с расчетным количеством допирующих компонентов (фторид кальция, нестехиометрический оксид титана либо диоксид циркония) и последующей высокотемпературной обработкой. Во втором случае механохимическое армирование осуществляли при непосредственном введении  упрочняющего компонента (несмтехиометрический оксид титана либо диоксид циркония) в ультрадисперсный фторапатит, полученный осаждением из раствора. 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 отвечающие требуемым функциональным характеристикам материалы удается получить при упрочнении фторапатита диоксидом циркония в количестве 5 масс.%, а также за счет совместного армирования гидроксиапатита фторидом кальция и оксидом титана в равных количествах (15 масс.%). Композиционные материалы указанного состава термически стабильны, обладают постоянным фазовым составом, плотной равномерной структурой с высокой степенью кристалличности, с развитой пористостью и являются перспективным материалом для дальнейших исследований с целью внедрения в медицинскую практику.
Keywords: фторапатит, гидроксиапатит, биокерамика, упрочнение, оксид титана, диоксид циркония, фторид кальция, композиционные материалы, микротвердость.

А.Н. Болотов, В.В. Новиков, О.О. Новикова
Нанодисперсное магнитное масло: взаимосвязь состава жидкой фазы и триботехнических характеристик — стр. 577
Abstract: Применение нанодисперсного магнитного масла для смазки подшипников скольжения современного высокотехнологичного оборудования позволяет повысить его долговечность и работоспособность. В работе проведена оценка влияния дисперсионной среды, нанодисперсной
магнитной фазы, противоизносных присадок и наполнителей на триботехнические свойства магнитного масла. Изучались трёхкомпонентные магнитные смазочные масла, отличающиеся составом дисперсионной среды, в качестве которой использованы синтетические кремнийорганические жидкости, относящиеся к различным группам. Испытаны магнитные масла, стабилизированные путем применения кремнийорганических кислот, ионогенных поверхностно активных веществ, жирных кислот и др. По результатам триботехнических испытаний установлено, что в широком диапазоне условий трения смазочные свойства нанодисперсного магнитного масла тем выше, чем выше эти свойства у дисперсной среды. Исследовано влияние поверхностно-активных веществ, стабилизирующих коллоидную структуру наномасел, на коррозионно-механическую составляющую износа. Сделан вывод о некотором преимуществе масел с полимерными оболочками на частицах. Предложен способ удаления агломератов феррочастиц,
образовавшихся при синтезе смазочного материала и в результате флокуляции частиц под действием магнитных сил, воздействием силового неоднородного магнитного поля. Показана необходимость продолжить исследования в данном направлении.
Keywords: нанодисперсное магнитное масло, трибосвойства магнитных масел, дисперсионная среда, противоизносные присадки, трение, износ.

А.Н. Болотов, В.В. Новиков, О.О. Новикова
Некоторые особенности влияния на трение и износ структурных компонентов нанодисперсного магнитного смазочного масла — стр. 585
Abstract: Для узлов трения эксплуатирующихся в условиях отсутствия технического обслуживания, при значительно ограниченной зоне смазки, одним из оптимальных решений является использование нанодисперсных магнитных смазочных масел. Исследовано влияние структурных компонентов нанодисперсного магнитного смазочного масла: магнитной фазы, твердосмазочной фазы, противоизносных присадок на его трибологические свойства. Установлено наличие оптимальной концентрации ферромагнитных наночастиц при износе поверхностей с относительно низкой микротвердостью. Это обусловлено изменением процессов в зоне трения: эффект упрочнения сменяется абразивным износом. Для твердых поверхностей износ носит преимущественно абразивный характер. Учитывая, важность, удержания смазочной пленки магнитного масла в зоне контакта, проанализировано поведение ферромагнитных наночастиц в градиентном магнитном поле. Установлено перераспределение частиц в силовом поле и увеличение количества частиц у поверхности исследуемого образца. Это приводит к росту скорости образования смазочной пленки на поверхности трения и снижению силы трения на 10-15% для относительно невысоких скоростей скольжения поверхностей. Оценка влияния исследуемых присадок на структуру и физико-механические свойства магнитных наномасел показала сложный характер изменения их свойств при натурных испытаниях. Для повышения антифрикционных характеристик магнитных масел необходимо применять в 3-4 большее количество присадки по сравнению с традиционным маслом. Установлено, что испытанные твердосмазочные наполнители положительно влияют на фрикционные свойства магнитного трибоузла, но их количество должно быть существенно ограниченно, во избежание потери управляемости магнитным полем.
Keywords: нанодисперсное магнитное масло, трибосвойства магнитных масел, ферромагнитные наночастицы, противоизносные присадки, антифрикционные наполнители, трение, износ.

А.А. Бурцев, В.А. Михалевский, В.В. Ионин, А.А. Невзоров, А.В. Киселев, М.Р. Конникова, Н.Н. Елисеев, А.А. Лотин
Кластеризация наночастиц фазоизменяемого материала Ge₂Sb₂Te₅, полученных методом лазерно-индуцированного переноса — стр. 598
Abstract: В работе представлены экспериментальные результаты по синтезу наночастиц фазоизменяемого материала Ge₂Sb₂Te₅ методом прямого лазерно-индуцированного переноса. В качестве донорного материала использовались тонкие пленки, полученные методом термического вакуумного осаждения, в качестве акцептора – кремниевые пластины. Лазерно-индуцированный перенос осуществлялся импульсным лазерным излучением суб-наносекундной длительности. Анализ морфологии, топологии и размеров полученных наночастиц проводился с помощью растровой электронной микроскопии. Анализ особенностей кластеризации проводился на основе уравнения Ланжевена. Показано, что наибольшее значение на формирование кластеров оказывает температурный режим при лазерном переносе, что объясняется тем, что кристаллические фазы исследуемого материала являются высокотемпературными. Результаты работы показывают возможность создания элемента на основе наночастиц с определенным распределением и размерами, как технологическую альтернативу устройствам на основе тонких пленок. Использование наночастиц позволит добиться энергетической эффективности, большей гибкости и плавности переключения, а также даст возможность реализовать нейроморфные и стохастические вычисления. Управляемая кластеризация позволит создавать переключаемые элементы с заданными свойствами, которые могут быть недоступны при использовании архитектур на основе тонких пленок.
Keywords: халькогениды, фазоизменяемые материалы, наночастицы, кластеризация, лазерно-индуцированный перенос, фазовые переходы.

С.Л. Гафнер, А.А. Череповская, Л.В. Редель, Д.А. Рыжкова, Ж.В. Головенько
Технологии и перспективы развития ферроэлектрических запоминающих устройств — стр. 606
Abstract: Ферроэлектрическая память представляет собой один из наиболее перспективных типов энергонезависимой твердотельной памяти благодаря высокому быстродействию, низкому энергопотреблению и устойчивости к внешним воздействиям. Принцип её действия основан на способности сегнетоэлектрических материалов сохранять направление поляризации после снятия внешнего напряжения. В работе рассмотрены физические принципы функционирования данного вида памяти, особенности архитектур ячеек 1T, 1T-1C, 2T-2C и chain-FRAM. Особое внимание уделено проблеме деструктивного считывания, характерной для большинства ферроэлектрических структур, и современным способам её решения – акустическим, пироэлектрическим, фотоэлектрическим и электрооптическим методам опроса. Кроме того, проведен анализ как ограничений масштабирования, связанных с использованием традиционных сегнетоэлектрических материалов, таких как цирконат-титанат свинца, так и поиска альтернативных материалов, в частности, оксида гафния, обеспечивающего стабильную поляризацию при толщине до 10 нм. Проведён обзор технологических решений, направленных на улучшение масштабируемости и надёжности ферроэлектрической памяти в условиях современных требований к микроэлектронике.
Keywords: энергонезависимая память, ферроэлектрическая память, сегнетоэлектрики, структура ячейки, деструктивное считывание.

Ю.Я. Гафнер, А.А. Череповская, Д.А. Рыжкова
Анализ плазмонных свойств наночастиц Ag — стр. 615
Abstract: В представленной работе изучены некоторые особенности применения металлических наночастиц в плазмонике, а также методы их синтеза. Оценка экспериментальных данных по возможному улучшению технических характеристик светодиодов (LED, QLED, OLED) позволяет сказать, что одним из таких путей будет включение в активный слой металлических наночастиц для использования их в поверхностном плазмонном резонансе. Однако интенсивность такого резонанса зависит от многих факторов, основными из которых являются форма и размер плазмонной наночастицы. Традиционными материалами здесь являются Ag, Au и Cu, но поскольку в последнее время удалось добиться устойчивого синтеза широкого спектра наноструктур только для Au и Ag, то  именно эти химические элементы и, возможно, сплавы на их основе, являются наиболее перспективными для использования  в плазмонике материалами. На основе проведенного анализа был сделан вывод, что на основе контроля размера, формы, химического состава и внутреннего строения Ag наночастиц, светом можно эффективно управлять с беспрецедентной точностью и поэтому определение этих характеристик отдельных металлических Ag наночастиц представляет большой интерес для исследования их возможного оптического отклика.
Keywords: серебро, наночастицы, структура, плазмоника, синтез, газовая фаза.

О.И. Гырдасова, Л.А. Пасечник
Формирование твердых растворов и композитов в системе ZnO-ZrO₂ — стр. 627
Abstract: Предложено получение твердых растворов и композитов на основе систем оксидов цинка и циркония в качестве перспективных фотоактивных материалов. Метод синтеза предполагает использование прекурсорной технологии, в которой в качестве прекурсоров были предварительно получены частично замещенные цинком формиаты цирконила. Показано, что термолиз прекурсоров на воздухе при 700°С стабилизирует твердые растворы Zn_1-xZr_xO_1+2x со структурой вюрцита в области 0≤x≤0,06. Повышение концентрации циркония приводит к формированию гибридных материалов типа ядро/оболочка Zn_1-xZr_xO_1+2x/Zr_1-xZn_xO_2-x, состоящих из твердых растворов двух типов. Для Zn_1-xZr_xO_1+2x (0≤x≤0,8) сохраняется структура вюрцита. В системе Zr_1-xZn_xO_2-x стабилизируется композит на основе тетрагональной фазы t—ZrO₂. В области гомогенности Zr_1-xZn_xO_2—x при 0,1≤x≤0,3 однофазные твердые растворы с замещением части катионов циркония на цинк также имеют тетрагональную модификацию t—ZrO₂. Допирование цирконием ZnO способствует накоплению отрицательного заряда на поверхности частиц оксидного материала c увеличением отрицательного значения x-потенциала дисперсий, что связано с адсорбцией гидроксид-ионов из щелочных растворов. При допировании цинком ZrO₂ наблюдается общая тенденция к стабилизации поверхностного заряда в твердых растворах Zr_1-xZn_xO_2-x. При этом смещение значений x-потенциала дисперсий в область положительных значений наблюдается при переходе от твердых растворов к гибридным материалам t—Zr_1-xZn_xO_2-x/Zn_1-xZr_xO_1+2x, что будет способствовать седиментации объектов при извлечении их из зоны фотореактора.
Keywords: оксид циркония, оксид цинка, наногетероструктуры, синтез, прекурсоры, микроструктура, дзета-потенциал.

О.В. Девицкий
Современные методы получения тонких пленок GaAs_1-x-yN_xBi_y: обзор — стр. 636
Abstract: В настоящем обзоре описываются новейшие достижения в области получения тонких пленок твердых растворов GaAs_1-x-yN_xBi_y для потенциального применения в оптоэлектронике. Показано, что получение тонких пленок GaAs_1-x-yN_xBi_y возможно методами молекулярно-лучевой эпитаксии, газофазной эпитаксии из металлоорганических соединений и импульсного лазерного напыления и технологически осложнено прежде всего из-за достаточно большого числа параметров, влияющих на структурные свойства тонких пленок. Максимальная концентрацию висмута – 4,7% и азота – 2% в эпитаксиальной тонкой пленке удалось получить методом молекулярно-лучевой эпитаксии. Концентрация висмута линейно снижается при увеличении температуры подложки вплоть до 410°C при постоянном избыточном потоке атомов висмута, а при 350°C удалось вырастить тонкие пленки без капель висмута на поверхности. Также показано, что в GaAs_1-x-yN_xBi_y возможно упорядочение по типу CuPt, которое вероятно позволит управлять локальным атомным окружением атомов висмута и азота посредством дальнего химического упорядочения. Для тонких пленок GaAs_0,964N_0,018Bi_0,018 высокого структурного совершенства выращенных при 450°C методом газофазной эпитаксии из металлоорганических соединений, установлено уменьшение ширины запрещенной зоны при увеличении концентрации азота составляет 141 мэВ/% N. Хотя импульсное лазерное напыление в настоящее время позволяет получать поликристаллические плёнки GaAs_1-x-yN_xBi_y с относительно низким содержанием азота, оно обладает значительным потенциалом для дальнейшего развития и улучшение свойств GaAs_1-x-yN_xBi_y.
Keywords: GaAsNBi, тонкие пленки, III-V-N-Bi, молекулярно-лучевая эпитаксия, металлоорганическое химическое осаждение из паровой фазы, импульсное лазерное напыление.

Н.А. Клычков, В.В. Симаков, И.В. Синёв, А.М. Захаревич, В.В. Ефанова
Управление морфологией и проводимостью гексагональных наностержней ZnO с помощью термообработки для приложений газовой сенсорики — стр. 649
Abstract: В работе исследовано влияние температуры отжига (300-500°C) на электрофизические свойства наноструктурированных слоёв оксида цинка (ZnO), синтезированных золь-гель методом. Полученные образцы представляют собой ансамбль гексагональных наностержней. Проведённый количественный анализ морфологии выявил, что кинетика роста стержней в интервале температур от 300°C до 450°C подчиняется аррениусовской зависимости с энергией активации 0,35 эВ, что соответствует механизму, контролируемому поверхностной диффузией. Экспериментальные данные демонстрируют немонотонную зависимость проводимости от температуры отжига с выраженным минимумом при температуре от 350°C до 400°C. Установлено, что отжиг в течение пяти часов при температуре 400°C обеспечивает стабилизацию электронных характеристик с минимальным уровнем дрейфа проводимости 0,19%/ч. Наблюдаемый эффект объясняется конкуренцией двух процессов: уменьшением концентрации объёмных доноров (кислородных вакансий и междоузельных атомов цинка) и увеличением среднего размера кристаллитов при повышении температуры отжига, что приводит к формированию шунтирующих проводящих каналов. Зависимость стационарной проводимости образца ZnO в сухом воздухе от температуры отжига, рассчитанная в рамках модели плоских зон, удовлетворительно описывает экспериментальные данные. Полученные результаты открывают перспективы для направленного синтеза высокочувствительных и стабильных чувствительных элементов хеморезистивных датчиков газа на основе ZnO.
Keywords: оксид цинка, золь-гель синтез, термический отжиг, проводимость, газовый сенсор, наноструктурированные материалы.

А.Ю. Колосов, А.В. Первиков, Н.Ю. Сдобняков, К.Г. Савина, Д.Н. Соколов, Е.С. Митинев, Н.И. Непша
Исследование закономерностей структурообразования в пятикомпонентных наносистемах Ni-Cu-Fe-Co-Cr: атомистическое моделирование и эксперимент — стр. 658
Abstract: В данной работе исследованы структурные и термодинамические характеристики пятикомпонентных наночастиц эквиатомного и стехиометрического составов с различным распределением компонентов и исходными размерами 5,8 нм, 7,4 нм и 8,5 нм. Моделирование осуществлялось методом молекулярной динамики с использованием программ LAMMPS и MDSym. Получены зависимости температуры плавления и кристаллизации от размера наночастиц, выявлен выраженный размерный эффект. Показано, что для эквиатомных наночастиц характерна сегрегация меди на поверхности (до 65%), а для стехиометрических – до 75%. Получены данные о специфике фазового состава: для эквиатомных наночастиц преобладает локальная ГЦК-структура с дефектами ГПУ-типа, для стехиометрических – формирование пятизеренных дефектных структур. Результаты моделирования (радиальные распределения плотностей) сопоставлены с экспериментальными данными по наночастицам, полученным методом электровзрыва проволок, что подтвердило отдельные результаты в распределении компонентов по объему наночастицы и закономерностей поверхностной сегрегации.
Keywords: метод молекулярной динамики, LAMMPS, MDSym, потенциал сильной связи, пятикомпонентные наночастицы, никель, медь, железо, хром, кобальт, сегрегация, локальные плотности, высокоэнтропийный сплав, метод электровзрыва проволок, энергодисперсионный анализ.

А.Ю. Колосов, К.Г. Савина, Д.Н. Соколов, Н.И. Непша, Н.А. Шорохов, Д.А. Кравченко, Р.Е. Григорьев, Н.Ю. Сдобняков
Структура четырехкомпонентных наносплавов Ni-Cu-Fe-Co при термоиндуцированном воздействии: атомистическое моделирование — стр. 674
Abstract: Проведено комплексное исследование четырехкомпонентных наночастиц Ni-Cu-Fe-Co эквиатомного состава размером 5 нм. Моделирование производилось методом молекулярной динамики с применением потенциала сильной связи. Установлено, что данная наносистема обладает высокой стабильностью: кристаллизация происходила во всех случаях с образованием преимущественно локальной ГЦК-структуры, чередующейся с локальной ГПУ-структурой. При скорости охлаждения выше 0,5 К/пс доля локальной ГЦК-структуры снижалась на 5% за счет увеличения локальных ГПУ-областей и появления локальных включений ОЦК-окружения. При этом объемная доля ОЦК-решетки не превышала 2%. Показано, что рассматриваемые наносистемы склонны к формированию иерархических, лабиринтоподобных структур с выраженной сегрегацией меди на поверхность. Таким образом, установлено, что для четырехкомпонентных наночастиц Ni-Cu-Fe-Co эквиатомного состава характерно образование медной оболочки с включениями кобальта и железа.
Keywords: метод молекулярной динамики, LAMMPS, MDSym, потенциал сильной связи, четырехкомпонентные наночастицы, сегрегация, никель, медь, кобальт, железо, локальная плотность.

Е.Г. Корж, В.Э. Бурлакова
Коррозионная стойкость композиционных цинк-наноалмазных покрытий — стр. 687
Abstract: В работе методом гидродинамической кавитации получены наноалмазы ООО ТПК «Синтез». Синтезированные наноалмазы исследованы методом атомно-силовой микроскопии и в результате было установлено, что их частицы имеют форму близкую к сферической, а размер частиц по оси Z не превышает 10 нм, которые агломерируют и образуют более крупных структуры размером до 100 нм. Синтезированные наноламазы в виде коллоидных растворов концентрацией 0,5%, 1%, 3%, 5% и 7% использовали в электролите цинкования для получения композиционных цинк-наноалмазных покрытий. Полученные покрытия исследовали методами рентгенофазового анализа и сканирующей электронной микроскопии. Было доказано присутствие фазы углерода в составе композиционного цинкового покрытия, соответствующей алмазоподобной структуре. Установлено, что морфологические особенности поверхности цинк-наноалмазного покрытия значительно отличаются от морфологии поверхности цинкового покрытия, что выражено в отсутствии большого количества впадин и неровностей. Проведены испытания на коррозионную активность цинк-наноалмазных покрытия в 3% растворе хлорида натрия (NaCl). Определено, что композиционные цинк-наноалмазные покрытия обладают повышенной коррозионной стойкость в сравнении с цинковыми покрытиями, при этом скорость коррозии уменьшается на 42%.
Keywords: наноалмазы, цинковое покрытие, композиционное покрытие, цинк- наноалмазное покрытие, коррозия.

С.С. Налимова, З.В. Шомахов
Нанокомпозиты оксидов металлов с плазмонными наночастицами для фотокатализаторов и газовых сенсоров — стр. 696
Abstract: Увеличение поглощения света в видимой области модифицированных плазмонными наночастицами оксидов металлов делает их отличными материалами для фотокатализаторов и резистивных газовых сенсоров с оптической активацией. Рассмотрены фотокаталитические свойства нанокомпозитов плазмонных наночастиц с оксидами металлов. Проанализированы основные результаты исследования фотокаталитической активности разложения различных органических красителей. Влияние металлических наночастиц на фотокаталитические свойства объясняется формированием барьера Шоттки, а также эффектом локального поверхностного плазмонного резонанса (ЛППР). Роль барьера Шоттки, образующегося на границе металл-полупроводник, заключается в эффективном разделении и переносе носителей заряда внутренним электрическим полем. Увеличение эффективности фотодеградации красителей связано с разделением электронно-дырочных пар и снижением скорости рекомбинации. За счет ЛППР увеличивается поглощение света, что приводит к увеличению генерации активных носителей заряда. Обобщены результаты, полученные различными авторами, по исследованию отклика композитных структур оксидов металлов с плазмонными наночастицами, к окисляющим и восстанавливающим газам при различных экспериментальных условиях. Основной причиной увеличения отклика является увеличение концентрации адсорбированных ионов кислорода при переходе к ним фотогенерированных в плазмонных наночастицах электронов. Механизм влияния эффекта поверхностного плазмонного резонанса на свойства химических полупроводниковых газовых сенсоров и фотокатализаторов связан с процессами формирования барьера Шоттки при контакте благородного металла и полупроводника, прямого переноса электронов, локального усиления электрического поля и плазмонного резонансного переноса энергии.
Keywords: наночастицы, оксид металла, фотокатализаторы, газовые сенсоры, локализованный поверхностный плазмонный резонанс.

А.А. Остроушко, А.Е. Пермякова
Темплатный эффект при синтезе микро- и наноразмерных оксидных материалов и композиций на их основе в реакциях горения глицин- нитратных прекурсоров — стр. 712
Abstract: На основе имеющихся результатов экспериментальных исследований проведен анализ возможности проявления темплатного эффекта формирования анизометрических микро- и наноразмерных образований в оксидных и композитных системах. При синтезе микро- и наноразмерных оксидных (сложнооксидных) материалов, композиций на их основе, например, металл-оксидных, в реакциях
горения глицин-нитратных прекурсоров наблюдается темплатный эффект, способствующий формированию анизометрических (протяженных) частиц и их ансамблей. Помимо имеющихся фактов, описанных в литературе, когда возникает вышеназванная морфология (синтез гидроксидов и оксидов лантана, неодима, празеодима, гольмия, самария, иттрия, гадолиния, эрбия, европия), наличие подобного явления обнаружено как в системах, где синтезируются магнитные частицы (гексаферрит стронция), так и в других немагнитных материалах. При получении магнитных сложных оксидов эффект способствует получению высококоэрцитивных материалов. Вышеназванный эффект относится также к образцам бактерицидной композиции оксида алюминия с наночастицами серебра, полученной в реакциях горения. К возможным причинам формирования анизотропных образований можно отнести присутствие глицина, амфотерные молекулы которого, как цвиттер-ионы, способны к образованию упорядоченных пространственных структур, служащих темплатами при синтезе целевых фаз в реакциях горения.
Keywords: оксидные материалы, композиции, синтез с использованием солевых форм, морфология, органические компоненты, глицин.

В.А. Полухин, С.Х. Эстемирова
Механизмы упрочнения в металл-графеновых нанокомпозитах: влияние интерфейсов и аморфной матрицы — стр. 720
Abstract: Современные исследования металл-графеновых нанокомпозитов (таких как Al/G, Ni/G, Ti/G) демонстрируют их выдающиеся механические свойства при сочетании аморфной металлической матрицы с диспергированным графеном. Анализ литературных данных позволяет выделить два ключевых фактора, ответственных за повышенную прочность и термическую стабильность таких материалов: (i) образование гибридизованных металл-углеродных связей на границе раздела фаз и (ii) особые деформационные механизмы, включая активность зон сдвиговой трансформации и блокировку дислокаций на межфазных границах. Для аморфных сплавов решающую роль играет свободный объем, способствующий локальной реструктуризации и формированию упрочняющих нанофаз. Сравнительный анализ данных молекулярно-динамического моделирования и экспериментальных результатов показывает их хорошую согласованность, что подтверждает эффективность графена в качестве армирующей фазы. Полученные результаты позволяют рассматривать металл-графеновые нанокомпозиты как перспективное направление разработки новых материалов с улучшенными механико-тепловыми характеристиками, в том числе обеспечивающих работу в экстремальных условиях.
Keywords: графен, металлокомпозиты, аморфные сплавы, молекулярно-динамическое моделирование, деформационные механизмы, армирование, гибридизация связей, интерфейсные взаимодействия, механические свойства.

А.П. Прудченко, Я.А. Мороз, Н.С. Лозинский, О.Ю. Полякова, Ю.С. Протасевич, В.А. Глазунова, Г.К. Волкова, В.В. Бурховецкий
Полиоксовольфрамометаллаты 3d-металлов в синтезе гибридных углерод-минеральных наноматериалов CVD-методом — стр. 733
Abstract: В данной работе представлены результаты по оценке возможности получения гибридных углерод-минеральных наноматериалов методом каталитического химического осаждения углерода из газовой фазы с использованием комплексов полиоксовольфрамометаллатов с 3d-металлами общей формулы (NH₄)_X[PW₁₁O₃₉Me(L)]×nH₂O, где Ме – Fe, Co, Ni, Cu; L – H₂O, C6H₁₂N₄ (гексаметилентетрамин), как компонентов металлоксидных катализаторов роста углеродных нанотрубок, являющихся источником активных в каталитическом процессе частиц восстановленных металлов. Продукты синтеза исследованы методами просвечивающей электронной микроскопии и рентгенофазового анализа. Установлено, что даже при очень низком мольном отношении металл-носитель (0,03÷1) реализуется каталитический процесс с образованием углеродных нанотрубок. Показано, что независимо от качественного состава катализатора идет, также, накопление продукта
некаталитического потока – наноуглерода, формирующего гибридный супрамолекулярный углерод-углеродный комплекс в виде латеральных отложений графеноподобного углерода на внешней поверхности углеродных нанотрубок. По данным рентгенофазового анализа выделенных и очищенных продуктов синтеза с использованием, отличающихся по структуре полиоксовольфрамометаллатов на рентгеновских дифрактограммах, проявляются рефлексы при одних и тех же угловых положениях, что дает возможность предположить образование двух типов гибридных углерод-минеральных наноматериалов: углеродные нанотрубки-наноуглерод-оксиды вольфрама и наноуглерод-оксиды вольфрама.
Keywords: углеродные нанотрубки, металлоксидные катализаторы, полиоксовольфрамометаллаты, гибридные углерод-минеральные наноматериалы.

А.М. Пшуков, А.А. Кокоева, Ю.Ф. Якуба, А.З. Кашежев
Квантовые точки перовскита, легированные ионом неодима: синтез, оптические свойства — стр. 742
Abstract: В работе представлена разработка методики синтеза, структурная и оптическая характеристика, а также сравнительный анализ свойств коллоидных квантовых точек на основе галогенидных перовскитов, легированных ионами Nd ^³⁺ с 20% замещением ионов свинца. Нанокристаллы с контролируемым содержанием редкоземельного элемента были синтезированы методом горячей инжекции, что обеспечило получение стабильных коллоидных структур с заданным уровнем легирования. Структурный анализ с использованием автоэмиссионного сканирующего электронного микроскопа подтвердил поликристаллическую природу наночастиц с размером зерен от ~30 до 200 нм. Элементный состав соответствует исходным материалам, что свидетельствует о контролируемости процесса легирования. Квантовый выход фотолюминесценции составил 40%, что является высоким показателем для Nd-легированных перовскитных систем. Спектр излучения с максимумом при 458 нм демонстрирует выраженный синий сдвиг, обусловленный влиянием Nd ^³⁺ на ширину запрещённой зоны. Для получения достоверных спектральных данных рекомендуется использовать разбавленные дисперсии. Полученные результаты подтверждают эффективность предложенного подхода и открывают перспективы применения легированных перовскитных нанокристаллов в оптоэлектронике, фотонике и сцинтилляционных технологиях.
Keywords: перовскитные квантовые точки, неодим, легирование неодимом, синтез, световыход, элементный состав, морфология нанокристаллов, оптические свойства, квантовый выход, жидкий органический сцинтиллятор.

В.М. Скачков, К.И. Сабанин, И.С. Медянкина, Е.А. Богданова, Н.А. Сабирзянов
Изучение возможности автоклавного получения ультрадисперсного гидроксиапатита. Оценка влияния технологических параметров на состав конечного продукта — стр. 752
Abstract: В статье обсуждается технологически простой способ автоклавного получения ультрадисперсного
гидроксиапатита, пригодного для изготовления фармацевтических композиций, лекарственных средств и препаратов. Проведена термодинамическая оценка возможности протекания реакции в зависимости от соотношения исходных компонентов и технологических режимов. Экспериментально установлены температурный интервал, скорость подачи раствора фосфорной кислоты, оптимальные концентрации исходных компонентов, их стехиометрическое соотношение, обеспечивающее высокий выход конечного продукта и степень его чистоты. Продукты синтеза аттестованы с использованием современных физико-химических методов анализа. Контроль за составом конечного продукта осуществляли методом рентгенофазового анализа, дифференциально-термического анализа, морфологию поверхности продуктов синтеза оценивали посредством сканирующей электронной микроскопии, характеристики поверхности методом Брунауэра-Эммета-Теллера. На разработанный в результате работы технологический простой способ получения аморфного гидроксиапатита высокой степени чистоты получен патент.
Keywords: гидроксиапатит, синтез, автоклав, технологические параметры, биоматериалы.

З.В. Шомахов, С.С. Налимова, В.А. Мошников
Нанокомпозиты оксидов металлов с плазмонными наночастицами: синтез и диагностика — стр. 764
Abstract: Плазмонные наноструктуры на основе оксидов металлов, модифицированных наночастицами благородных металлов привлекают все большее внимание исследователей, работающих в областях фотодинамической терапии, биосенсоров, фотоники, оптоэлектроники, поверхностно-усиленной рамановской спектроскопии и катализа. При этом характеристики полученных нанокомпозитов определяются размерами наночастиц, зависящими от методов и условий синтеза. В данной работе проанализированы подходы к синтезу нанокомпозитов «плазмонные наночастицы – оксид металла». Рассмотрены методы, позволяющие получить металлические наночастицы на поверхности предварительно синтезированного оксида металла. К ним относятся различные способы осаждения из газовой фазы и из раствора. Выделена группа методов одностадийного синтеза нанокомпозитов, в которую входят вариации золь-гель метода и др. Проанализированы размер частиц, распределение частиц по размеру и однородность расположения металлических наночастиц в формируемых нанокомпозитах. Показаны возможности контроля взаимодействия компонентов в нанокомпозитах с помощью спектроскопии диффузного отражения по появлению полос поглощения, соответствующих плазмонным эффектам. Взаимодействие компонентов приводит к уменьшению ширины запрещенной зоны композитных материалов. Дополнительными методами диагностики являются рамановская спектроскопия и рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия, при этом анализируется изменение положения характерных пиков, а также метод зонда Кельвина в сканирующей зондовой микроскопии.
Keywords: плазмонные наночастицы, оксид металла, нанокомпозиты, синтез, оптическая спектроскопия.

А.Р. Эль Занин, С.В. Борознин, Н.П. Борознина, И.В. Запороцкова
О перспективах промышленного производства углеродных наноматериалов из угля — стр. 779
Abstract: В настоящей работе на основе актуальных статистических данных проведен анализ современного состояния отечественной угольной отрасли, описаны ключевые вызовы и риски, связанные как с общемировыми тенденциями, так и факторами внешнеэкономического давления. В качестве возможной меры поддержки рентабельности угледобычи, обеспечении социально-экономической устойчивости регионов, вовлеченных в данную сферу, предлагается рассмотреть производство углеродных наноматериалов из угля. Стремительно растущий рынок углеродных наноматериалов мог бы дать дополнительный стимул для развития наукоемких и высокотехнологичных производств на базе угольной промышленности. Были рассмотрены различные группы методов, позволяющие получать углеродные наноматериалы из угля, среди которых ультразвуковая жидкофазная эксфолиация, гидро- и сольвотермальный синтез, прямой химический синтез, предполагающий
отсутствие необходимости в применении энергозатратных процессов, механохимическая активация,
электродуговой и плазмохимический методы, химическое осаждение из газовой фазы. В рамках рассмотрения каждого из подходов приведено подробное описание методик, позволяющих получать самые различные углеродные наноматериады: углеродные квантовые точки, графен, углеродные
нанотрубки, фуллерены. В заключении на основе сведений проведенного обзора выделены наиболее экономически целесообразные производственные стратегии как в краткосрочной, так и в долгосрочной перспективе.
Keywords: уголь, углеродные квантовые точки, графен, углеродные нанотрубки, фуллерены, способы получения.

Д.П. Бернацкий, В.Г. Павлов
Идентификация кластеров щелочных металлов с помощью полевой десорбции — стр. 795
Abstract: Исследовано образование кластеров из атомов калия и цезия на поверхности кристаллов вольфрама и рения. Исследование проводилось с помощью методов полевой электронной, полевой десорбционной микроскопии и времяпролетного масс-анализа десорбируемых электрическим полем ионов. Для определения масс производилась десорбция адсорбированных на поверхности образца частиц высоковольтным импульсом длительностью несколько наносекунд и измерение времени пролета иона от образца до детектора. Эксперименты проводились в сверхвысоком вакууме (p < 10^-9 Torr). Атомы щелочных металлов на поверхность вольфрамового и рениевого полевых эмиттеров наносились из внешнего напылителя. В результате измерений были зафиксированы не только одноатомные ионы щелочных металлов, но и ионы кластеров, в которых содержалось до семи атомов. Количество ионов каждой массы зависело от напряженности электрического поля на образце. С ростом напряженности количество одноатомных ионов сначала немного растет, а затем резко уменьшается. Для кластерных ионов наблюдалась противоположная зависимость. При увеличении напряженности электрического поля количество кластерных ионов уменьшается, а затем возрастает. Описанные закономерности, вероятно, связаны с перемещением зоны полевой десорбции, и, соответственно, области идентификации кластеров по поверхности образца в форме острия. Количество десорбированных кластерных ионов отражает распределение кластеров по поверхности образца. При меньшей напряженности электрического поля на образце ионы десорбируются с области вблизи вершины острия. Эта область состоит из плотноупакованной кристаллической плоскости и широких ступеней, окружающих эту плоскость. При повышении напряженности зона десорбции расширяется, проходит через скругленную область поверхности между плоскими гранями и количество кластерных ионов падает. Затем, полевая десорбция начинается с боковых граней и ступеней, и растет количество десорбируемых ионных кластеров. Таким образом, можно предположить, что кластеры преимущественно образуются и располагаются на поверхности со ступенями плотноупакованных плоскостей.
Keywords: адсорбция, цезий, калий, вольфрам, рений, электрическое поле, ионы.

А.В. Блинов, Е.Д. Назаретова, З.А. Рехман, М.А. Пирогов, А.В. Самоволов, Д.Б. Голик
Синтез и исследование дисперсных характеристик наночастиц селена, стабилизированных октадецилтриметиламмония бромидом — стр. 805
Abstract: В рамках данной работы была проведена оптимизация синтеза и исследование дисперсных характеристик наночастиц селена, стабилизированных октадецилтриметиламмония бромидом, а также проведено исследование агрегативной устойчивости полученных наночастиц от активной кислотности pH среды. На первом этапе проводилось квантово-химическое моделирование процесса взаимодействия наночастиц селена, стабилизированных октадецилтриметиламмония бромидом, в результате которого установлено, что добавление октадецилтриметиламмония бромида формирует энергетически выгодное и химически стабильное взаимодействие. Взаимодействие октадецилтриметиламмония бромида с селеном проходит через четвертичную аминогруппу, является энергетически выгодным (ΔE > 2399 ккал/моль) и химически стабильным (0,031 ≤ η ≤ 0,057 эВ). Синтез проводили методом химического восстановления в водной среде. Готовили раствор селенистой кислоты и октадецилтриметиламмония бромида при постоянной температуре и перемешивании, отдельно готовили раствор восстановителя – селенистой кислоты и приливали к раствору прекурсора со стабилизатором. Оптимизацию синтеза проводили при помощи матрицы планирования эксперимента с вариацией концентраций параметров системы. Образцы исследовали методами фотонной корреляционной спектроскопии и акустической электронной спектроскопии. В
результате исследований было установлено, что оптимальный образец имеет средний гидродинамический диаметр, равный 36 нм, и значение ζ-потенциала – 46 мВ. Затем проводили исследование коагуляционной устойчивости наночастиц селена, стабилизированных октадецилтриметиламмония бромидом, по отношению к изменению активной кислотности pH среды. Для проведения исследования предварительно готовили буферные растворы со значениями pH от 1,81 до 11,98. Полученные образцы наночастиц селена, стабилизированные октадецилтриметиламмония бромидом, смешивали с буферными растворами в соотношении 1:1. В результате исследований полученных образцов было установлено, что изменение активной кислотности pH среды не оказывает значительного влияния на значения среднего гидродинамического диаметра и ζ-потенциала образцов на любом участке выбранного диапазона pH среды.
Keywords: наночастицы селена, октадецилтриметиламмония бромид, акустическая электронная спектроскопия, фотонная корреляционная спектроскопия, оптимизация синтеза.

А.А. Гайдаш, А.И. Кулак, В.К. Крутько, О.Н. Мусская, К.В. Скроцкая, Е.Н. Крутько
Морфологические особенности распада и восстановления фибриллярного коллагена, полученного ацетатной экстракцией из сухожильных оболочек — стр. 815
Abstract: В гидролизатах сухожильных оболочек, полученных ацетатной экстракцией паравертебральных
сухожилий лабораторных крыс, установлены стадии распада и репаративной регенерации фибриллярного коллагена. Показано, что коллагеновый материал разрушается по механизму спинодального распада. При этом основные анатомические фракции (сухожильная, сесамоидные островки) проявляют различную чувствительность к действию кислотного агента – наиболее устойчивы сесамоидные островки, что может быть обусловлено присутствием в экстрафибриллярном матриксе протеогликанов, устойчивых к ацетатному стрессу. Механизмы ассамблирования фибриллярного коллагена соответствуют принципу его иерархической организации. На мезоразмерном уровне преимущественными механизмами самосборки являются слияние «бок в бок» и «кончик в кончик», а конечными формами являются уни- и биполярные микрофибриллы. На наноразмерном уровне структурным механизмом роста фибриллярного коллагена является закручивание спиралей микрофибрилл преимущественно влево по мере созревания. На нанометровом уровне развитие фибрилл осуществляется по механизму интеркалярного роста с формированием разветвленных супрамолекулярных образований.
Keywords: фибриллярный коллаген, ацетатный гидролиз, ассамблирование по механизмам «бок в бок», «кончик в кончик», интеркалирование.

И.Е. Глазов, А.Е. Дорошенко, В.К. Крутько, О.Н. Мусская, А.И. Кулак
Влияние ванадат-ионов на химическое осаждение гидроксиапатита — стр. 822
Abstract: Ионные формы V⁺⁵ являются перспективным модифицирующим агентом для гидроксиапатита, наделяющие биоматериал повышенной растворимостью и антибактериальной активностью. Исследовано формирование ванадат-замещенных гидроксиапатитов в условиях осаждения из VO₃^–, HPO₄^2–-содержащих растворов с pH 10 при созревании в течение 4 сут. Показано, что V⁺⁵ в апатитной структуре представлен V₂O₇^4–, VO₄^3–-ионами, для которых характеристическими являются полосы на спектрах комбинационного рассеяния при 920-917см^–1 и 897-882, 873-862, 390-367 см^–1 соответственно. Во всем исследованном диапазоне отношений [V]/[P] от 1/8 до 1/1 происходит внедрение VO₄^3–-ионов в апатитную структуру за счёт изоморфизма с апатитными PO₄^3–-ионами. В условиях осаждения при [V]/[P]≥1/4 в апатитную структуру внедряются V₂O₇^4–-ионы, преобладающие в реакционной среде с pH 10. Присутствие V₂O₇^4–-ионов обуславливает отклонение отношения Ca/(V+P) апатитов от стехиометрического значения 1,67 до 1,50 и способствует уменьшению размера формирующихся апатитных кристаллитов от 14 нм до 6 нм. Прогрев при 800°C ванадат-замещенных гидроксиапатитов с отношением Ca/(V+P)<1,67 сопровождается удалением V₂O₇^4–-ионов из апатитной структуры с образованием гидроксиапатита и трикальцийфосфат-ванадата.
Keywords: ванадат-гидроксиапатит, ванадат-ионы, диванадат-ионы, аморфизированный апатит, спектроскопия комбинационного рассеяния.

О.А. Голованова, С.В. Симонов
Состав, свойства и особенности желчных камней из организма человека — стр. 831
Abstract: Проведено исследование состава, свойств и особенностей желчных камней, извлеченных из организма человека. Установлен с помощью набора физико-химических методов химический состав и свойства желчных камней, что может способствовать более глубокому пониманию механизмов их образования, которые до сих пор не известны. Рентгенофазовый анализ показал, что исследуемые камни являются смешанными, с преобладанием холестерина в их составе. Особое внимание уделено обнаружению фосфата кальция, что может быть ключевым фактором в понимании патогенеза желчнокаменной болезни, ранее данное соединение не было выявлено в составе желчных камней разных коллекций. Для подтверждения группового состава камней использована инфракрасная Фурье спектроскопия, с помощью которой обнаружен билирубин, представленный в виде билирубината натрия. Кроме того, методом фотонной корреляционной спектроскопии был определен средний гидродинамический радиус частиц нанопорошков из камней в исследуемой коллекции, что дало возможность оценить их размерные характеристики. В рамках исследования также проведено избирательное растворение нанопорошков из камней с целью выявления наиболее эффективного растворителя, что имеет практическое значение для понимания свойств и методов лизиса. Результаты работы открывают новые горизонты для дальнейших исследований в области бионеорганической нанохимии.
Keywords: желчные камни, состав, механизмы образования, холестерин, деградация, гидродинамический радиус.

А.Н. Заритовский, Е.Н. Котенко, С.В. Грищук
Влияние параметров процесса микроволнового каталитического пиролиза целлюлозы на синтез углеродных наноструктур — стр. 841
Abstract: Углеродные наноматериалы благодаря их уникальным характеристикам и разнообразным приложениям представляют собой ключевой компонент развивающихся нанотехнологий. Получение углеродных наноструктур на основе биомассы рассматривается в качестве актуального направления исследований. Лигноцеллюлозные материалы являются распространенными возобновляемыми ресурсами, богатыми углеродом, и обладают достаточно высоким потенциалом для преобразования в ценные углеродные наноматериалы с помощью различных методов и технологий. Микроволновой пиролиз характеризуется как процесс термохимической конверсии биомассы с улучшенной энергоэффективностью и быстрым нагревом. В работе исследован каталитический синтез углеродных нанотрубок, сопровождающий микроволновой пиролиз целлюлозосодержащего сырья с использованием катализаторов, представляющих собой модифицированный металлами графит. Установлено, что для получения многостенных углеродных нанотрубок оптимальное содержание металлов в катализаторе составляет 23-32%. Эксперименты по изучению влияния времени микроволновой обработки на синтез углеродных наноструктур продемонстрировали, что образование углеродных нанотрубок происходит в основном в течение первых 3 минут воздействия сверхвысокочастотного электромагнитного излучения. Показана возможность оказывать направленное влияние на структуру и морфологию формирующихся углеродных наноматериалов, изменяя параметры синтеза. Продукты микроволнового пиролиза целлюлозы охарактеризованы методами просвечивающей электронной микроскопии и рентгенофазового анализа.
Keywords: углеродные нанотрубки, синтез, целлюлоза, микроволновой пиролиз, композитные металл-углеродные катализаторы.

Н.С. Кожевникова, Е.А. Богданова, В.М. Скачков, И.В. Бакланова, А.П. Тютюнник, Л.Ю. Булдакова, М.Ю. Янченко
In-situ модифицирование наноструктурированного гидроксиапатита наночастицами CdS — стр. 851
Abstract: В статье обсуждается возможность получения функциональных композиционных материалов, обладающих выраженными фотокаталитическими свойствами. Разработан гибридный композиционный материал путем in-situ модифицирования наноструктурированного гидроксиапатита, полученного осаждением из раствора, частицами сульфида кадмия. Исходные компоненты и синтезированные образцы были аттестованы с использованием современных физико-химических методов анализа: рентгенофазовый анализ, энергодисперсионный рентгеновский анализ, спектроскопия комбинационного рассеяния, сканирующая электронная микроскопия, метод Брунауэра-Эммета-Теллера. Исследованы функциональные характеристики разработанных композиционных материалов на основе гидроксиапатита и сульфида кадмия, в частности, фотокаталитическая активность под действием ультрафиолетового или видимого излучения. Эффективность использования разработанного композиционного материала в качестве фотокатализатора оценивали по скорости окисления n-дигидроксибензола (гидрохинона). На основании полученных экспериментальных данных рассчитаны значения констант скорости реакции фотокаталитического окисления гидрохинона и времени его полупревращения при различных условиях. Доказано, что разработанный композиционный материал на основе наноразмерных сульфида кадмия и гидроксиапатита, обладает выраженными каталитическими свойствами и является перспективным материалом для использования в качестве фотокатализатора. На разработанный композиционный материал подана заявка на патент.
Keywords: сульфид кадмия, химическая конденсация из водных растворов, гидроксиапатит, композиционный материал, гидрохинон, фотокатализ.

А.А. Проворкина, О.А. Голованова
Структурно-кинетические аспекты растворения гидроксиапатита и брушита в молочной кислоте — стр. 865
Abstract: Современная стоматология и регенеративная медицина сталкиваются с проблемой контролируемого удаления патологических кальций-фосфатных отложений и создания биосовместимых материалов для восстановления тканей. В данной работе представлено комплексное исследование взаимодействия молочной кислоты с брушитом и гидроксиапатитом, имеющее важное значение для разработки методов деминерализации зубных отложений и создания резорбируемых имплантатов. Исследование проводилось с использованием современных методов анализа: потенциометрия с Ca-селективным электродом, рентгенофазовый анализ, термогравиметрический анализ и инфракрасная спектроскопия. Особое внимание уделено термодинамическому моделированию процессов растворения с расчетом энергии Гиббса (ΔG° = -61,8 кДж/моль). Ключевые результаты показали, что эффективность растворения фосфатов кальция критически зависит от pH среды: при pH < 4 преобладает протонированная форма молочной кислоты, обеспечивающая активное взаимодействие, тогда как при pH > 8,2 процесс практически прекращается. Термический анализ выявил образование пирофосфата кальция (Ca_₂P_₂O_₇), значимого для разработки биокерамических материалов, при 400-800°C. Полученные данные открывают новые возможности для создания pH-контролируемых систем управления деминерализацией и разработки биоматериалов с программируемой резорбцией. Исследование имеет важное прикладное значение для стоматологии (удаление зубного камня) и регенеративной медицины (костные имплантаты).
Keywords: гидроксиапатит, брушит, монетит, молочная кислота, деградация.

К.И. Сабанин, В.М. Скачков, Е.А. Богданова, Н.А. Сабирзянов
Исследование физико-химических свойств композиционных материалов на основе гидроксиапатита при допировании его индивидуальными веществами и их комбинациями — стр. 875
Abstract: В работе изучено влияние армирующих добавок оксидов титана и циркония, как в индивидуальном порядке, так и при их совместном воздействии, на физико-химические свойства дисперсно-упрочненных композиционных материалов на основе наноразмерного гидроксиапатита, полученного осаждением из раствора, при последующей термообработке в широком интервале температур: 25-1200°С. Исследуемые композиционные материалы были получены посредством механохимического синтеза при одновременном смешении и измельчении материалов. Синтезированные образцы аттестованы методами рентгенофазового, дифференциального термического и дисперсионного анализа. Показано влияние качественного и количественного состава композиционного материала на протекание процессов спекания, прочностные характеристики и морфологию исследуемых образцов. Экспериментально установлено, что введение армирующих добавок, как в индивидуальном виде, так и в случае их комбинации, позволяет термически стабилизировать материал вплоть до температур ~1200°С, сохранив постоянный фазовый состав, предотвратив разложение гидроксиапатита на трикальций фосфат.
Показано, что присутствие диоксида циркония в составе образца позволяет значительно повысить предел прочности материала на сжатие. Но вместе с тем установлено, что совместное присутствие оксидов титана и циркония в керамическом материале приводит к снижению микротвердости композита, что в случае данных добавок делает более перспективным использование двойных композитов в качестве материалов медицинского назначения.
Keywords: гидроксиапатит, нестехиометрический оксид титана, диоксид циркония, композиционные биоматериалы, микротвердость.

Д.Д. Филиппов, А.А. Нагдалян, А.В. Блинов, З.А. Рехман, А.Б. Голик, М.А. Пирогов, Д.Б. Голик
Исследование процесса стабилизации наночастиц оксида кобальта (II, III) алкилдиметилбензиламмония хлоридом — стр. 887
Abstract: В данной работе образцы наночастиц оксида кобальта (II, III), стабилизированных алкилдиметилбензиламмония хлоридом, получали методом химического осаждения в водной среде. Данный материал имеет широкий спектр применений в электронике, сельском хозяйстве и медицине ввиду своих магнитных, антибактериальных и проводниковых свойств. Были проведены исследования методами рентгенофазового анализа, сканирующей электронной микроскопии инфракрасной спектроскопии, а также квантово-химическое моделирование взаимодействия алкилдиметилбензиламмония хлорида и наночастиц оксида кобальта (II, III). В ходе исследования фазового состава установлено, что полученный образец обладает кубической кристаллической решеткой с пространственной гранецентрированной группой. Исходя из анализа микроструктуры установлено, что образец формируется из агломератов неправильной формы размерами от 8 до 47 мкм, состоящих из наночастиц сферической формы диаметром от 50 до 75 нм. В результате компьютерного квантово-химического моделирования установлено, что взаимодействие наночастиц
оксида кобальта (II, III) с алкилдиметилбензиламмония хлоридом является энергетически выгодным и химически стабильным и происходит через катион азота, что подтверждают результаты инфракрасной спектроскопии. Анализ полученных спектров показал, что взаимодействие оксида кобальта (II, III) с алкилдиметилбензиламмония хлоридом происходит в области 1522 – 1630 см^-1 через ионизированную аминогруппу NH₂⁺.
Keywords: наночастицы, оксид кобальта (II, III), алкилдиметилбензиламмония хлорид, стабилизация, компьютерное квантово-химическое моделирование.

А.В. Шергин, П.К. Шидловская, Е.А. Белая, В.В. Фадеев
Подбор оптимальных условий ионообменного синтеза нанопорошков алюмоиттриевого граната на катионообменной матрице — стр. 898
Abstract: В данной работе представлен ионообменный метод синтеза порошков алюмоиттриевого граната с использованием синтезированного катионообменного материала на основе сульфированного полистирола. Данный материал получен методом гетерогенного сульфирования полистирола с
использованием концентрированной серной кислоты. Определены оптимальные условия проведения синтеза, а именно: количество необходимого катионообменного материала, время выдержки в растворе, содержащем катионы Y³⁺ и Al³⁺, условия термообработки. Установлено, что соблюдение данных условий позволяет получать монофазные продукты с максимальным выходом. При отклонении от оптимальных условий конечный продукт загрязнен остатками органической матрицы и промежуточным продуктом Y₄Al₂O₉. Методами порошковой рентгенографии определен фазовый состав полученных образцов, который отвечает структуре граната с пространственной группой симметрии Ia3d. В работе представлены исследования морфологии поверхности частиц и определены размеры частиц порошка методом сканирующей электронной микроскопии. Образцы представляют собой наночастицы хлопьевидной формы, размер частиц варьируется от 30 до 100 нм, частично агрегированные в кластеры размерами от 1 до 10 мкм.
Keywords: ионообменный синтез, алюмоиттриевый гранат, оптические материалы, нанопорошки, катионообменный материал, органическая матрица, сульфированный полистирол.

Л.С. Элбакян, И.В. Запороцкова
Исследование влияния борных примесей замещения в углеродных нанотрубках на процесс взаимодействия полиметилметакрилата с бороуглеродными нанотрубками — стр. 906
Abstract: Проведен анализ влияния борных примесей на адсорбционную активность модифицированных бором углеродных нанотрубок в отношении метилметакрилата. Исследование по адсорбции метилметакрилата может внести вклад в понимание механизмов сорбции и помочь в разработке новых функциональных материалов. Для полноты картины в рамках исследования изучено влияние концентрации бора (от ~16% до 50%) на конечные свойства композита. Для прогнозирования возможности создания стабильного комплекса «полимер-углеродная нанотрубка» выполнено теоретическое исследование с применением квантово-химического метода функционала плотности. Результаты сравнивались с ранее полученными результатами исследования чистых углеродных нанотрубок со структурной единицей метилметакрилата. Установлено, что молекулы полиметилметакрилата адсорбируются на поверхности бороуглеродной нанотрубки с значительно большей энергией (~45-50%), чем на чистой углеродной нанотрубке. Результаты расчётов электронной структуры и электростатических потенциалов показали, что в ходе взаимодействия между бороуглеродной нанотрубкой и мономером метилметакрилата происходит значительное перераспределение электронной плотности. Это выражается в увеличении положительного заряда на атоме бора и росте отрицательного заряда на карбонильном кислороде мономера, что свидетельствует о возникновении сильного донорно-акцепторного и кулоновского притяжения между ними. В результате было смоделировано строение комплекса бороуглеродной нанотрубки с метилметакрилатом. Его устойчивость обеспечивается физической адсорбцией, сопровождающейся значительным кулоновским вкладом. Таким образом, бороуглеродные нанотрубки, будучи полупроводниками p-типа, могут обеспечить лучший контроль над электропроводностью композита и создать новые пути для применения в гибкой электронике и сенсорах. Также можно ожидать существенного увеличения прочности на разрыв, модуля упругости и ударной вязкости композита при одинаковой степени наполнения благодаря эффективной передаче нагрузки с полимерной матрицы на армирующие бороуглеродные нанотрубки.
Keywords: полиметилметакрилат, бороуглеродные нанотрубки, полимерные нанокомпозиты, метод функционала плотности, адсорбционное взаимодействие, электростатический потенциал.

К.В. Сулиз, А.В. Пустовалов, А.В. Первиков
Кристаллическая структура и дисперсный состав наночастиц многокомпонентного (NiCoCrFeAl)_xO_y оксида, полученных совместным электрическим взрывом проволочек — стр. 916
Abstract: Образцы наночастиц (NiCoCrFeAl)_xO_y с содержанием алюминия 18, 30 и 35 ат.% получены совместным электрическим взрывом проволок в атмосфере Ar + 25 мол.% O₂. Установлено, что при совместном электрическом взрыве проволок, содержащих указанные металлы от 5 до 35 ат.%, формируются сферические наночастицы c преобладающей кристаллической структурой, соответствующей шпинели. Содержание в образцах фазы каменной соли уменьшается с увеличением содержания алюминия в продуктах взрыва. Параметр решетки фазы шпинели уменьшается с 8,251 до 8,182 Å при увеличении содержания алюминия в продуктах взрыва с 18 до 35 ат.%. Данные энергодисперсионного анализа свидетельствуют об однородном распределении металлов в объеме наночастиц. На примере получения наночастиц (NiCoCrFeAl)_xO_y с заданной кристаллической структурой, показана необходимость учета не только соотношения металлов в продуктах взрыва проволок, но и термодинамических условий формирования наночастиц, которые определяются величиной давления и теплопроводностью буферного газа.
Keywords: многокомпонентные оксиды, наночастицы, электрический взрыв проволок, просвечивающая электронная микроскопия, энергодисперсионный анализ, рентгенофазовый анализ.