Автор: norAdmin

Д.Д. Филиппов, А.А. Нагдалян, А.В. Блинов, З.А. Рехман, А.Б. Голик, М.А. Пирогов, Д.Б. Голик
ФГАОУ ВО «Северо-Кавказский федеральный университет»

Аннотация: 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⁺.
Ключевые слова: наночастицы, оксид кобальта (II, III), алкилдиметилбензиламмония хлорид, стабилизация, компьютерное квантово-химическое моделирование

А.В. Шергин¹, П.К. Шидловская¹, Е.А. Белая¹, В.В. Фадеев^2
1 ФГБОУ ВО «Челябинский государственный университет»
² ФГАОУ ВО «Южно-Уральский государственный университет (Национальный исследовательский университет)»

Аннотация: 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.
Ключевые слова: ионообменный синтез, алюмоиттриевый гранат, оптические материалы, нанопорошки, катионообменный материал, органическая матрица, сульфированный полистирол

Л.С. Элбакян, И.В. Запороцкова
ФГБОУ ВО «Волгоградский государственный университет»

Аннотация: 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.
Ключевые слова: полиметилметакрилат, бороуглеродные нанотрубки, полимерные нанокомпозиты, метод функционала плотности, адсорбционное взаимодействие, электростатический потенциал

К.В. Сулиз, А.В. Пустовалов, А.В. Первиков
ФГБУН Институт физики прочности и материаловедения СО РАН

Аннотация: 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.
Ключевые слова: многокомпонентные оксиды, наночастицы, электрический взрыв проволок, просвечивающая электронная микроскопия, энергодисперсионный анализ, рентгенофазовый анализ

З.А. Ахматов^1,2, А.Х. Хоконов^2,3, И.Н. Сергеев^2
1 ФГБОУ ВО «Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М. Бербекова»
² ФГБУН «Институт ядерных исследований РАН»
³ «Кабардино-Балкарский научный центр РАН»

Аннотация: 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.
Ключевые слова: высокоориентированный пиролитический графит, электрофизические свойства, постоянная Холла, щелочные металлы, интеркаляция, двухзонный метод, спектроскопия комбинационного рассеяния

И.В. Бакланова, В.Н. Красильников, Я.В. Бакланова
ФГБУН «Институт химии твердого тела Уральского отделения РАН»

Аннотация: 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.
Ключевые слова: иттербий-алюминиевый гранат, эрбий, прекурсорный синтез, люминесценция, апконверсия

С.В. Белибихин, Н.Н. Конобеева
ФГАОУ ВО «Волгоградский государственный университет»

Аннотация: 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.
Ключевые слова: углеродные нанотрубки, полимер, предельно короткие лазерные импульсы, оптическая анизотропия

Л.А. Бобрева^1,2, Н.В. Сидоров¹, А.Ю. Пятышев³, М.Н. Палатников¹, М.К. Тарабрин⁴, А.А. Бушунов^4
1 Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И.В. Тананаева – обособленное подразделение ФГБУН Федерального исследовательского центра «Кольский научный центр Российской академии наук»
² ФГАОУ ВО «Мурманский арктический университет»
³ ФГБУН «Физический институт им. П.Н. Лебедева РАН»
⁴ Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана

Аннотация: 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.
Ключевые слова: 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
ФГБОУ ВО «Тверской государственный университет»

Аннотация: 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.
Ключевые слова: титанат бария, гистерезисные свойства, переключаемая поляризация, диэлектрическая проницаемость, диэлектрическая вязкость, доменная структура

И.Н. Егоршин¹, В.И. Иванов^2
1 ФГБОУ ВО «Тихоокеанский государственный университет»
² ФГБОУ ВО «Дальневосточный государственный университет путей сообщений»

Аннотация: 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.
Ключевые слова: осаждение наночастиц, давление света, наносуспензии, седиментационный профиль, модель жестких сфер, фотонные кристаллы, оптическая диагностика