Автор: norAdmin

С.С. Старухина¹, Т.С. Ильина¹, А.С. Быков¹, Н.А. Каланда², А.В. Петров², Д.А. Киселев^1
1 ФГАОУ ВО «Национальный исследовательский технологический университет «МИСИС»
² ГО «НПЦ НАН Беларуси по материаловедению»

Аннотация: 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.
Ключевые слова: пленки ферромолибдата стронция, сканирующая зондовая микроскопия, вольт-амперные характеристики, магнитно-силовая микроскопия

В.В. Столяров
ФГБУН «Институт машиноведения им. А.А. Благонравова РАН»

Аннотация: 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.
Ключевые слова: 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. Сулиз¹, В.В. Шмаков¹, А.В. Первиков¹, Н.Ю. Сдобняков^2
1 ФГБУН Институт физики прочности и материаловедения СО РАН
² ФГБОУ ВО «Тверской государственный университет»

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

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

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

Н.П. Углев¹, С.Н. Углев^2
1 ФГАОУ «Пермский национальный исследовательский политехнический университет»
² ООО «Информационные технологии-Поволжье»

Аннотация: 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.
Ключевые слова: металлический расплав, расслоение, диффузия, второй механизм массопереноса в металлических расплавах, межфазное течение

Д.В. Жигунов, А.А. Романов, В.М. Самсонов
ФГБОУ ВО «Тверской государственный университет»

Аннотация: 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.
Ключевые слова: бинарные наночастицы Ag-Cu и Ni-Cr, поверхностная сегрегация, термодинамическое моделирование, уравнение Ленгмюра-Маклина, теплота сегрегации

В.Г. Кульков, Д.Ш. Норов
ФГБОУ ВО «Национальный исследовательский университет «Московский Энергетический Институт» в городе Волжском

Аннотация: 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.
Ключевые слова: нанокристаллические и ультрамелкозернистые материалы, диффузия, внутреннее трение, энергия активации, время релаксации

Р.А. Магомедов, Э.Н. Ахмедов
Институт проблем геотермии и возобновляемой энергетики – филиал ФГБУН Объединённого института высоких температур РАН

Аннотация: 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.
Ключевые слова: 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
ФГБОУ ВО «Уфимский университет науки и технологий»

Аннотация: 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.
Ключевые слова: субнаноразмерный кластер, диоксид титана, теория функционала плотности, ab initio молекулярная динамика, магнитная восприимчивость

А.В. Твардовский
ФГБОУ ВО «Тверской государственный технический университет»

Аннотация: 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.
Ключевые слова: адсорбция, адсорбент, изотерма адсорбции, калориметрическая теплота адсорбции, адсорбционная деформация адсорбента, дилатометрический метод