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


ФХ-2021


Формирование нового алмазоподобного бислоя на основе графена 5-7

Аннотация: Выполнены первопринципные расчеты структуры и свойств орторомбического графена L5-7 и нового алмазоподобного бислоя, формируемого на его основе. Расчеты методом теории функционала плотности показали, что графен L5-7, состоящий из топологических дефектов Стоуна-Уэльса, должен устойчиво существовать при нормальных условиях, и его структура должна волнообразно гофрироваться. При сильном одноосном сжатии бислойного графена L5-7 может происходить формирование нового алмазоподобного бислоя DL5-7. Давление фазового перехода «L5-7 → DL5-7» составляет 10,1 ГПа, когда межслоевое расстояние в бислойном графене уменьшается до 1,61 Å. Этот бислой имеет орторомбическую кристаллическую решетку (pbam) с параметрами a=10,145 Å и b=5,270 Å. Элементарная ячейка бислоя DL5-7 pbam содержит 32 атома углерода. Длины связей изменяются в интервале от 1,5590 до 1,6226 Å, тогда как углы между связями принимают значения от 89,62 до 140,8°. Структура алмазоподобного бислоя должна быть стабильна до 270 К. Рассчитанные значения поверхностной плотности и разностной полной энергии этого бислоя относительно полной энергии алмаза равны  1,19·10-5  г/см2 и 1,31 эВ/атом, соответственно. Бислой DL5-7 pbam должен быть полупроводником с шириной прямой запрещенной зоны 1,63 эВ.

Термоиндуцированные доменные процессы в хромсодержащих кристаллах триглицинсульфата

Аннотация: В работе представлены результаты исследований термоиндуцированных доменных процессов в хромсодержащих кристаллах триглицинсульфата. Показано, что изменение температуры кристаллов ТГС:Cr3+ в отсутствие внешних электрических полей сопровождается перестройкой доменной структуры, которая наиболее интенсивно происходит в области фазового перехода. Деполяризующее поле величиной ~1,4·105 В∙м-1, которое порождается градиентным изменением температуры образца, вызывает процесс переключения его доменной структуры. В неотожженных кристаллах при концентрациях примеси, превышающих 5·10-3 вес. % процессы переключения затруднены, а интенсивность термоиндуцированных доменных процессов существенно ниже аналогичных для образцов с меньшим содержанием примеси. На интенсивность процессов переключения кристаллов ТГС :Cr3+ существенное влияние оказывает скорость их нагревания. Зависимости интегрального числа скачков переполяризации от скорости нагревания образцов  N=f (V)  носят экстремальный характер. Экстремумы кривых  N= f (V) лежат в интервалах скоростей (0,2—0,8) K·c-1. Доменная структура кристаллов ТГС :Cr3+ состоит из матрицы основного домена, линзовидных и ламелеобразных доменов. Под воздействием электронного пучка наблюдается эволюция доменной структуры, сопровождающаяся ростом доменов, их слиянием и переключением образца. Высокотемпературный отжиг кристаллов приводит к их полидоменизации.

Вискозиметрия нанодисперсных магнитных жидкостей и смазочных масел. 2. Метрологический анализ прибора для реологических исследований магнитных нанодисперсных жидких сред

Аннотация: Проведен анализ основных источников методических погрешностей магнитного ротационного вискозиметра, позволивший усовершенствовать конструкцию и исключить критические режимы исследований. Теоретическая оценка систематической погрешности прибора показала, что значение относительной ошибки измерений можно довести до значения менее 1%. Наибольший вклад в систематическую погрешность прибора вносит нестабильность температурного режима исследуемой наножидкости и неточность определения высоты слоя жидкости, контактирующего с измерительным цилиндром. Измерение вязкости эталонных жидкостей на магнитном вискозиметре показало, что экспериментальные значения незначительно, примерно на 0,9% завышены. Тарировка прибора на различных эталонных жидкостях позволила снизить суммарную ошибку измерений до десятых долей процента. Магнитный ротационный вискозиметр может найти применение при нестандартных научных исследованиях структуры и реологических характеристик наножидкостей, для оперативного контроля процессов синтеза магнитных жидкостей и аттестации магнитных наножидкостей, предназначенных для технического применения.

Вискозиметрия нанодисперсных магнитных жидкостей и смазочных масел. 1. Приборное обеспечение реологических исследований магнитных нанодисперсных жидких сред

Аннотация: Анализ литературных источников показывает, что существующие вискозиметры не всегда и не полностью могут обеспечить комплексные исследования магнитных наножидкостей для научных и практических целей. Разработана конструкция магнитного ротационного вискозиметра, на котором исследования могут проводиться в широком диапазоне значений индукции магнитного поля. Магнитное поле в приборе направлено ортогонально напряжению сдвига и может изменяться от нуля до 1,7·105 А/м. Прибор имеет два измерительных зазора заполненных жидкостью, что повышает точность результатов исследований маловязких жидкостей. Вискозиметр позволяет измерять стандартные характеристики магнитных наножидкостей (коэффициент вязкости, пластическая вязкость, предельное напряжение сдвига и др.), а также изучать структурные особенности жидкостей при сдвиговых напряжениях. Скорость сдвига в жидкости может стабильно поддерживаться в широком диапазоне  (1÷5)·103  с-1. Вязкость исследуемых жидкостей может изменяться от 10-3 Па·с  до ≈102 Па·с. Для исследований на вискозиметре требуется небольшое количество магнитной наножидкости объемом около 3,5 см3. Математическое описание процесса ламинарного течения жидкости в кольцевом зазоре вискозиметра позволило оптимизировать его геометрические размеры и получить формулы для расчета коэффициента вязкости, напряжения сдвига и скорости сдвига, используя экспериментальные данные.

Определение оптимальных параметров синтеза наночастиц серебра, стабилизированных полиэтиленгликолем

Аннотация: В рамках данной работы представлены результаты исследования влияния концентраций стабилизатора и прекурсора на процесс синтеза наночастиц серебра. В качестве прекурсора использован нитрат серебра, а в качестве стабилизатора – полиэтиленгликоль с молекулярной массой от 200 до 600 Да. Синтез осуществляли методом химического восстановления в водной среде. Полученные образцы исследовали фотонно-корреляционной спектроскопией и спектрофотометрией. Установлено наличие характеристической полосы поглощения на 400 нм в спектрах поглощения всех образцов наноразмерного серебра, стабилизированного полиэтиленгликолем, что обусловлено возникновением поверхностного плазмонного резонанса у металлических наночастиц серебра. Также установлено, что при наибольшей и наименьшей концентрации стабилизатора, равных, соответственно, 0,005 и 0,1 мас.%, в реакционной системе наблюдается формирование крупных частиц серебра со средним гидродинамическим радиусом от 132 до 1900 нм. В результате определены оптимальные параметры синтеза агрегативно устойчивых наночастиц серебра: концентрация нитрата серебра См(AgNO3) =0,05 M и концентрация полиэтиленгликоля, равная 0,01 — 0,05 %. Проведено компьютерное квантово- химическое моделирование. Установлено, что энергетически выгодным является взаимодействие атома серебра с концевой гидроксогруппой в молекуле полиэтиленгликоля в элементарном акте взаимодействия при стабилизации наночастиц серебра данным полимером. Данный тип взаимодействия характеризуется абсолютной химической жесткостью, равной η=0,146 эВ, и внутренней энергией Е=—2048,34 ккал / моль.

Полевая десорбционная микроскопия полевых электронных эмиттеров с углеродным покрытием

Аннотация: Полевые электронные эмиттеры в форме металлического острия с пленкой углерода на поверхности обладают рядом перспективных эксплуатационных свойств. Характеристики эмиттера зависят от фазового состава, толщины и однородности пленки. Определение параметров пленок толщиной в один или несколько моноатомных слоев представляет определённые трудности. В данной работе образование и характеристики углеродных наноструктур на поверхности полевых эмиттеров из иридия и рения исследуются с помощью полевой десорбционной микроскопии непрерывного режима. На полевых десорбционных изображениях области углеродных наноструктур проявляются в виде локальных вспышек (лавинообразная десорбция). При покадровом анализе видеозаписей вспышек обнаружено несколько стадий формирования вспышек и выявлены различия в протекании десорбции с углеродных наноструктур на иридии и на рении. Обнаруженные различия объясняются образованием на иридии однослойного,на рении многослойного графена. Десорбционные изображения выявляют неоднородности и локальные различия толщины пленки. Показано, что полевая десорбционная микроскопия непрерывного режима позволяет определять закономерности формирования полевых десорбционных изображений различных углеродных наноструктур, в частности, однослойного и многослойного графена на поверхности полевого эмиттера, и проводить диагностику поверхности после науглероживания и контролировать однородность получаемого покрытия. Получаемые данные полезны для разработки технологии эффективных полевых электронных эмиттеров.

Полевая десорбция интеркалированных атомов цезия с графена на грани (100) иридия

Аннотация: С помощью полевой десорбционной микроскопии исследована десорбция атомов цезия с квазисферической науглероженной поверхности монокристалла иридия. Получены полевые электронные и десорбционные изображения поверхности при образовании графена на грани (100) иридия. Полевые электронные изображения поверхности эмиттера до интеркалирования и после интеркалирования графена атомами цезия не изменяются. Электрическое поле стимулирует десорбцию атомов цезия из интеркалированного состояния, вследствие разрыва связей крайних атомов углерода с поверхностью грани (100) иридия. С помощью покадровой регистрации показана возможность наблюдения локализации дефектов графенового слоя на поверхности полевого эмиттера. Показано, что полевая десорбция атомов цезия из интеркалированного состояния начинается с дефектов графена расположенных по периметру островка графена. Обнаружено, что десорбционные центры могут располагаться не только по периметру графенового островка, но и в центральной его части в случае образования неупорядоченного графена.

Исследования процессов образования нанопорошков Al2O3 и Al в плазме при воздействии расфокусированных сдвоенных лазерных импульсов на алюминий в атмосфере воздуха

Аннотация: Изучено влияние величины и типа расфокусировки сдвоенных лазерных импульсов на целенаправленное формирование компонентного и зарядового состава лазерной плазмы при воздействии сдвоенных лазерных импульсов на мишень из алюминиевого сплава АД1 (спектрометр LSS-1). Показано, что при расфокусировке более +1 мм интенсивность линии ионов Al III увеличивается в несколько раз в сравнении с нулевой расфокусировкой, интенсивность линий ионов Al II , N II также более менее монотонно увеличивается. Одновременно с этим интенсивность полос AlO практически становится равным нулю. При значении величины расфокусировки 1 мм проведены исследование процессов образования смешанных нанопорошков Al2O3 и Al при воздействии последовательных серий сдвоенных лазерных импульсов энергией 53 мДж и меж-импульсным интервалом 10 мкс на алюминиевую мишень, помещенную в закрытую стеклянную прямоугольную кювету. Размер первичных частиц Al2O3 оцененный с помощью электронной микроскопии высокого разрешения, преимущественно составил 30-40 нм, а Al – 45-60 нм. Частицы собраны в агломераты.