ФХ-2021

В.В. Ефремов, М.Н. Палатников, О.Б. Щербина
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»

Аннотация: Представлены результаты исследования сегнетоэлектрического твердого раствора Li_0,12Na_0,88Ta_0,25Nb_0,75O₃ со структурой перовскита, основанного на ниобате натрия и синтезированного в условиях высокого давления и температуры. Методом импеданс спектроскопии в области температур 290 — 800 К были определены значения удельных проводимостей на постоянном токе, энергии активации носителей заряда и реальная часть диэлектрической проницаемости. Показана эволюция температурных аномалий удельной проводимости и диэлектрической проницаемости при термоциклировании. Обнаруженные эффекты связаны со структурными фазовыми переходами, определена температура Кюри. Li_0,12Na_0,88Ta_0,25Nb_0,75O₃ претерпевает фазовый переход второго рода. Установлено, что в Li_0,12Na_0,88Ta_0,25Nb_0,75O₃ образуется метастабильная фаза, обладающая высокой электропроводностью в области комнатной температуры. При нагреве выше температуры Кюри данная фаза разрушается. Обсуждаются возможные механизмы обнаруженных явлений.
Ключевые слова: импеданс спектроскопия, твердые растворы на основе ниобата натрия, высокое давление, метастабильная фаза, фазовые переходы

А.Х. Дышекова¹, А.М. Кармоков¹, А.И. Хасанов², Р.М. Калмыков¹, З.В. Шомахов^1
1 ФГБОУ ВО «Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М. Бербекова»
² ФГБОУ ВО «Чеченский государственный университет имени А.А. Кадырова »

Аннотация: Методами электронной микроскопии и рентгеноспектрального анализа исследована межфазная граница раздела жидкого свинца с хлоридом натрия после охлаждения и разрыва контакта. На поверхностях разрыва образцов обнаружено накопление поверхностно-активных примесей, содержащихся как объеме свинца, так и в хлориде натрия. Как показывают результаты рентгеноспектрального анализа, содержание примесей на поверхности подложки хлорида натрия превышает объемное содержание на несколько порядков. На поверхности свинца также наблюдается значительное накопление примесей кремния и индия. В исследованных образцах наблюдается анизотропия растекания жидкого свинца по поверхности монокристаллов хлорида натрия. Линия разрыва, затвердевшей капли свинца с монокристаллической поверхностью хлорида натрия ориентации (110) , заметно отклоняются от круга. Кроме того, на электронно-микроскопическом изображении межфазной поверхности свинца после отрыва от подложки хлорида натрия ориентации (100) , наблюдаются участки в виде «сигары», в которых обнаружено накопление примесей. Данные участки имеют ориентации, совпадающие с кристаллографическим направлением подложки.
Ключевые слова: свинец, хлорид натрия, электронная микроскопия, межфазная граница, рентгеноспектральный анализ

О.В. Девицкий
ФГАОУ ВО «Северо- Кавказский федеральный университет»

Аннотация: Методом импульсного лазерного напыления в атмосфере аргоно-азотной газовой смеси из мишени In_0,02Ga_0,98As впервые были получены тонкие пленки InGaAsN на подложках GaAs и Si . Мишень In_0,02Ga_0,98As формировалась методом одноосного прессования из порошков GaAs и InAs. Методами атомно силовой микроскопии и рентгеновской дифракции исследованы морфология поверхности и структура данных тонких пленок. Показано, что пленки In_0,02Ga_0,98As_1-yN_y на Si имеют средний размер кристалла 0,93 нм, а пленки и In_0,02Ga_0,98As_1-yN_y  на GaAs — 0,99 нм. Определено, что уменьшение давления аргоно-азотной смеси при импульсном лазерном напылении тонких пленок 0,02 0,98 1-y y In Ga As N  на подложках GaAs и Si приводит к снижению значения среднеквадратичной шероховатости поверхности. Наименьшую среднеквадратическую шероховатость равную 0,25 нм имела тонкая пленка In_0,02Ga_0,98As_1-yN_y на подложке GaAs, полученная в вакууме, наибольшую среднеквадратическую шероховатость имела тонкая пленка In_0,02Ga_0,98As_1-yN_y  на подложке Si , полученная при давления аргоно-азотной смеси от 10 Па — 19,37 нм.
Ключевые слова: InGaAsN , импульсное лазерное напыление, спектры комбинационного рассеяния света, тонкие пленки

О.В. Девицкий^1,2, А.А. Кравцов^1,2, И.А. Сысоев^2
1 ФГБУН «Федеральный исследовательский центр Южный научный центр Российской академии наук»
² ФГАОУ ВО «Северо-Кавказский федеральный университет»

Аннотация: Методом одноосного холодного прессования были изготовлены мишени  GaAs_1-y Bi_y  с содержанием Bi 1 и 22 %. Из полученных мишеней впервые было проведено импульсное лазерное напыления тонких пленок  GaAs_1-y Bi_y на подложках GaAs и Si . Были исследованы состав, спектры комбинационного рассеяния и фотолюминесценции тонких пленок GaAs_1-y Bi_y, полученных из мишеней с содержанием Bi 1 и 22 %. По данным спектров фотолюминесценции тонких пленок  GaAs_1-y Bi_y на подложках GaAs определено, максимальное содержание Bi в пленках не превышает 2,7 %. Полученные результаты хорошо коррелируют с результатами энергодисперсионного анализа, состав пленок, полученных из мишеней с содержанием Bi 1 и 22 % — GaAs_0,975Bi_0,025 и GaAs_0,973Bi_0,027. Установлено, что фононная мода  LO (GaBi).  связанная с нарушением упорядоченности при смешении фаз GaAs и GaBi , находиться на частоте 181 см^-1. Для тонкой пленки, полученной на подложке Si наблюдалась мода LO (GaAs) , которая менее выражена и смещена на 3 см^-1 влево, в то время как запрещенная правилами отбора мода TO (GaAs) имеет более высокую интенсивность и ее смещение составляет около 1 см^-1 относительно частоты  TO (GaAs) моды тонкой пленки, полученной на подложке GaAs.
Ключевые слова: тонкие пленки, импульсное лазерное напыление, GaAs 1-y Bi y , комбинационное рассеяние света, фотолюминесценция

О.С. Гусева¹, О.В. Малышкина², А.И. Иванова², К.Н. Бойцова^2
1 ФГБОУ ВО «Тверской государственный медицинский университет»
² ФГБОУ ВО «Тверской государственный университет»

Аннотация: В работе получены и исследованы образцы керамики на основе ниобата бария – кальция Ca_xBa_1-xNb₂O₆, с различным процентным соотношением бария и кальция (с x =1; 0,9; 0,8; 0,7 ; 0,6 ; 0,5; 0,4 ; 0,3; 0,2 ; 0,1 и 0). Исследовано влияние температуры спекания на структуру и диэлектрические свойства керамики. Одна партия образцов спекалась при температуре 1100°С, вторая при температуре 1250°С. Показано, что температуры спекания 1100°С не достаточно для получения хороших сегнетоэлектрических свойств, а процесс рекристаллизации зерен не завершен. Согласно исследованиям элементного состава, у образцов, спеченных при температуре 1250°С с содержанием  Ca≥0,5 , атомы Ba присутствуют не во всех зернах, что оказывает влияние и на ход температурных зависимостей диэлектрической проницаемости. По диэлектрическим свойствам выделяется образец с  x=0,3 .
Ключевые слова: пьезоэлектрическая керамика, ниобат бария - кальция, бессвинцовые материалы, структура зерен, диэлектрическая проницаемость

В.А. Грешняков, Е.А. Беленков
ФГБОУ ВО «Челябинский государственный университет»

Аннотация: Выполнены первопринципные расчеты структуры и свойств орторомбического графена L_5-7 и нового алмазоподобного бислоя, формируемого на его основе. Расчеты методом теории функционала плотности показали, что графен L_5-7, состоящий из топологических дефектов Стоуна-Уэльса, должен устойчиво существовать при нормальных условиях, и его структура должна волнообразно гофрироваться. При сильном одноосном сжатии бислойного графена L_5-7 может происходить формирование нового алмазоподобного бислоя DL_5-7. Давление фазового перехода «L_5-7 → DL_5-7» 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 DL_5-7 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 DL_5-7 pbam должен быть полупроводником с шириной прямой запрещенной зоны 1,63 эВ.
Ключевые слова: графен, топологические дефекты, алмазоподобный слой, первопринципные расчеты, кристаллическая структура

Н.Н. Большакова, Е.В. Вахтеров, А.И. Иванова, Б.Б. Педько, Е.М. Семенова
ФГБОУ ВО «Тверской государственный университет»

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.
Ключевые слова: триглицинсульфат, доменная структура, лиганд, процессы переключения, отжиг

А.Н. Болотов, О.О. Новикова, В.В. Мешков
ФГБОУ ВО «Тверской государственный технический университет»

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.
Ключевые слова: магнитная наножидкость, реология, вискозиметр, напряжение сдвига, скорость сдвига

А.Н. Болотов, О.О. Новикова
ФГБОУ ВО «Тверской государственный технический университет»

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.
Ключевые слова: магнитная наножидкость, реология, коаксиальный вискозиметр, напряжение сдвига, скорость сдвига, коэффициент вязкости, магнитное поле, внешнее и внутреннее трение

А.В. Блинов, А.А. Гвозденко, А.В. Блинова, А.В. Кобина, А.Б. Голик, Д.Г. Маглакелидзе, О.К. Вишницкая
ФГАОУ ВО «Северо-Кавказский федеральный университет»

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 С_м(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.
Ключевые слова: наночастицы серебра, полиэтиленгликоль, стабилизатор, прекурсор, спектрофотометрия, плазмонный резонанс, фотонно-корреляционная спектроскопия, компьютерное квантово-химическое моделирование