ФХ-2021

М.В. Старицын¹, М.Л. Федосеев¹, Е.Ю. Каптелов², С.В. Сенкевич², И.П. Пронин^2
1 НИЦ «Курчатовский институт» – ЦНИИ КМ «Прометей»
² ФГБУН «Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук»

Аннотация: В работе обсуждаются возможности тонкого варьирования состава субмикронных сегнетоэлектрических пленок твердых растворов цирконата-титаната свинца, соответствующих области морфотропной фазовой границы. Варьирование состава осуществлялось путем изменения расстояния от мишени до подложки в диапазоне 30–70 мм в установке высокочастотного магнетронного распыления керамической мишени при осаждении пленок на «холодную» подложку платинированного кремния. Это позволило изменять состав осаждаемых пленок (т.е., элементное соотношение атомов Zr и Ti ) в диапазоне 0–1,5% при сохранении однофазности сформированных перовскитовых пленок в процессе отжига при 580°C. При этом пленки характеризовались элементной неоднородностью состава по толщине, достигающей нескольких процентов. Толщина тонких слоев цирконата-титаната свинца составляла 500 нм. Исследовались изменения микроструктуры и параметров кристаллической решетки. Изменения состава пленок сопровождались существенными изменениями характера сферолитовой микроструктуры и ростовой текстуры. Был обнаружен резкий скачок квазикубического параметра кристаллической решетки, причиной которого может являться фазовая трансформация сегнетоэлектрической фазы – от ромбоэдрической модификации к двухфазному состоянию, предположительно состоящему из моноклинной и тетрагональной модификаций.
Ключевые слова: твердые растворы цирконата-титаната свинца, тонкие пленки, морфотропная фазовая граница, тонкое варьирование состава, микроструктура

В.М. Скачков, Л.А. Пасечник, И.С. Медянкина, Н.А. Сабирзянов
ФГБУН «Институт химии твердого тела Уральского отделения Российской академии наук»

Аннотация: В статье обсуждается возможность регулирования свойств диффузионно- твердеющего припоя на основе легкоплавких сплавов галлий-олово, галлий-индий- олово, галлий-олово-цинк и твердой компоненты состоящей из порошка сплава медь- олово посредством введения смеси инертных порошков металлического титана и молибдена после термической обработки при различных температурах. Оценена микротвердость и термическая устойчивость композиционных диффузионно-твердеющих припоев. Показано, что термическая обработка при более высоких температурах способствует переходу припоя в равновесное состояние, при этом происходит резкое увеличение твердости. Методом рентгенофазового анализа определены образующиеся в результате диффузионного твердения фазы. Показано, что при различных температурах обработки образуются разные фазы – наноразмерные интерметаллические соединения. За счет небольших добавок наполнителей, инертных или слабовзаимодействующих с галлием, но хорошо им смачиваемых, характеристики диффузионно-твердеющего припоя значительно улучшаются.
Ключевые слова: композиционные диффузионно-твердеющие припои, металлический порошок, свойства, микротвердость, дифференциально-термический анализ

Н.В. Сидоров, Н.А. Теплякова, М.Н. Палатников
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 сравнительных комплексных исследований методами спектроскопии комбинационного рассеяния света и лазерной коноскопии композиционной однородности и некоторых оптических свойства близких по составу сильно легированных монодоменизированных кристаллов LiNbO₃ :Mg (5,03 мол. % MgO) и LiNbO₃ :Mg (4,75 мол. % MgO ), с концентрацией магния, близкой к пороговому значению ≈5 мол. % MgO , выращенных из шихты, синтезированной с использованием прекурсора Nb₂O₅:Mg (метод гомогенного легирования), а также выращенных при непосредственном добавлении магния в расплав (метод прямого легирования). Показано, что методом гомогенного легирования с использованием прекурсора Nb₂O₅:Mg можно получать отличающиеся низким коэрцитивным полем более композиционно однородные сильно легированные монокристаллы LiNbO3:Mg , чем методом прямого легирования расплава магнием. При этом более однородное распределение легирующей добавки в кристаллах гомогенного легирования начинает формироваться уже на стадии синтеза прекурсора Nb₂O₅ :Mg и шихты ниобата лития при формировании химически активных комплексов, определяющих преимущественно кислородно-октаэдрическую структуру прекурсора Nb₂O₅ :Mg .
Ключевые слова: кристалл ниобата лития, гомогенное и прямое легирование, комбинационного рассеяния света, лазерная коноскопия

Н.В. Сидоров, Н.А. Теплякова, М.Н. Палатников
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: Методом ИК-спектроскопии в области валентных колебаний OH– групп выполнен анализ комплексных дефектов, обусловленных наличием в структуре кристалла водородных связей, в номинально чистых кристаллах ниобата лития конгруэнтного и стехиометрического состава с разным отношением Li /Nb, а также в кристаллах LiNbO₃:Zn(0,04–6,5 мол.% ZnO), легированных цинком в широком диапазоне концентраций, полученным по технологии прямого легирования расплава. Выявлено влияние легирующих примесей на концентрацию OH– групп, вид и локализацию комплексных дефектов в структуре кристалла. Показано, что изменение количества позиций атомов водорода в структуре кристалла LiNbO₃ позволяет с достаточной точностью судить о соответствии его состава стехио метрическому или конгруэнтному составу. Для легированных кристаллов LiNbO3:Zn(0,04–6,5 мол.% ZnO) получены данные, свидетельствующие об изменении при прохождении концентрационных порогов характера комплексообразования OH–групп с точечными дефектами катионной подрешетки. При этом, вследствие изменения механизма вхождения легирующего катиона в структуру кардинально изменяются свойства кристалла. Вклад в различие частот (и, соответственно, в значение квазиупругих постоянных связей OH–) в спектре конгруэнтного кристалла и легированных кристаллов может вносить также различие электроотрицательностей и ионных радиусов основных и легирующих катионов.
Ключевые слова: монокристалл, ниобат лития, дефекты, ИК-спектры поглощения, легирование, валентные колебания OH– групп

Е.М. Семенова¹, М.Б. Ляхова¹, Д.В. Иванов¹, А.И. Синкевич¹, А.С. Антонов^1,2, Н.Ю. Сдобняков^1
1 ФГБОУ ВО «Тверской государственный университет»
² ФГБОУ ВО «Тверская государственная сельскохозяйственная академия»

Аннотация: Методом атомно-силовой микроскопии получены изображения наноструктры составляющих гетерогенного интерметаллида SmCoCuFeZr в высококоэрцитивном состоянии. На микроуровне в сплавах выделили два типа областей (фазовых составляющих) отличающихся по интегральному элементному составу и интервалам коэрцитивности. На основе данных атомно-силового микроскопа проводится анализ фрактальных характеристик поверхности этих областей. Показано, что фрактальная размерность наноструктуры коррелирует с локальной коэрцитивностью фазовых составляющих. Фазовая составляющая с относительно низкой коэрцитивностью демонстрирует возможность существования структур с фрактальной размерностью в диапазоне 2,396–2,475, что соответствует умеренно развитому фрактальному рельефу. При этом высококоэрцитивная составляющая с регулярной наноструктурой характеризуется более высокой фрактальной размерностью 2,452–2,508, а на отдельных участках образца встречались области с фрактальной размерностью до 2,577 .
Ключевые слова: атомно-силовая микроскопия, нанорельеф, наноструктура, морфология поверхности, коэрцитивность, фрактальная размерность

Г.И. Свердлик, А.Ю. Атаева, А.Р. Атаев, Е.А. Хадзарагова, Л.Т. Вазиева
ФГБОУ ВО «Северо-Кавказский горно-металлургический институт (государственный технологический университет)»

Аннотация: В представленной работе рассмотрены методы определения размеров наночастиц различными способами. Определен эффективный метод нахождения возможных вариантов. Содержатся сведения о многообразии этих методов и о приёмах их реализации. Выбрана и проанализирована информация по различным методам и исследованиям. Рассмотрены принципиально отличающиеся методы нахождения размеров наночастиц. Одними из перспективных методов являются бесконтактные (оптические). Подвергнуты анализу и приведены диапазоны крупности исследуемых частиц при использовании методов: оптической микроскопии, электронной микроскопии, сканирующей зондовой микроскопии. Описаны принципы работы и возможные схемы установок для изучения исследуемого материала. Более подробно освещен седиментационный метод с применением центрифугирования и рентгеновского принципа детекции. Отмечены его преимущества перед другими методами. Приведены примеры его использования на экспериментальной установке, позволяющей получать дифференциальные и интегральные характеристики в различных базисах, которые позволяют анализировать распределение частиц по крупности при гранулометрическом исследовании материалов, включая наноматериалы.
Ключевые слова: наночастицы, седиментационный метод, седиментометр, гравитационная седиментация, центрифугирование, дифференциальные и интегральные кривые

В.А. Полухин, Р.М. Белякова, Э.Д. Курбанова
ФГБУН «Институт металлургии Уральского отделения Российской академии наук»

Аннотация: Проведен анализ влияния Ti, Mo и W на характер аморфной нано- и кристаллической структуры на  прочностные и кинетические характеристики – диффузии D и проницаемости Ф водорода в мембранных сплавах, созданных на основе бинарных Ni–Nb и  V–Ni. Легирование сплавов Ni–V титаном, молибденом и вольфрамом ведет к постепенному замещению ими ниобия и ванадия и способствует образованию нескольких второстепенных фаз хотя и действующих как барьеры для диффузии водорода, но способствующих снижению процессов гидридообразования. Выявлена строгая зависимость кинетики водорода не только от термодинамических параметров – температуры и давления, но и от наличия свободного объема в формируемых аморфных, нано-кристаллических и кристаллических сплавов. Установлено, что процессы селективности, динамика водорода – его поток J , определяемый произведением диффузии и проницаемости ( J=D×Ф), зависят от базового состава, выбора легирующих элементов (Ti, Mo и W ), а также формируемых структур – аморфной, нанокристаллической и полифазной дуплексной кристаллической микроструктурой. Установлено, что тщательно подобранный состав определяет производительность селективного процесса и способствует выделению высокочистого водорода с последующими его приложениями для зеленой энергетики.
Ключевые слова: водород, аморфные и нанокристаллические сплавы, V, Ni, Ti, Zr, Nb, структуризация, селектвность, растворимость, проницаемость, диффузия, гидриды, аккумуляция, термостабильность, хрупкость, кристаллизация, моделирование, икосаэдрические кластеры, нанофазы, дуплексная структура, фазы Лавеса

Н.В. Пермяков
ФГАОУ ВО «Санкт- Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина)»

Аннотация: Работа посвящена разработке модульной четрырехзондовой установки с использованием жидкого контакта на основе индий-галлиевого эвтектического раствора ( EGaIn), с помощью которого можно создать прижимные жидкие контакты, не вносящие механические деформации в измеряемые структуры. Предлагается использовать данную установку для измерения вольт-амперных характеристик тонко пленочных образцов. Предполагается модульная схема измерений. Каждый зонд управляется четырьмя моторами для позиционирования и выдавливания капли из шприца для формирования нужного размера пятна контакта. Используется оптический контроль для подготовки зондов и измерения диаметра сформированных контактных областей.Подобраны параметры изготовления жидких зондов, а именно скорости выдавливания и перемещения зонда вдоль вертикальной оси для формирования капли конической формы . Управление установкой осуществляется в среде LabView.
Ключевые слова: индий-галлиевая эвтектика, электрический зонд, регулируемый размер контактной области, тонкие пленки, вольт-амперная характеристика

Г.А. Мустафаев¹, А.Г. Мустафаев², Н.В. Черкесова^1
1 ФГБОУ ВО «Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М. Бербекова»
² ГАОУ ВО «Дагестанский государственный университет народного хозяйства»

Аннотация: Полупроводниковые МДП (металл – диэлектрик – полупроводник) структуры являются ключевыми элементами современной электронной техники, в том числе устройств работающих в условиях воздействия проникающих излучений. Одним из возможных подходов к уменьшению радиационных эффектов в МДП структурах является использование диэлектриков, которые уменьшают генерацию и накопление избыточного пространственного заряда в объеме диэлектрика. В работе исследована система диэлектриков Al₂O₃–SiO₂. Исследование показывает пригодность использования МДП структур, на основе системы диэлектриков, для формирования приборов с высокой радиационной стойкостью. Нанесение слоя Al₂O₃ поверх слоя SiO₂ улучшает рабочие характеристики МДП структур за счет повышения однородности параметров. Основной эффект влияния слоя Al₂O₃ на параметры структур заключается в уменьшении механических напряжений на границе SiO₂ -подложка. Захват ловушками электронов в Al₂O₃ , компенсирует заряд захваченных дырок в Al₂O₃ , и снижает паразитный ток через Al₂O₃.
Ключевые слова: ионизирующее излучение, поверхностные состояния, распределение заряда, система диэлектриков, радиационная стойкость

О.Н. Мусская, В.К. Крутько, А.И. Кулак, Е.Н. Крутько
ГНУ «Институт общей и неорганической химии НАН Беларуси»

Аннотация: Боргидридным методом с использованием полимерных стабилизаторов (полиэтиленгликоля, поливинилпирролидона) синтезированы наночастицы меди. Методом оптической спектроскопии установлено, что наибольшей стабильностью (до 1,5 месяца) обладают наночастицы меди, полученные при мольном соотношении Cu /полимер 1:3—6. Показано, что в отсутствии полимера либо при его небольшом содержании (мольное соотношение Cu /полимер 1:1) происходит агрегирование образующихся наночастиц и выпадение осадка, содержащего медь и ее оксиды (Cu₂O , CuO). Механическим смешиванием аморфизированных фосфатов кальция (в порошковой и гелевой форме) и наночастиц меди (в виде коллоидного раствора) получен порошковый композит, содержащий фазы Ca₁₉Cu₂H₂(PO₄)₁₄ и Cu₂PO₄OH. Выявлено, что при совместном осаждении фосфатов кальция и наночастиц меди происходит встраивание ионов меди в кристаллическую решетку фосфатов кальция с образованием смешанных кислых и средних солей.
Ключевые слова: аморфизированные фосфаты кальция, гидроксиапатит, наночастицы меди, поливинилпирролидон, полиэтиленгликоль, композиты