ФХ-2022

Д.А. Рыжкова, С.Л. Гафнер, Ю.Я. Гафнер, А.А. Череповская
ФГБОУ ВО «Хакасский государственный университет им. Н.Ф. Катанова»

Аннотация: Методом молекулярной динамики с использованием потенциала сильной связи (TB-SMA – second moment approximation of tight-binding potential) производился поиск границ устойчивости структурных модификаций нанокластеров серебра диаметром 3,0–7,0 нм с целью определения размерной границы возможного термически индуцированного структурного перехода от исходной аморфной морфологии к ГЦК фазе. Полученные данные сравнивались с результатами предыдущих исследований для наночастиц Ag размерами до 2,0 нм с начальным ГЦК и аморфным строением.
Показано, что моделируемые Ag нанокластеры можно условно разделить на три категории. Для первой (N < 100 атомов) – характерно частичное сохранение исходной морфологии. Для второй (d < 4,0 нм) – наблюдается конкуренция между икосаэдрической и декаэдрической структурами. И для третей (d > 4,0 нм) – фиксировалось преобладание смешенной ГЦК/ГПУ фазы. При этом размерной
границей перехода от начальной аморфной морфологии к ГЦК строению, свойственному объёмному веществу, является диаметр около 7,0 нм.
Ключевые слова: нанокластеры, серебро, компьютерное моделирование, структура, сильная связь, фазовые переходы, структурная стабильность

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

Аннотация: В статье представлены как молекулярно-динамические расчеты бинарных сплавов Fe–Ni, так и экспериментальные исследования легированных Ti и Co нанокристаллических сплавов с матричной структурой B2–Ti(Fe, Co) и эвтектическими фазами ОЦК–(Nb, Ti) и B2–Ti(Fe, Co). Исследованы структуры мембранных сплавов и на основе Fe–Ni (расположение атомов в координационных полиэдрах и межатомные расстояния между атомами), а также кинетики водорода – диффузии и проницаемости. Показано, что в мембранах легированных сплавов с замещением Ni кобальтом
Fe_35-XCo_XTi₃₅Nb₃₀ с превышением доли Fe, чем у кобальта – в фазе B2–TiFe проявляется механическая хрупкость, а также снижается пластичность фазы B2. При этом ослабляется и устойчивость к росту водородного поглощения, – вплоть до механического разрушения мембран – так что в высокоэнтропийных сплавах Fe_0,2Ni_0,2Cr_0,2Co_0,2Mn_0,2, Fe_0,2Co_0,2Cr_0,2 Ti_0,2Al_0,2 содержится Fe и Co в равных долях. Перспективны и другие интерметаллидные сплавы, имеющие более сложные составы с высокой или умеренной энтропией, к примеру – Zr_0,2Ti_0,2Nb_0,2V_0,2Co_0,2 и Zr_0,2Ti_0,2Ta_0,2V_0,2Co_0,2. Эти сплавы помимо мембранного выделения водорода обладают
и аккумулирующими свойствами. В рамках молекулярной динамики представлен эффект деформационного упрочнения мембранных ВЭС сплавов – механизма синергии с многократной деформацией. В результате такого упрочнения происходит частичная трансформация аустенитной фазы в мартенситную с образованием двойникования в их зернах ГЦК/ГПУ и формированием двухфазной матричной структуры.
Ключевые слова: нанокристаллические сплавы, моделирование, легирование, деформационное упрочнение, матричная структура, эвтектические фазы, высокоэнтропийные сплавы, аустенит, мартенсит, мембраны, водород, гидриды

Е.С. Карташинская
ГБУ «Институт физико-органической химии и углехимии им. Л.М. Литвиненко»

Аннотация: Рассмотрены зависимости величины площади А_с, приходящейся на молекулу 2D-монослоя ПАВ, в начале перехода от жидко-растянутой к жидко- конденсированной (ЖР-ЖК) фазе от температуры и длины цепи для семи классов ПАВ на межфазной поверхности вода/воздух. Для оценки А_с были использованы термодинамическая модель поведения дифильных монослоев с учетом неидеальности
энтропии смешения, а также квантово-химический подход, позволяющий оценить термодинамические и структурные параметры ассоциатов ПАВ. Рассчитанные значения А_с адекватно отражают экспериментальную температурную зависимость для рассматриваемого фазового перехода: с ростом температуры площадь, приходящаяся на молекулу ПАВ фиксированной длины цепи, уменьшается, и, наоборот, с ростом длины цепи ПАВ при фиксированной температуре величина А_с увеличивается. Средние величины углового коэффициента зависимостей А_с = f(T) для рассматриваемых классов ПАВ находятся в пределах 0,57-1,32 Ų/°С. Оценка величины (dA_c/dn)_T показала, что наилучшее согласие расчетных и имеющихся экспериментальных данных достигнуто
для насыщенных карбоновых кислот и диалкилзамещенных меламина. Полученные результаты позволяют использовать предложенный подход в прогностических целях.
Ключевые слова: 2D-монослой, энергия Гиббса кластеризации, элементарная ячейка, фазовый переход, термодинамическая модель

А.Ю. Колосов, Е.С. Митинев, А.А. Тактаров, В.С. Мясниченко, А.Н. Базулев, Н.Ю. Сдобняков
ФГБОУ ВО «Тверской государственный университет»

Аннотация: Методом молекулярной динамики исследованы процессы плавления и кристаллизации биметаллических наночастиц на основе Pt и Pd. Установлена возможность получения стабильных наночастиц, содержащих 3000 и 4000 атомов, в диапазоне температур от 500 K до 1600 K. Подтверждается концепция, высказанная для монометаллических наночастиц платины и палладия, о возможности фиксации температур начала и конца фазового перехода для плавления и кристаллизации. Анализ показывает, что в процессе охлаждения наночастиц Pd-Pt с первоначально
равномерным распределением компонент наблюдается формирование смешанной структуры с поверхностным монослоем атомов Pd. Показана возможность структурной сегрегации биметаллических наночастиц Pd-Pt, содержащих 3000 и 4000 атомов. Наблюдается размерная зависимость степени кристаллизации охлаждённых наночастиц. Для биметаллических наночастиц c 3000 атомов локальные зоны в основном представляют собой многогранники, в то время как для биметаллических наночастиц содержащих 4000 атомов уже характерно образование протяженных
полосовых структур ГЦК/ГПУ.
Ключевые слова: метод молекулярной динамики, биметаллические наночастицы, платина, палладий, сегрегация, структурные превращения, стабильность

П.В. Комаров^1,2, М.Д. Малышев^1,2
1 ФГБОУ ВО «Тверской государственный университет»
² ФГБУН «Институт элементоорганических соединений им. А. Н. Несмеянова РАН»

Аннотация: Рассматривается самовосстанавливающийся эпоксидный материал на основе диглицидилового эфира бисфенола A и отвердителя трикарбоновой жирной кислоты, относящийся к новому классу полимеров, называемых витримерами. Восстановление целостности таких систем при повреждениях происходит благодаря реакции обмена ковалентными связями между сомономерами, образующими
полимерную сетку. В нашей предыдущей работе мы разработали модель данного материала на основе метода реакционной диссипативной динамики частиц. В данной работе мы применяем нашу модель для изучения процесса сварки образцов витримера, разрезанного на две части. Контроль целостности структуры систем проводился с помощью топологического анализа посредством расчета распределений по длинам простых циклов и плотности числа несущих нагрузку цепей. Показано, что скорость восстановления целостности систем определяется концентрацией катализатора и степенью сшитости полимера. Полученные результаты также свидетельствуют, что в случае высокой степени сшитости полимера, а также низкой концентрации катализатора структура системы получается сильно неоднородной.
Ключевые слова: витримеры, сетчатые полимеры, мезоскопическое моделирование, диссипативная динамика частиц, реакция обмена связями

Ю.А. Кузнецов, М.Н. Лапушкин
ФГБУН «Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук»

Аннотация: Проведен расчет плотности состояний различной толщины 2D-слоев интерметаллида RbAu. 2D-слои интерметаллида RbAu моделировались суперячейками RbAu (111) 2×2×2. Для монослойного 2D-слоя интерметаллида RbAu установлено наличие запрещенной зоны с шириной 2,70 эВ. Увеличение толщины 2D-слоев интерметаллида RbAu до трех монослоев показал уменьшение ширины запрещенной зоны до 0,8 эВ. Дальнейшее увеличение толщины 2D-слоев интерметаллида RbAu
приводит к исчезновению запрещенной зоны, что указывает на переход полупроводник – металл для 2D-слоя интерметаллида RbAu толщиной четыре монослоя. Валентная зона 2D-слоя интерметаллида RbAu сформирована в основном Au 5d электронами, с незначительным вкладом Au 6s и Au 6p электронов. Зона проводимости RbAu образована в основном Au 6p электронами с незначительным
вкладом электронов Rb 5s.
Ключевые слова: электронная структура, ab initio расчеты, интерметаллические соединения, аурид рубидия, 2D-слой

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

Аннотация: Проведен анализ синтезированных уникальных двумерных 2D-материалов с нанослойными гексагональными и пентагональными структурами (на основе углерода, кремния, олова, двойных соединений CN₂, BN₂, PdSe₂ и тройных – BCN, CNP, PdSSe, Zn₂C₂P₂. Синтез этих материалов получен химическим паровым осаждением или эпитаксией металлов на заранее приготовленные подложки. Проведен также анализ прочностных и функциональных характеристик (электронных, оптических) созданных моделей с применением теории DFT в виде тройных монослоев с обоюдосторонним
нанесением водорода на поверхности монослоя p-Si₂C₄: водород/p-Si₂C₄/водород. Выявлено, что наиболее динамически стабильным из них был слой p-Si₂C₄-4H с его двухсторонней водородной адсорбцией и хорошими свойствами. В этой статье также представлены сравнительно недавно полученные гекса- и пентагональные двумерные материалы не только элементов C, Si, Ge, B, но и сплавов Cu_1–xNi_x, Ti_1–хNi_x и соединений Bi_1–xSb_x, CN₂, BN₂, PdSe₂ и др. Так что с созданными новыми уникальными материалами – синтеза сверхпрочных, термостабильных нанокомпозитов, сверхпроводящих слоистых композитов (на основе Bi, Hg и Sb) открываются перспективы развития наноэлектроники, спинтроники, компьютерной техники, а также создания портабельных тензодатчиков, датчиков давления, газовых датчиков и катализаторов диализа воды с выделением водорода и кислорода.
Ключевые слова: гексагональные и пентагональные структуры 2D-материалов, моделирование материалов, механические свойства, каталитические свойства

Е.А. Богданова, В.М. Скачков, К.В. Нефедова
ФГБУН «Институт химии твердого тела Уральского отделения РАН»

Аннотация: В статье обсуждается возможность получения упрочненного композиционного материала с пористой структурой на основе наноструктурированного гидроксиапатита, синтезированного методом осаждения из раствора. Новый материал получен путем механохимичекого синтеза гидроксиапатита с соединениями титана. Синтезированные образцы аттестованы с использованием современных физико-химических методов анализа. Показано влияние качественного и количественного
состава композита на протекание процессов спекания, пористость, прочностные характеристики, степень дисперсности и морфологию исследуемых образцов. Экспериментально установлено, что максимальными прочностными характеристиками и постоянным составом обладает образец на основе гидроксиапатита, упрочненного нестехиометрическим диоксидом титана, состава Ca₁₀(PO₄)₆(OH)₂ – 15%TiO_x. Композиционный материал обладает плотной равномерной структурой с высокой степенью кристалличности, с развитой пористостью, является перспективным материалом для дальнейших исследований с целью внедрения его в медицинскую практику. На разработанный композиционный материал подана заявка на патент.
Ключевые слова: гидроксиапатит, оксид титана, соединения титана, композиционные биоматериалы, кристалличность, микротвердость

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

Аннотация: В области трибологии перспективны магнитные смазочные масла, в которых для повышения их коллоидной устойчивости используют полимеры, однако их применение ограничено низкой
намагниченностью коллоида. Повысить намагниченность наномасел возможно путем синтеза полимерных оболочек непосредственно на поверхности магнитных частиц в процессе получения наномасел. Описаны особенности технологии синтеза магнитных смазочных наномасел с полимерными сольватными оболочками на частицах, которые защищают их от коагуляции. Полимеризация молекул гидроксикислоты протекает по механизму поликонденсации на твердой поверхности магнетита. Вязкость магнитного коллоида возрастает из-за увеличения толщины сольватной оболочки. Исходя из этого предложено дифференциальное уравнение, которое показывает зависимость скорости роста вязкости коллоида от скорости реакции поликонденсации. Экспериментальная проверка уравнения показала, что оно выполняется с точностью до 8%. Полученное уравнение позволяет определить важную термодинамическую характеристику –
энергии активации процесса синтеза полимерных оболочек на поверхности дисперсных частиц. Для расчетов нужно знать скорость изменения вязкости коллоида с дисперсионной средой без мономера (гидрокислоты). Поэтому, в процессе синтеза полимера отбираются пробы промежуточного магнитного коллоида небольшого объема, которые используются для определения вязкости коллоида и дисперсионной среды, содержащей мономер. Затем находится вязкость коллоида с чистой дисперсионной средой, необходимая для расчетов энергии активации реакции поликонденсации. По оценочным расчетам, ошибка определения энергии активации не превышает 11%. На практике, с помощью установленного значения энергии активации полимеризации, можно
выполнять целенаправленный выбор оптимального температурно-временного режима стабилизации магнитного коллоида с целью получения магнитного наномасла с требуемыми характеристиками вязкости и агрегативной устойчивости. Экспериментальные исследования проводились на специально разработанных приборах для оценки коллоидной стабильности и динамической вязкости магнитных коллоидов.
Ключевые слова: коллоидные системы, магнитные смазочные наномасла, вязкость, коллоидная устойчивость, энергия активации полимеризации

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

Аннотация: Работа посвящена изучению процессов, протекающих в граничном смазочном слое, в которых нанодисперсные магнитные частицы играют определяющую или значительную роль. Исследовалось трение между металлическими поверхностями смазанными маслами с различной концентрацией
магнитной нанодисперсной фазы. Дисперсионная среда магнитных масел состояла из жидкостей с
различными физико-химическими свойствами: диоктилсебацината, триэтаноламина, полиэтилсилоксана. Было показано, что интенсивность изнашивания поверхностей с твердостью выше, чем у наночастиц монотонно возрастает по мере увеличения концентрации частиц, а износ носит абразивный характер. Интенсивность изнашивания более мягких материалов проходит через минимум при концентрации частиц около 2 об.%. Магнитная сепарация крупных агломератов в масле позволяет на некоторое время уменьшить абразивный износ, пока они не образуются снова в условиях трения. Выявить закономерности влияния нанодисперсных частиц на силу трения не удалось, вероятно оно несущественное. Рассмотрено несколько примеров косвенного влияния
нанодисперсных частиц на граничное трение. Во всех примерах определяющую роль играет огромная по площади активная поверхность частиц в единице объема масла. Например, в условиях трения может активно образовываться атомарный водород при химическом взаимодействии жирных кислот с поверхностью. Атомарный водород аккумулируется в подповерхностных порах, молизуется там. Повышенное давление в порах, создаваемое молекулами водорода, приводит к увеличению износа по
механизму отслаивания. Представляют научный интерес установленные закономерности влияния
нанодисперсных частиц на скорость формирования граничного смазочного слоя и коррозионный износ поверхностей, вызванный поверхностно-активными присадками в магнитном масле.
Ключевые слова: нанодисперсные частицы, магнитное масло, смазка, трение, износ