Принятые статьи

А.В. Шишулин, А.В. Шишулина
ФГБОУ ВО «Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева»

Аннотация: В данной работе рассмотрена зависимость энергии образования вакансии и энергии активации объемной диффузии в «скелете» мезопористого материала от геометрических характеристик (объема и формы) распределенных в материале пор. Геометрические особенности пор задавались в рамках фрактально-геометрического подхода величинами их эффективного диаметра и фрактальной размерности. Приведенные оценки свидетельствуют о том, что характерный для наноразмерных частиц эффект, связанный с существенной зависимостью энергий образования вакансии и активации процесса объемной диффузии от размера и формы частицы, может также реализовываться в мезопористых (характерный размер пор от 5 до 50 нм) материалах, при том что сами мезопористые объекты могут иметь макроскопические размеры. На примере пористого золота показано, что уменьшение объема пор и «усложнение» их морфологии приводят к заметному снижению рассматриваемых энергетических характеристик. Результаты получены в рамках когезионной модели.
Ключевые слова: энергия образования вакансии, энергия активации объемной диффузии, мезопористые материалы, фрактальная размерность, когезия, распределения по размерам, формула Харди-Рамануджана-Радемахера

А.В. Шишулин, Е.А. Вялкова, А.В. Шишулина
ФГБОУ ВО «Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева»

Аннотация: Благодаря уникальному набору физико-химических свойств тяжелые вольфрамовые псевдосплавы c ультрамелкозернистой структурой, полученные из наночастиц современными методами порошковой металлургии, стали объектом повышенного интереса исследователей. В данной работе в рамках термодинамического подхода смоделированы особенности фазового состава наночастиц со структурой core-shell расслаивающегося твердого раствора на примере тяжелого псевдосплава W-Cr. Для системы двух компонентов, ограниченно растворимых в твердом состоянии, продемонстрирован специфический эффект, заключающийся в том, что в отличие от систем в макроскопическом состоянии, равновесный состав и объемная доля сосуществующих нанофаз существенно варьируются в зависимости от химического состава внешней по отношению к системе среды, задающей поверхностную энергию внешней межфазной границы. Набор рассмотренных модельных дисперсионных сред включает аргон (распространенная среда для спекания), водород (среда для отжига после спекания) и ряд других. Для двух различных гетерогенных состояний core-shell-структуры получены области температурные зависимости равновесного фазового состава системы в каждом из состояний. Описана термодинамическая интерпретация полученных закономерностей на основе трех возможных механизмов понижения свободной энергии системы.
Ключевые слова: наночастицы, распад раствора, химическая термодинамика, растворимость, core-shell, вольфрам, хром

А.Н. Заритовский¹, Е.Н. Котенко¹, С.В. Грищук¹, В.А. Глазунова^1,2, Г.К. Волкова^1,2
1 ФГБНУ «Институт физико-органической химии и углехимии им. Л.М. Литвиненко»

Аннотация: Изучены параметры синтеза углеродных наноструктур в ходе микроволнового каталитического совместного пиролиза полимерных материалов. Донорами углерода выбраны полистирол – высокоуглеродистый синтетический полимер и микрокристаллическая целлюлоза – возобновляемый экологически безопасный источник углерода растительного происхождения. Процессы проводили в присутствии смеси оксалатов никеля и железа, служащих прекурсорами металлических катализаторов, при использовании гранулированного активного угля марки АГ-3 в качестве поглотителя микроволнового излучения для преобразования электромагнитной энергии в тепловую. Исследовано влияние концентрации микроволнового акцептора, времени обработки и способа подготовки реакционной смеси на формирование многостенных углеродных нанотрубок. Оптимальные условия процесса синтеза целевого продукта достигаются при концентрации микроволнового акцептора 40% (мас.) и циклическом воздействии микроволнового излучения мощностью 1000 Вт в течение 5-12 минут. Результаты исследований подтверждены данными просвечивающей электронной микроскопии и рентгенофазового анализа.
Ключевые слова: микроволновый совместный пиролиз, многостенные углеродные нанотрубки, полистирол, целлюлоза

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

Аннотация: Представлен обобщённый подход к расчёту ресурса магнитожидкостных трибоузлов, функционирующих в условиях вакуума и газовой среды. Рассмотрены физические механизмы деградации магнитных наножидкостей при испарении дисперсионной среды и росте концентрации твёрдой фазы. При оценке интенсивности испарения в вакуум жидкой фазы наножидкости применен статистический подход, развитый Я.И. Френкелем. Получено уравнение временной зависимости концентрации дисперсной фазы в магнитной жидкости для расчетов долговечности магнитожидкостных устройств в вакууме. Динамика потери массы магнитной наножидкости при контакте с газовой средой описывалась на основе уравнения диффузионного массопереноса. Для его решения применен метод электростатической аналогии. Определено время, в течение которого объемное содержание дисперсной фазы магнитной наножидкости возрастает до предельного значения для магнитожидкостных узлов с открытой поверхностью жидкости и заключенной в камеру с небольшим отверстием. На основе полученных расчётных соотношений, связывающих параметры испарения с изменением объёмной доли дисперсной фазы и критерием предельно допустимой вязкости, сформирована инженерная методика оценки долговечности магнитожидкостных подшипников и уплотнений. Приводятся рекомендации по выбору магнитной жидкости и режимов работы, обеспечивающих увеличение ее ресурса.
Ключевые слова: магнитная жидкость, испарение, дисперсионная среда, ресурс трибоузла, вязкость, подшипник скольжения

А.В. Паращук, Е.П. Шешин
ФГАОУ ВО «Московский физико-технический институт (национальный исследовательский университет)»

Аннотация: Методом термодесорбционной спектроскопии исследованы процессы газовыделения из титанового и титан-ванадиевого геттеров, применяемых в электровакуумных приборах. Проведены два последовательных цикла нагрева образцов со скоростью 5°C/мин и изотермической выдержкой в конце нагрева. Рассчитаны энергии активации десорбции для H₂, H₂O, CO₂ и CH₄ по методу Редхеда. Показано, что при вторичном нагреве спустя 5 суток покоя в условиях вакуума наблюдается восстановление пиков водорода, появление новых высокотемпературных пиков воды и образование метана, отсутствовавшего при первичном нагреве. Для сплава Ti-V все десорбционные процессы смещены в область более низких температур (максимум 550°C) с энергией активации 2,52 эВ против 3,62 эВ для чистого титана. Установлено, что за время выдержки при комнатной температуре геттеры сорбируют водород, кислород- и углеродсодержащие газы из остаточной атмосферы, причем сорбированные компоненты вступают в химическое взаимодействие в объеме материала с образованием гидридных, карбидных и гидроксильных фаз. Полученные количественные данные могут быть использованы для оптимизации режимов тренировки геттеров, прогнозирования срока службы электровакуумных приборов и диагностики причин их отказов.
Ключевые слова: термодесорбционная спектроскопия, геттер, титан, титан-ванадиевый сплав, энергия активации, десорбция, сорбция, электровакуумные приборы, метод Редхеда

Д.В. Беспалов, О.А. Голованова
ФГАОУ ВО «Омский государственный университет им. Ф.М. Достоевского»

Аннотация: Комплексное применение квантово-химических методов функционала плотности (DFT/B3LYP) в базисе 6-31G(d,p) и полуэмпирического GFN2-xTB, позволили достоверно построить модель изолированной молекулы комплекса цинка с глицином. Оптимизирована структура, рассчитаны термодинамические характеристики и инфракрасный спектр, исследуемого соединения. С помощью потенциометрического титрования, по методике Кальвина-Мельхиора, определены константы устойчивости комплексов в системе цинк-глицин. Синтезирован соединение ZnGly₂. Методами комплексонометрии и формольного титрования подтверждено мольное соотношение в комплексе цинк-глицин равное 1:2. Приведены инфракрасные спектры синтезированного соединения. Сравнение инфракрасных спектров экспериментальных и теоретических результатов подтвердило адекватность и сходимость выбранных квантово-химических методов. Методом рентгенофазового анализа определили вероятный состав комплекса, а также и рассчитали параметры элементарной ячейки методом дихотомии, и через расчёт ван-дер-ваальсовых объёмов атомов, подтвердили наличии молекулы воды в кристаллической решётке, определён средний размер кристаллитов по методу Селякова – Шеррера. Полученные данные расширяют представления о координационной химии цинка и создают основу для рационального дизайна биоактивных соединений, направленных на регуляцию гомеостаза. Данные могут быть использованы для предотвращения паталогий, связанного с нарушением метаболизма цинка и формированием наноразмерных агрегатов.
Ключевые слова: синтез, аминокислоты, комплексы цинка, глицин, молекулярное моделирование

А.В. Шишулин, А.В. Шишулина
ФГБОУ ВО «Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева»

Аннотация: Комбинированные генераторы случайных чисел, сочетающие быструю генерацию псевдослучайных последовательностей и аппаратные источники энтропии, имеют массу практических приложений в сфере моделирования стохастических процессов, машинном обучении и  информационной безопасности. В работе продемонстрирован метод генерации псевдослучайных последовательностей на основе физической модели процесса диффузии частицы в наноразмерной периодической структуре с нелинейным потенциалом и тепловым шумом, выступающими источником динамического хаоса. Последовательность термически активированных переходов между минимумами потенциала носит нерегулярный и хаотический характер, генерация результирующей последовательности осуществляется на основе оцифровывания стохастического блуждания частицы по энергетическому ландшафту наноструктуры. Диффузия частицы в наноструктурированной среде описывается уравнением Ланжевена, интегрируемого методом Верле. Приведена программная реализация предложенного алгоритма на языке программирования Ruby. Полученные результаты демонстрируют потенциал использования «псевдофизического» подхода, основанного на нелинейных потенциалах различной физической природы, в качестве работоспособной альтернативы «чисто математической» методологии в задачах генерации наборов случайных чисел.
Ключевые слова: наноструктуры, диффузия, нелинейный потенциал, динамический хаос, псевдослучайные числа

В.А. Михалевский¹, А.А. Бурцев¹, В.В. Ионин¹, А.А. Невзоров^1,2, А.В. Киселев¹, Н.Н. Елисеев¹, А.А. Лотин^1,3
1 ФГБУ «Национальный исследовательский центр «Курчатовский институт»
² ФГАОУ ВО «Национальный исследовательский технологический университет «МИСИС»
³ ФГБОУ ВО «Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева»

Аннотация: В статье представлены результаты моделирования изменения электрического сопротивления мемристорной структуры за счет изменения структурного состояния активной области ячейки из фазоизменяемого материала Ge₂Sb₂Te₅, подвергнутой управляющему воздействию электрических импульсов. Продемонстрирована новая архитектура планарных мемристорных структур. На основе данных моделирования исследованной архитектуры мемристора описаны изменения температуры и фазовые превращения на основе классической задачи Стефана. Предложены оптимальные значения параметров управляющих электрических импульсов. Показано, что время изменения сопротивления практически не зависит от управляющих параметров после достижения порогового значения фазового перехода. Предложенная архитектура мемристорных структур демонстрирует преимущества в энергопотреблении и реализации многоуровневых резистивных состояний, что позволяет стать ключевым элементом технологий мемристоров нового поколения. Сочетание технологической простоты изготовления с сохранением функциональных характеристик, характерных для классического вертикального подхода, является решающим преимуществом, которое может обеспечить масштабируемость производства и коммерциализацию мемристоров нового поколения.
Ключевые слова: мемристор, халькогениды, фазоизменяемые материалы, тонкие пленки, аморфизация