Колонка редактора

Р.А. Магомедов, Э.Н. Ахмедов
Институт проблем геотермии и возобновляемой энергетики – филиал Федерального государственного бюджетного учреждения науки Объединенный институт высоких температур Российской академии наук

Аннотация: В работе представлен расчёт изотерм уравнения состояния инертных газов: неона, аргона, криптона и ксенона в интервале температур от 500 до 3000 К. Расчёт произведён при помощи математической модели на основе фрактального уравнения состояния, которая ранее показала высокую эффективность при расчёте P-ρ-T свойств других веществ. Полученные результаты хорошо согласуются с литературными справочными данными. Определена зависимость подгоночного параметра α фрактального уравнения состояния от плотности для различных температур. Обнаружено, что для неона, криптона и ксенона плотностная зависимость α невелика, однако заметна температурная зависимость. Для аргона наоборот: плотностная зависимость α выражена сильнее, а температурная зависимость практически отсутствует. Для оценки эффективности фрактального уравнения состояния, произведен сравнительный анализ точности расчета по сравнению с классическим уравнением состояния реального газа. Показано, что точность классического уравнения уменьшается с увеличением давления. Фрактальное уравнение имеет высокую точность расчёта на всём исследуемом диапазоне температур и давлений.
Ключевые слова: математическое моделирование, фрактальное уравнение состояния, теплофизические свойства инертных газов, неон, аргон, криптон, ксенон, интегро-дифференцирование дробного порядка, программный расчётный модуль

А.А. Мисоченко, О.Е. Корольков
ФГБУН «Институт машиноведения им. А.А. Благонравова РАН»

Аннотация: Проанализировано тепловое действие импульсного тока при растяжении в титане Grade 2 и Grade 4 в крупнозернистом и ультрамелкозернистом состояниях. В работе показана определяющая роль скважности тока при проявлении механизмов электропластического и тепловых эффектов. Показано, что в режиме одиночных импульсов (скважность 5000-10000) наблюдается соответствие начала температурного пика и скачка напряжений течения. В режиме многоимпульсного тока (скважность 10) максимальные температуры линейно увеличиваются при повышении плотности тока выше 40 А/мм² и могут достигать порядка 170°С при плотности тока 100 А/мм². При скважности ниже 5000 тепловые эффекты становятся доминирующими механизмами. Представлены результаты сравнения проявления электропластического эффекта в крупнозернистом и ультрамелкозернистом титане Grade 4, которые демонстрируют структурную чувствительность эффекта к размеру зерен и позволяют прогнозировать тренд при их уменьшении в нанообласть. Проведено сравнение снижения напряжений течения под действием тока и при нагреве внешним источником, демонстрирующее наличии других вкладов в электропластический эффект помимо теплового. При этом тепловой вклад тока в снижение напряжения течения в ультрамелкозернистом титане меньше, чем в крупнозернистом.
Ключевые слова: электропластический эффект, растяжение, импульсный ток, титан, тепловой эффект импульсного тока

Е.С. Бурлаков¹, Д.В. Вишневецкий¹, Е.Э. Полякова¹, Д.В. Аверкин², А.А. Ефимов³, М.Ю. Алешина^3
1 ФГБОУ ВО «Тверской государственный университет»
² ФГУП «Всероссийский научно-исследовательский институт физико-технических и радиотехнических измерений»
³ ФГАОУ ВО «Московский физико-технический институт»

Аннотация: Методами УФ-видимой спектроскопии, динамического рассеяния света, электрофоретического рассеяния света, pH-метрии, просвечивающей электронной микроскопии и электронной дифракцией на выбранном участке было исследовано влияние солей серебра на процесс самосборки в водном растворе L-цистеин метилового эфира гидрохлорида. Нитратные и ацетатные системы визуально устойчивы после 2 месяцев при стоянии в покое в отсутствии света, в то время как нитритные начинают выпадать в осадок уже через пару дней. На УФ-спектрах не фиксируются характеристические полосы поглощения, при этом область рассеяния отсутствует, что говорит о стабильности и гомогенности образцов. Согласно значениям дзета-потенциала оказалось, что наиболее стабильными являются растворы с соотношениями L-цистеин метиловый эфир гидрохлорид:соль серебра 1:1,5 и 1:1,75 в обеих системах. Результаты динамического рассеяния света показали, при недостатке ионов серебра образуется малое количество наночастиц, а в избытке ионов серебра их достаточно для определения размеров частиц. Результаты измерения водородного показателя различны для ацетатной и нитратной систем. Данные электронной микроскопии и дифрактографии показывают, что в полученных системах формируются аморфные полидисперсные наночастицы сферической формы размерами от 5 до 60 нм, а некоторые достигают 200 нм.
Ключевые слова: L-цистеин метиловый эфир, нитрат серебра, нитрит серебра, ацетат серебра, самосборка, наноструктурированные системы

А.М. Рихмайер, Е.М. Чернова, Ю.Д. Орлов, М.А. Рихмайер
ФГБОУ ВО «Тверской государственный университет»

Аннотация: Выполнен систематический анализ топологии электронной плотности позиционных изомеров монохлорантрацена. Расчеты реализованы в рамках теории функционала электронной плотности B3LYP с базисом 6-311G. Анализ полученной электронного строения осуществлялся с использованием квантовой теории атомов в молекуле. Установлено, что положение атома хлора оказывает влияние на распределение электронной плотности в антраценовом ядре, что проявляется в изменении значений атомных зарядов и объемов, энергиях ионизации и сродства к электрону. Показано, что 9-хлорантрацен характеризуется максимальной делокализацией электронной плотности, максимальной энергией сродства к электрону и минимальной энергией ионизации, что предсказывает высокую подвижность носителей заряда. Полученные результаты демонстрируют эффективность использования дескрипторов электронной топологии для предсказательного дизайна органических полупроводников на уровне изолированной молекулы.
Ключевые слова: монохлорантрацен, QTAIM, топология электронной плотности, позиционная изомерия, молекулярная электроника, органические полупроводники, энергия ионизации, энергия сродства к электрону, энергия ширины запрещённой зоны

В.В. Малашенко
ФГБНУ «Донецкий физико-технический институт имени А.А. Галкина»

Аннотация: В рамках теории динамического взаимодействия дефектов проанализировано надбарьерное движение краевых дислокаций в облучённом металле, который содержит радиационные точечные и наноразмерные дефекты (призматические дислокационные петли). Интенсивные внешние нагрузки порождают высокоскоростную деформацию облучённых металлов. В процессе высокоскоростной деформации дислокации разгоняются до высоких скоростей, их кинетическая энергия превосходит высоту потенциальных барьеров, которые порождаются структурными дефектами. При надбарьерном движении дислокаций энергия внешних воздействий переходит в энергию дислокационных колебаний. Этот механизм диссипации существенно отличается от механизма диссипации в области низких скоростей движения. Наличие щели в спектре колебаний дислокации оказывает существенное влияние на эффективность этого механизма. В данной работе рассматривается случай, когда щель порождается коллективным взаимодействием точечных радиационных дефектов. Получено аналитическое выражение, определяющее скоростную зависимость динамического предела текучести в облучённом металле. Предсказана новая область динамической неустойчивости дислокационного движения, обусловленная высокой концентрацией призматических дислокационных петель. Эта динамическая неустойчивость является причиной возникновения скачков пластической деформации. Получены аналитические выражения, определяющие границы области динамической неустойчивости. Выполнены численные оценки граничных значений.
Ключевые слова: облучённые металлы, дислокации, дислокационные петли, радиационные дефекты, высокоскоростная деформация

Н.А. Теплякова
Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И.В. Тананаева – обособленное подразделение ФГБУН Федерального исследовательского центра «Кольский научный центр РАН»

Аннотация: Исследованы температурные изменения в спектрах комбинационного рассеяния света в твердом растворе Li_0,015Na_0,985Ta_0,1Nb_0,9O₃ в низкочастотной области_, где располагаются полносимметричные либрации кислородных октаэдров как целого, колебания катионов Li, Na в кубооктаэдрических пустотах, а также колебания катионов Nb, Ta в октаэдрических пустотах в диапазоне температур 22-400°С. С увеличением температуры обнаружено значительное уширение линий спектра комбинационного рассеяния света, указывающее на разупорядочение структуры твердого раствора, при этом наблюдается «смягчение» (уменьшение частоты) линии в области 50-80 см^-1, соответствующей полносимметричным либрациям кислородных октаэдров как целого. Этом факт указывает на разориентацию в структуре твердого раствора Li_0,015Na_0,985Ta_0,1Nb_0,9O₃ кислородных октаэдров, при этом увеличиваются возможности для транспорта ионов Li при высокой температуре. В диапазоне 110-160 см^—1 обнаружено преимущественное уширение (по сравнению с остальными линиями спектра) и уменьшение интенсивности линий, соответствующих колебаниям катионов Na⁺ и Li⁺ в полиэдрах Li/NaО_12, указывающие на «плавление» подрешетки щелочного металла. Подобное поведение линий спектра комбинационного рассеяния света указывает на существование фазового перехода в состояние с суперионной проводимостью в исследованных твердых растворах Li_0,015Na_0,985Ta_0,1Nb_0,9O₃.
Ключевые слова: керамические твердые растворы, фазовый переход, суперионная проводимость, комбинационное рассеяние света

И.А. Сурков¹, Л.А. Пасечник², О.И. Гырдасова^2
1 ФГАОУ ВО «Уральский федеральный университет им. первого Президента России Б.Н. Ельцина»
² ФГБУН «Институт химии твердого тела Уральского отделения РАН»

Аннотация: Твердые растворы системы Er₂O₃/ScSZ синтезированы золь-гель методом с использованием этиленгликоля в качестве органического компонента, что обеспечивает высокую гомогенность распределения допантов в матрице ZrO₂. Термолиз промежуточного золя на воздухе при 700°C приводит к формированию составов Zr_0,8Sc_0,2-xEr_xO₂ (x = 0-0,04) на основе тетрагональной фазы t–ZrO₂. При температуре 1500 °C получены керамические образцы с относительной плотностью 96-98%. По данным рентгенофазового анализа в интервале x = 0-0,01 спеченная керамика представляет собой смесь кубической (c–ZrO₂) и ромбоэдрической (r–ZrO₂) фаз, а при x = 0,02-0,04 формируется однофазная кубическая структура. Сканирующая электронная микроскопия показывает хорошо спеченную микроструктуру с плотным прилеганием зерен друг к другу, поры являются закрытыми и имеют субмикронные размеры. Микротвердость варьируется на уровне 12,3-15,6 ГПа, что соответствует показателям традиционной технической керамики на основе ZrO₂. Содопирование эрбием почти в два раза увеличивает предел прочности на изгиб с 81,2 МПа (нелегированный ScSZ) до 150,2 МПа для состава Zr_0,8Sc_0,19Er_0,01O₂. Полученное значение превышает типичную прочность нестабилизированной керамики ZrO₂ и свидетельствует о выраженном упрочняющем действии эрбия. Данный эффект, обусловлен трансформационным механизмом упрочнения, а также снижением пористости и оптимизацией микроструктуры благодаря золь-гель синтезу. Для обеспечения стабильности термомеханических и термоэлектрических характеристик в условиях длительной и циклической эксплуатации предпочтителен уровень содопирования 2-3 мол.% Er (x = 0,02-0,03), при котором керамика имеет однофазную структуру c–ZrO₂, исключающую нежелательные фазовые переходы в рабочем диапазоне температур. При таком легировании достигается наилучшее сочетание прочности (~154 МПа) и микротвердости (~14,5-15,0 ГПа), что снижает риск деградации свойств. Таким образом, разработанные материалы Er₂O₃/ScSZ являются перспективными материалами для твердооксидных топливных элементов, обеспечивая высокую плотность, механическую прочность и фазовую стабильность.
Ключевые слова: скандий стабилизированный оксид циркония, содопирование, оксид эрбия, золь-гель синтез, микротвердость, прочность на изгиб

Г.П. Михайлов, Ю.Г. Воронова
ФГБОУ ВО «Уфимский университет науки и технологий»

Аннотация: Методами квантово-химического моделирования исследована температурная зависимость энергетического зазора субнанокластера (TiO₂)₁₅ в интервале от 10 до 900 К. В рамках теории функционала плотности (приближение M06/6-31G(d,p)) установлено, что субнанокластер (TiO₂)₁₅ имеет квазисферическую форму (симметрия C_2h, диаметр 0,9 нм), а его внутреннее ядро обладает атомным упорядочением рутила. Термостабильные структуры (TiO₂)₁₅ были получены методом неэмпирической молекулярной динамики с использованием схемы распространения атомно-центрированной матрицы плотности (Atom-Centered Density Matrix Propagation). Для каждой температуры рассчитывался энергетический зазор E_gap между нижней вакантной и высшей занятой молекулярными орбиталями с использованием приближения M06/6-31G(d,p). Выполнен анализ полученных данных в рамках модельных зависимостей E_g(T), разработанных для кристаллических тел. Установлено качественное подобие температурных зависимостей E_g(T) кластера (TiO₂)₁₅ и объемных полупроводников, а именно, нелинейное монотонное уменьшение с ростом температуры. С ростом температуры обнаружен значительный ангармонизм колебаний кластера (TiO₂)₁₅, а также выявлена различная температурная чувствительность молекулярных орбиталей O 2p (высшая занятая молекулярная орбиталь) и Ti 3d (низшая виртуальная молекулярная орбиталь), причем орбитали титана проявляют слабую зависимость. Наиболее адекватные и физически интерпретируемые результаты получаются при использовании модели О’Доннелла-Чена, которая учитывает квантовый характер колебаний субнанокластера и позволяет определить среднюю энергию колебательных мод, определяющих температурную зависимость энергетического зазора.
Ключевые слова: нанокластер, диоксид титана, теория функционала плотности, энергетический зазор

Д.В. Вишневецкий¹, Е.Э. Полякова¹, Д.В. Аверкин^2
1 ФГБОУ ВО «Тверской государственный университет»
² ФГУП «Всероссийский научно-исследовательский институт физико-технических и радиотехнических измерений»

Аннотация: Исследовано влияние химической природы солей серебра (нитрат серебра, нитрит серебра, ацетат серебра) – прекурсора для синтеза цистеин-серебряных золей – на поведение последнего при различных значениях кислотности среды. Визуальный анализ выявил схожее поведение всех систем: изменение pH среды от кислого значения к щелочному в цистеин-серебряных золях ведет к переходу от гомогенного раствора к мутному и снова гомогенному. С использованием методов турбидиметрического титрования и электрофоретического рассеяния света (измерения дзета-потенциала) было показано, что все системы обладают изоэлектрической точкой, величина которой зависит от предыстории приготовления образца — химической природы соли серебра. Такое поведение связано с наличием амино и карбоксильных групп, расположенных на поверхности наночастиц цистеин-серебряных золей. На основе предыдущих результатов и данных, полученных в настоящей работе, была предложена структура наночастиц, формирующих соответствующий золь.
Ключевые слова: цистеин-серебряный золь, рН, изоэлектрическая точка, мутность, дзета-потенциал