Колонка редактора

Н.Е. Малышева¹, Е.В. Дьякова², О.В. Малышкина^2
1 ФГКВОУ ВО «Военная академия воздушно-космической обороны им. Маршала Советского Союза Г.К. Жукова» МО РФ
² ФГБОУ ВО «Тверской государственный университет»

Аннотация: Авторами проведен сравнительный анализ комплексной диэлектрической проницаемости пористой (10 объемных % пор) керамики ниобата натрия–лития с результатами компьютерного моделирования. Для расчета за основу бралась формула Коул–Коула, в которой учитывалось наличие различных механизмов релаксационных процессов в низкочастотной (линейная дисперсия) и среднечастотной области, для учета смешанной поляризации добавлялась дополнительное слагаемого из формулы Дебая, поляризации резонансного типа – слагаемое учитывающее фактор затухания. Моделирование осуществлялось с учетом проводимости и без. Для учета вклада проводимости в динамический диэлектрический отклик использовалось выражение σ* = (ε″ + iε′)ε0ω. Показано, что линейный участок частотной зависимости в диапазоне от 50 Гц до 1 МГц одинаково хорошо описывается как с учетом проводимости, так и без. В тоже время поведение диэлектрического отклика пьезоэлектрической керамики в высокочастотной области, в которой наблюдаются резонансные эффекты, и низкочастотной области, где преобладает миграционная поляризация, значительно лучше описывается с учетом вклада проводимости в диэлектрический отклик системы.
Ключевые слова: пьезоэлектрическая керамика, комплексная диэлектрическая проницаемость, комплексная проводимость, диэлектрическая спектроскопия

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

Аннотация: Стабильность высокоэнтропийных сплавов, в том числе эквиатомных и неэквиатомных микро- и наноструктурных высокоэнтропийных сплавов актуальна при создании устойчивых многокомпонентных композиций с повышенными рабочими характеристиками. Реализация таких материалов возможна механическим легированием, магнетронным распылением, а также и электрохимическим методом с применением стратегии «сверху вниз и снизу в верх» при умеренных температурах < 200°C с контролируемым получением как микро- от 0,5 до 20 мкм, так и наноразмерных ВЭС с частицами от 2 до 10 нм. Хорошо изученная зависимость для классических сплавов «структура-свойство» еще не совсем ясна для нано-ВЭС, но очевидно, что можно формировать превосходные механические характеристики подбором химических составов и специальным режимом термообработки. Относительно химического состава, предъявляются требования, как к основным компонентам, так и к легирующим добавкам. Предварительно подбираются не только составы, но и методы синтеза высокоэнтропийных сплавов, включая ab initio (теория функционала плотности), нейросетевое прогнозирование и классическое МДмоделирование с возможными условиями формирования модельных образцов нановысокоэнтропийных сплавов, а также и производных вариантов. Полученные описания сравниваются с реальными методами синтеза высокоэнтропийных сплавов, к примеру, воздействия в различных синтетических средах.
Ключевые слова: многокомпонентные, аморфные и нанокристаллические сплавы, высокоэнтропийные сплавы и нано-высокоэнтропийные сплавы, деформационное упрочнение, ландшафт-локальные флуктуации, прочность, термостабильность, слоистые композиты, термодинамические расчеты

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

Аннотация: Впервые проведен расчет адсорбции атомов германия на поверхности грани (100) вольфрама методом функционала плотности. Подложка вольфрама была выполнена как 2D-слой. 2D-слой W моделировался суперъячейкой W(100) 2×2×2. Расчет электронной плотности состояния и энергии адсорбции атома Ge проводился для трех мест адсорбции атома Ge: в ямочной позиции, в мостиковой позиции между поверхностными атомами W и над поверхностным атомом W. Один атом Ge приходился на 8 поверхностных атомов W. Наиболее предпочтительно адсорбция атома германия в ямочной позиции. Энергия адсорбции составляет значительную величину: 6,38 эВ. Адсорбция атомов Ge приводит к незначительной реконструкции поверхности W: максимальный сдвиг атомов W не превышает 0,15 Å. Валентная зона 2D-слоя W(100) сформирована в основном W 5d электронами, с незначительным вкладом W 6s электронов. Зона Ge образована Ge 4p и Ge 4s электронами.
Ключевые слова: адсорбция, электронная структура, интерфейс, германий, вольфрам

Н.А. Клычков, Д.В. Курмашева, В.В. Симаков, И.В. Синёв
ФГБОУ ВО «Саратовский национальный исследовательский государственный университет им. Н.Г. Чернышевского»

Аннотация: В работе представлены результаты исследования отклика сенсоров газа на основе газочувствительных слоёв Cu:SnO₂ к парам этанола, ацетона и 2-пропанола. Измерены концентрационные зависимости отклика сенсора в различных температурных режимах для определения оптимальных режимов функционирования. Экспериментально определена температурная зависимость отклика сенсоров к парам анализируемых веществ. Зависимость теоретически обоснована с помощью предложенной математической модели, основанной на рассмотрении процессов переноса носителей заряда через потенциальные барьеры зерен поликристаллической полупроводниковой пленки в среде, содержащей кислород и анализируемый газ — восстановитель. В рамках модели, предполагается наличие для каждого сорта газа на поверхности SnO₂ собственных центров адсорбции. В работе показано, что модель может быть использована для расчета и прогнозирования результатов измерений газочувствительности сенсоров на основе активных слоев поликристаллических полупроводников. Результаты расчетов подтверждают, что такие энергетические параметры как глубина залегания примесного уровня и энергия связи с поверхностью индивидуальны для каждого вещества.
Ключевые слова: детектирование паров органических веществ, полупроводниковый сенсор газа, диоксид олова, температурная зависимость отклика, диссоциативная адсорбция

Е.С. Карташинская^1,2
1 ФГБНУ «Институт физико-органической химии и углехимии им. Л.М. Литвиненко»
² ФГБОУ ВО «Донецкий национальный технический университет»

Аннотация: Представленная работа посвящена рассмотрению мономеров ПАВ-близнецов с неионогенной гидрофильной частью и различной структурой мостика, соединяющего углеводородные цепи. В зависимости от типа мостика возможна реализация двух условных конформаций мономеров: с «растянутым» и «компактным» мостиком в случае гибкой этоксилированной или жирной углеводородной цепочки и только с «растянутым» жестким мостиком в случае наличия в нем ароматического кольца. Длина всех трех типов мостиков в случае «растянутой» их конформации примерно одинакова для рассматриваемых бис-ПАВ и позволяет вертикально внедряться в образующуюся полость двум молекулам углеводородов. «Компактная» же конформация гибких мостиков обеспечивает реализацию внутримолекулярных CH‧‧‧HC-взаимодействий между углеводородными цепями, которые не осуществляются в мономерах с «растянутой» конформацией мостика. Для выбранных конформаций мономеров были рассчитаны термодинамические параметры их образования. Для конформеров ПАВ-близнецов образование структур с «компактным» мостиком является более выгодным по энергии Гиббса за счет реализации внутримолекулярных CH‧‧‧HC-взаимодействий между гидрофобными цепями дифильного соединения. Сравнение вкладов внутримолекулярных CH‧‧‧HC-взаимодействий в энтальпию и энтропию образования бис-ПАВ с этиленоксидным мостиком в «компактной» конформации с аналогичными вкладами межмолекулярных CH‧‧‧HC-взаимодействий для диоксиэтилированных спиртов выявило хорошее согласование. Это показывает одинаковую природу CH‧‧‧HC-взаимодействий, возникающих как внутри молекулы с двумя углеводородными цепями, так и между двумя молекулами ПАВ с одной углеводородной цепью.
Ключевые слова: ПАВ-близнецы, мономер, энтальпия, абсолютная энтропия, энергия Гиббса образования, CH‧‧‧HC-взаимодействия

А.В. Котомкин, Ю.Д. Орлов
ФГБОУ ВО «Тверской государственный университет»

Аннотация: В рамках «квантовой теории атомов в молекулах» с помощью программного пакета Aimall рассчитаны заряды q и объемы V топологических атомов (А) и атомных групп (R) фторсодержащих молекул этанов C₂H_mF_k, где 0 ≤ m, k ≤ 6 и m+k = 8 и пропанов C₃H_mF_k, где 0 ≤ m, k ≤ 8, m+k = 8. Оптимизация геометрического строения и нахождение распределения электронной плотности ρ(r) молекул выполнены в программе GAUSSIAN 03 методом B3LYP с использованием базиса 6-311++G (3df,3pd) 6d 10f. Исследовано влияние атомов фтора на ближайшее окружение. Показано отсутствие переносимых (стандартных) функциональных групп в исследованных соединениях. Сделан вывод о непригодности для данного класса веществ аддитивных методов оценки свойств, не учитывающих различия в электронном строении. Энтальпии образования ΔfH⁰ фторэтанов и фторпропанов (всего 38 значений) рассчитаны составным методом G4. Проведено их сравнение с экспериментальными данными, получено удовлетворительное согласование между этими величинами. Результаты работы планируется использовать для разработкаддитивных моделей прогнозирования термодинамических и термохимических свойств органических фторсодержащих соединений.
Ключевые слова: индуктивный эффект, электроотрицательность, электронное строение, энтальпия образования, квантовая теория атомов в молекуле, электронная плотность, фторалканы, фторэтаны, фторпропаны

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

Аннотация: Данная публикация продолжает цикл наших работ, направленных на совершенствование методологии построения мезомасштабных моделей сетчатых полимеров и характеризации их физических свойств. В качестве объекта изучения выбрана система получаемая из эпоксидной смолы на основе диглицидилового эфира бисфенола А и отвердителя трикарбоновой жирной кислоты. Структура данной системы формируется в результате трех параллельных реакций. Для их корректного воспроизведения предложен алгоритм, позволяющий учитывать особенности взаимосвязи всех протекающих процессов. Построение модели системы выполнено посредством отображения химической структуры мономеров на эквивалентное мезомасштабное представление. Модель использовалась для изучения взаимосвязи между строением и механическими свойствами формирующихся сеток в зависимости от соотношения объемных долей сомономеров в исходной реакционной смеси. Все расчеты выполнены в рамках метода реакционной версии диссипативной динамики частиц. Структура полимерных сеток в построенных образцах была охарактеризована с помощью топологического анализа. Исследование механических свойств выполнено посредством построения зависимостей «напряжение-деформация». Полученные результаты демонстрируют хорошую корреляционную взаимосвязь между плотностью несущих нагрузку цепей и механическими свойствами формирующихся сеток. Показано, что наибольшей жесткостью обладают образцы материала имеющие наивысшую степень конверсии и плотность числа несущих нагрузку цепей.
Ключевые слова: сетчатые полимеры, мезомасштабное моделирование, диссипативная динамика частиц, механические свойства

А.Ю. Колосов, К.Г. Савина, С.А. Вересов, С.В. Серов, Д.Н. Соколов, Н.Ю. Сдобняков
ФГБОУ ВО «Тверской государственный университет»

Аннотация: Рассмотрены сценарии структурообразования в четырехкомпонентных наночастицах. В качестве объектов исследования выступали наночастицы Au-Cu-Pd-Pt, содержащие N=400, 800, 1200, 1600, 2000, 4000 атомов стехиометрического состава Au₃CuPd₁₂Pt₄. Использовались два альтернативных метода моделирования: молекулярной динамики и Монте-Карло. Взаимодействие между атомами описывалось потенциалом сильной связи. Определены температуры фазовых переходов для исследуемых наночастиц. Установлено, что температуры плавления и кристаллизации, зависят как от размера наночастиц, так и от скорости изменения температуры (при использовании метода молекулярной динамики). Скорость плавления наночастиц незначительно оказывает свое влияние на значение температуры плавления, тогда как увеличение скорости охлаждения существенно уменьшает температуру кристаллизации и замедляет процессы сегрегации. Проведено моделирование процесса коалесценции двух четырехкомпонентных наночастиц. В процессе коалесценции значительного перемешивания атомов разных сортов не происходит при использовании метода Монте-Карло, что приводит к некоторой остановке роста перешейка в точке контакта, в отличие от использования метода молекулярной динамики, где рост перешейка идет постепенно.
Ключевые слова: метод молекулярной динамики, метод Монте-Карло, потенциал сильной связи, четырехкомпонентные наночастицы, структурообразование, температуры плавления и кристаллизации

О.В. Девицкий^1,2
1 ФГБУН «Федеральный исследовательский центр Южный научный центр РАН»
² ФГАОУ ВО «Северо-Кавказский федеральный университет»

Аннотация: Представлено теоретическое исследование влияния концентрации висмута на структурные и электронные свойства твердого раствора GaAs_1-yBi_y с использованием теории функционала плотности в программном пакете VASP 5.4.4. Результаты исследования показали, что фундаментальная запрещенная зона GaAs_1-yBi_y  увеличение концентрации висмута приводит к увеличению постоянной решетки GaAs_1-yBi_y, что вызывает внутреннюю асимметрию и снижению длинны связи Ga-Bi. Показано, что при увеличении количества замещающих атомы As атомов Bi в узлах кристаллической решетки наблюдается искажение положения соседних атомов Ga и уменьшение длины связи Ga-As. Установлено, что эти изменения обусловлены влиянием соседнего атома Bi, который влияет на длину связи Ga-Bi и снижает её длину вплоть до 2,6133 Å при y равном 12,5%. Угол между связями Ga-Bi и Ga-Bi наоборот увеличивается при увеличении концентрации Bi и может достигать максимального значения в 110,9256°. Совокупность подобных структурных изменений кристаллической решетки GaAs_1-yBi_y в дальнейшем приводят к возникновению потенциальных дефектов в виде кластеризации атомов Bi или смещения атома Bi положение интерстиции. Установлено, что наиболее стабильной конфигурацией обладают суперячейки GaAs_1-yBi_y с концентрацией атомов Bi до 12,5%. Ширина запрещенной зоны твердого раствора GaAs_1-yBi_y уменьшается от 1,283 эВ до 0,712 эВ с увеличением концентрации висмута от 1,85 мол.% до 12,5 мол.%. Полученные значения ширины запрещенной зоны в целом близки к известным литературным данным. Это показывает, что прямая запрещенная зона этого сплава охватывает спектральную область от ближнего инфракрасного до инфракрасного диапазона.
Ключевые слова: III-V-Bi, GaAs1-yBiy, электронная структура, теория функционала плотности, ширина запрещенной зоны

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

Аннотация: Хорошо известно, что абсорбция газа полупроводниковой поверхностью приводит к изменению ее электрической проводимости. Это явление стало основой для технического производства различных газочувствительных сенсоров. Вблизи поверхности частицы из-за абсорбции и последующей ионизации молекул кислорода образуется поверхностная зона, обедненная свободными носителями заряда. Толщина этой зоны сопоставима с Дебаевской длиной и зависит от давления кислорода на поверхность частицы. В зависимости от размера частиц и степени их соединения, между ними могут быть или проводящие контакты, или контакты типа барьера Шоттки. Все это приводит к различному виду взаимосвязи между проводимостью и концентрацией определяемого газа. Так как основой чувствительности являются химические реакции между поверхностью твердого тела и газовыми молекулами, то наиболее востребованными являются материалы с большим соотношением поверхности к объему и с большой степенью пористости, т.е. наночастицы. В представленной работе рассмотрены основные возможные механизмы абсорбции газовых молекул компактированными наночастицами и проведен их анализ.
Ключевые слова: абсорбция, полупроводники, нанокомпактированный материал, газовые сенсоры, моделирование