WWW.MASH.DOBROTA.BIZ
БЕСПЛАТНАЯ  ИНТЕРНЕТ  БИБЛИОТЕКА - онлайн публикации
 

Pages:   || 2 |

«Секция 1 ИЗУЧЕНИЕ МОЛЕКУЛЯРНОЙ СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ КОНДЕНСИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ УДК 538.913 А. Ю. АЛЕКСЕЕВ ФОНОННЫЕ СВОЙСТВА ОБЪЁМНОГО И ДВУМЕРНОГО КРИСТАЛЛОВ ДИСУЛЬФИДА МОЛИБДЕНА ...»

-- [ Страница 1 ] --

3

Изучение молекулярной структуры и свойств конденсированного состояния

Секция 1

ИЗУЧЕНИЕ МОЛЕКУЛЯРНОЙ СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ

КОНДЕНСИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ

УДК 538.913

А. Ю. АЛЕКСЕЕВ

ФОНОННЫЕ СВОЙСТВА ОБЪЁМНОГО И ДВУМЕРНОГО

КРИСТАЛЛОВ ДИСУЛЬФИДА МОЛИБДЕНА

Проведены расчёты фононных спектров и плотности состояний фононов в объёмном кристалле и в кристалле мономолекулярной толщины дисульфида молибдена. Проведено их сравнение с ранее опубликованными экспериментальными и теоретическими результатами. Получена наблюдающаяся в экспериментах зависимость частот фононов при переходе от объёмного кристалла к одному мономолекулярному слою .

Открытие необычных свойств графена, представляющего собой слой атомов углерода моноатомной толщины, образующих гексагональную кристаллическую решетку, дало новое направление в наук

е – изучение различных свойств двумерных кристаллов. Среди различных объёмных материалов можно выделить материалы, имеющие слоистую структура, в которой отдельные слои с гексагональной кристаллической решеткой связаны друг с другом слабо, а связь между атомами одного слоя сильна, как это имеет место в графите. В группу таких материалов со слоистой структурой входят дихалькогениды тугоплавких металлов (ДТМ) .

ДТМ образуют слоистые структуры вида X–Me–X (где X – атом халькогена (S, Se, Te), а Me – атом тугоплавкого металла (Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Mo, W)). При этом атомы халькогена расположены в двух плоскостях, между которыми находится плоскость из атомов металла, как показано на рисунке 1 .



Рисунок 1 – Слоистая структура объёмных дихалькогенидов тугоплавких металлов:

X – атом халькогена, Me – металла Некоторые ДТМ, в частности дихалькогениды молибдена и вольфрама, при понижении размерности до одного мономолекулятного слоя (монослоя) превращаются из непрямозонных полупроводников в прямозонные, в отличие от графена, который, как правило, является проводником. Ширины запрещённой зоны для монослоёв ДТМ лежат в пределах 1–2 эВ. Продемонстрирована возможность создания различных электронных и оптоэлектронных приборов на их основе [1] .

Целью данной работы является определение возможности моделирования фононных свойств данного класса материалов, с ограниченными вычислительными ресурсами, а также выявление закономерностей изменений фононных спектров и плотности состояний фононов при переходе от объёмного кристалла дисульфида молибдена (MoS2) к его монослою .

Моделирование фононных свойств исследуемых структур проводили с помощью программного пакета phonopy [2], а расчёт силовых констант осуществляли с использованием программного пакета Vienna Ab-initio Package Simulation (VASP) методом DFPT (density functional perturbation theory) [3]. Для корректного учёта вандер-ваальсовского взаимодействия между слоями использовали функционал optB86b-vdW [4] .

4 ФКС XXIV: материалы конференции. – Гродно: ГрГУ, 2016 Элементарная ячейка объёмного MoS2 включает в себя два слоя, транслирование которых во всех направлениях приводит к идеальной структуре кристалла MoS2. При моделировании свойств монослоя MoS2 элементарная ячейка состоит из одного такого слоя и слоя вакуума толщиной порядка 20 для предотвращения влияния соседних слоёв при трансляции ячейки. Предварительные расчёты показали необходимость использования ячеек, увеличенных в три раза в направлениях, параллельных плоскости слоёв, и отсутствие необходимости увеличения ячейки в направлении, перпендикулярном плоскости слоёв, как для объёмного кристалла, так и для монослоя. Такие ячейки носят название суперячеек 331 .



Рассчитаны фононные спектры и плотность состояний фононов для трёх случаев: для монослоя MoS2, для объёмного кристалла MoS2 без использования функционала для корректного учёта сил Ван-дер-Ваальса и для объёмного кристалла MoS2 с использованием функционала optB86b-vdW. Полученные частоты некоторых оптических мод в Г-точке представлены в таблице 1 .

–  –  –

Полученные результаты согласуются с результатами расчётов Molina-Sanchez и Wirtz [5], однако, при использовании функционала optB86b-vdW можно заметить относительно сильный сдвиг (около 10 см -1) частот оптических фононов в объёмном материале по отношению к частотам фононов в монослое. Данный эффект не согласуется с экспериментальными результатами [6] и результатами ранее проведённых расчётов [5] .

Поскольку в результатах расчёта без использования функционала optB86b-vdW данное смещение отсутствует, очевидно, что смещение вызвано применением функционала. Изучение и устранение данного смещения является объектом дальнейшего исследования .

Характер изменения частот фононов иллюстрируют две рамановские моды: E 2 g (E') и A1g (A1). Первой из них соответствуют колебания атомов молибдена и серы в плоскости слоёв, второй – колебания атомов серы перпендикулярно плоскости слоёв. Экспериментально полученные разности частот (E') – ( E 2 g ) и (A1) – (A1g) равны 2,2 см-1 и –4,6 см-1 [6], а рассчитанные нами – 4,3 см-1 и –1,8 см-1, соответственно. Таким образом, характер изменения частот мод согласуется с экспериментом. При переходе от объёмного кристалла MoS2 к одному монослою частота моды A1g уменьшается, что имеет логичное объяснение – при отсутствии влияния других слоёв атомы серы имеют большую «свободу движения», что обеспечивает уменьшение частоты их колебаний. Частота моды E 2 g, наоборот, увеличивается. Данная тенденция является менее очевидной, однако, её можно объяснить дальнодействующим кулоновским взаимодействием [5] .

Таким образом, установлено, что для моделирования фононных свойств MoS2 оказывается достаточным использовать суперячейки размером 331. Характер изменения рассчитанных фононных свойств при переходе от объёмного кристалла MoS2 к одному монослою согласуется с экспериментальными данными и ранее проделанными расчётами, что свидетельствует о правомерности выбранной модели расчета фононных свойств .

Список литературы

1. Electronics and optoelectronics of two-dimensional transition metal dichalcogenides / Q. H. Wang [and etc.]. // Nature nanotechnology. – 2012. – Vol. 7, № 11. – P. 699–712 .

2. Welcome to phonopy [Electronic resource]. – Mode of access: http://atztogo.github.io/phonopy/. – Date of access:





11.02.2016 .

3. Gonze, X. Perturbation expansion of variational principles at arbitrary order / X. Gonze // Phis. Rew. A. – 1995. – Vol. 52, № 2. – P. 1086–1094 .

4. Klimes, J. Van der Waals density functionals applied to solids / J. Klimes, D. R. Bowler, A. Michaelides // Phis. Rew. B. – 2011. – Vol. 83, № 19. – P. 195131–13 .

5. Molina-Sanchez, A. Phonons in single-layer and few-layer MoS2 and WS2 / A. Molina-Sanchez, L. Wirtz // Phis. Rew. B. – 2011. – Vol. 84, № 15. – P. 155413–8 .

Изучение молекулярной структуры и свойств конденсированного состояния

6. Anomalous Lattice Vibrations of Single- and Few-Layer MoS2 / C. Lee [and etc.]. // ASC Nano. – 2010. – Vol. 4, № 5. – P .

2695–2700 .

The phonon dispersion and density of phonon state of the MoS2 bulk crystal and its monolayer were calculated and analized .

The results are compared with the previously published experimental and theoretical data. The dependence of phonon frequency at the transition from bulk crystal to one monolayer, that observed in experiment was reproduced .

Алексеев Алексей Юрьевич, студент 4 курса факультета радиотехники и электроники, БГУИР, Минск, Беларусь, lucky.alexey94@gmail.com .

Научный руководитель – Борисенко Виктор Евгеньевич, доктор физико-математических наук, профессор, заведующий кафедрой микро- и наноэлектроники БГУИР, Минск, Беларусь, borisenko@bsuir.by .

УДК 550.47: 543.427.4 С. Н. АНУЧИН, Н. Н. КУРЬЯН

РЕНТГЕНОФЛУОРЕСЦЕНТНЫЙ АНАЛИЗ МИНЕРАЛЬНЫХ ВОД, РЕАЛИЗУЕМЫХ

В РОЗНИЧНОЙ СЕТИ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ

Приведено описание преимущества рентгеновского спектрофлуориметра и принцип его работы. Проведён сравнительный анализ нескольких типов минеральных вод, реализуемых в розничной сети Республики Беларусь, методом РФА. Полученные результаты могут быть использованы для гигиенического нормирования оптимальных концентраций в соотношении макро- и микроэлементного баланса питьевых вод и пищевого рациона различных регионов РБ .

В последнее время особое внимание уделяется методологии и принципам гигиенического нормирования оптимальных концентраций и соотношений макро- и микроэлементов в питьевой воде и пищевом рационе различных регионов РБ. Это используется в системной оценке причинно-следственных связей между состоянием здоровья и воздействием факторов среды обитания .

В лабораторных исследованиях применяется настольный лабораторный энергодисперсионный рентгенофлуоресцентный спектрометр ElvaX CEP-01 (рентгеновская трубка с золотым (Au) анодом) который утвержден БелГИМ как тип средств измерений «Спектрометры энергий рентгеновского излучения СЕР-01», который зарегистрирован в Госреестре под номером РБ 03 17 2616 10 и допущен к применению в РБ с 28.07.2005. Спектрометр создан для экспресс-анализа элементного состава веществ, находящихся в различных агрегатных состояниях. Для возбуждения характеристического излучения элементов в материале пробы используются тормозное излучение и характеристическое излучение материала анода. K-линии тяжелых элементов от родия до тантала принципиально могут быть возбуждены только с помощью тормозного излучения рентгеновской трубки. Элементы до молибдена возбуждаются Au K-излучением (энергия от 20,072 кэВ до 22,721 кэВ). Au K1-излучение с энергией 22,721 кэВ может возбудить элемент рутений. Легкие элементы до серы очень эффективно возбуждаются Au L-излучением с энергией от 2,694 до 2,834 кэВ[1] .

При проведении испытаний предоставленных образцов вод (таблица 1) применялась МВИ.МН 4092-2011 «Методика выполнения измерений массовой доли химических элементов бария, железа, кадмия, калия, кальция, кобальта, марганца, меди, никеля, свинца, серы, стронция, сурьмы, титана, хлора, хрома, цинка, циркония в почве и донных отложениях методом рентгено-флуоресценции с использованием спектрометра энергий рентгеновского излучения СЕР-01». Границы погрешности измерений (Р=0,95) по данной методике составляют ± 30,0 % при измерении массовой доли химических элементов .

Таблица 1 – Исследованные образцы минеральной и питьевой воды

–  –  –

Результаты проведенных исследований позволили дать сравнительную оценку макро-, микроэлементного состава минеральных вод, присутствующих на рынке РБ (таблица 2). Микроэлементный потенциал Изучение молекулярной структуры и свойств конденсированного состояния исследованных образцов питьевых и минеральных вод оценить на данном этапе исследований представляется преждевременным, т.к. физиологическая полноценность макро – и микроэлементного состава вод определяется достаточно ограниченными требованиями СанПин 10-124 РБ-99: указывается норматив физиологической полноценности питьевой воды (Ca – 0,25-130 мг/л (в пересчёте 7(10) ммоль/л.); K – 2-20 мг/л; Fe – 0,05-0,3 мг/л; Mn – 0,02-0,05 (0,1) мг/л; Zn – 0,05-5,0 мг/л.). Как видно из результатов исследования минеральных вод методом РФА по содержанию кальция образцы находились в пределах 39-57 мг/л, т.е. в диапазоне физиологической нормы. Это относится так же к уровню калия ( 1,7 мг/л). По содержанию железа ( 0,01 мг/л), марганца ( 0,05 мг/л), цинка ( 0,02 мг/л) мин. воды характеризуются их концентрацией ниже и на нижней границе физиологической полноценности. Исключение составляет минеральная вода «Нарочанская-3»

с содержанием цинка равным 0,25 мг/л т.е. соответствующим физиологической норме [2,3] .

Список литературы

1. БелГИМ [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.belgim.by/repair_si/?numer=3&page=19 .

2. СанПиН 10-124 РБ-99. Санитарные правила и нормы «Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества». – Минск : Министерство здравоохранения Республики Беларусь, 2000 .

3. ТН ВЭД ТС «Единые санитарно-эпидемиологические и гигиенические требования к товарам, подлежащим санитарно-эпидемиологическому надзору (контролю)». Глава II, раздел 9. «Требования к питьевой воде, расфасованной в ёмкости». – С. 850–862 .

The description of the advantages of the X-ray spectrofluorimeter and how it works. The comparative analysis of several types of mineral water sold in the retail network of the Republic of Belarus by XRF. The results can be used for hygienic regulation of optimal concentrations in the ratio of macro- and microelement balance of drinking water and diet of various regions of the Republic of Belarus .

Анучин Сергей Николаевич, аспирант физико-технического факультета ГрГУ им. Я. Купалы, Гродно, Беларусь, srg198838@gmail.com .

Курьян Николай Николаевич, аспирант физико-технического факультета ГрГУ им. Я. Купалы, Гродно, Беларусь, kurian90@mail.ru .

Научный руководитель – Ануфрик Славамир Степанович, доктор физико-математических наук, профессор, заведующий кафедрой лазерной физики и спектроскопии ГрГУ им. Я. Купалы, Гродно, Беларусь .

УДК 543.427.4: 631.454 С. Н. АНУЧИН, Н. Н. КУРЬЯН

ОЦЕНКА СОДЕРЖАНИЯ ТЯЖЁЛЫХ МЕТАЛЛОВ В АКТИВНОМ ИЛЕ ГОРОДСКИХ ОЧИСТНЫХ

СООРУЖЕНИЙ г. ГРОДНО И ВОЗМОЖНЫЕ ПУТИ ЕГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ

–  –  –

Кроме использования избыточных активных илов в качестве удобрения (возможно лишь после определенной его обработки, т.е.

после его кондиционирования), они еще используются во многих отраслях народного хозяйства:

1) в сельском хозяйстве: в качестве мелиоратора песчаных почв, повышая их плодородие; как компонент белково-витаминных кормов для с/х животных и птиц или для получения полноценной кормовой смеси, состоящей из кормовых дрожжей и активного ила;

2) в области промышленного производства: утилизировать жировые вещества для получения технического жира и консистентных смазок; использовать осадки сточных вод производственных предприятий в строительных и дорожных работах; получать технический витамин В12 для комбикормовой промышленности;

получать белковые вещества и аминокислоты; применяя сухую перегонку осадка, получать ценные химические продукты;

3) в области использования ила для получения газа в метантенках: получать тепловую, механическую и электрическую энергию; использовать газ для бытовых нужд или превращать его в заменитель бензина;

получать химические продукты [2] .

Следует отметить, что активные илы, образующиеся на станциях аэрации крупных городов с развитой промышленностью, часто загрязнены адсорбированными из сточных вод ионами тяжелых металлов .

Источниками загрязнения активного ила являются сточные воды металлургических предприятий черной и цветной металлургии, радиопромышленности, производств, имеющих в своем составе гальванические цеха. Все они сбрасывают свои недоочищенные от ионов тяжелых металлов сточные воды в городскую канализацию. В процессе биохимической очистки сточных вод активный ил, являясь хорошим сорбентом, обогащается солями тяжелых металлов (Zn, Pb, Cu, Cd, Cr, Ni и других). Использование в качестве органического удобрения, без предварительной детоксикации активного ила, представляет опасность для загрязнения почв металлами сверх ПДК и, как следствие, негативно влияет на качество и урожай сельскохозяйственной продукции .

В таблице 2 представлены результаты исследований состава активного ила городских очистных сооружений г. Гродно. Данные были получены методом РФА согласно методики МВИ.МН 4092–2011 «Методика выполнения измерений массовой доли химических элементов бария, железа, кадмия, калия, кальция, кобальта, марганца, меди, никеля, свинца, серы, стронция, сурьмы, титана, хлора, хрома, цинка, циркония в почве и донных отложениях методом рентгено-флуоресценции с использованием спектрометра энергий рентгеновского излучения СЕР-01» .

Таблица 2 – Валовое содержание некоторых элементов в активном иле городских очистных сооружений г. Гродно

–  –  –

Из полученных данных видно что в исследуемый период предельно допустимые концентрации превышены для молибдена ( 1.3–1.4 раза), бария ( 3 раз), ванадия ( 2 раза), мышьяка, сурьмы ( 9 раз), хрома ( 24 раз). Также отмечается падение до границ норм содержание ртути и свинца. Концентрация марганца за весь период наблюдений находится в пределах нормы. Также стоит отметить полное исчезновение из стоков кобальта в 2014 году (в 2012–2013 было превышение нормы в 4–10 раз). Из всего вышеперечисленного следует, что данный активный ил сильно загрязнен тяжёлыми металлами и не может быть использован в качестве удобрения, т.к. нуждается в очистке.

В настоящее время наиболее часто на практике используются следующие способы очистки:

- термический (автоклавный гидролиз, сжигание). Недостаток - требуется очистка выбрасываемых газов, возникают трудности с дополнительной очисткой образующихся суспензий в системе промывки газов;

- ионообменный с последующей сильнокислотной обработкой и химическое выщелачивание концентрированными кислотами и щелочами. Недостаток - использование дорогостоящих реагентов, большая продолжительность процесса, образование вторичных кислых стоков [5]. Указанные недостатки могут быть решены с использованием биосорбционного комплекса, включающего высшую водную растительность и природный ионообменный сорбент, обеспечивающий десорбцию тяжелых металлов тем самым снижая их концентрации до допустимого уровня .

Список литературы

1. Яковлев, С. В. Водоотведение и очистка сточных вод : учеб. для вузов / С. В. Яковлев, Ю. В. Воронов. – М. : АСВ, 2004. – 704 с .

2. Евилевич, А. З. Осадки сточных вод. / А. З. Евилевич. – Л. – М. : Изд-во лит. по строительству, 1965 .

3. Тяжелые металлы в системе почва-растение-удобрение / под общ. ред. акад. МАЭН М. М. Овчаренко. – М. :

Пролетарский светоч, 1997. – 290 с .

4. Гигиенические нормативы 2.1.7.12-1-2004 «Перечень предельно допустимых концентраций (ПДК) и ориентировочно допустимых концентраций (ОДК) химических веществ в почве». – Минск : Министерство здравоохранения Республики Беларусь, 2004 .

5. Зыкова, И. В. Утилизация избыточных активных илов / И. В. Зыкова, В. П. Панов // Экология и промышленность России. – 2001. – № 12. – С. 29–30 .

A description of the possible ways in which the activated sludge municipal wastewater treatment plants in the national economy sectors. A study of the gross content of some heavy metals in the activated sludge treatment plant in Grodno during the 2012-2014 y. XRF method and the evaluation of the possibility of its use .

Анучин Сергей Николаевич, аспирант физико-технического факультета ГрГУ им. Я. Купалы, Гродно, Беларусь, srg198838@gmail.com .

Курьян Николай Николаевич, аспирант физико-технического факультета ГрГУ им. Я. Купалы, Гродно, Беларусь, kurian90@mail.ru .

Научный руководитель – Ануфрик Славамир Степанович, доктор физико-математических наук, профессор, заведующий кафедрой лазерной физики и спектроскопии ГрГУ им. Я. Купалы, Гродно, Беларусь .

УДК 543.427.4:621.373.8 С. Н. АНУЧИН

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ВРЕМЕННОЙ ФОРМЫ ВОЗДЕЙСТВУЮЩЕГО ЛАЗЕРНОГО

ИМПУЛЬСА НА ИЗМЕНЕНИЕ ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА ТОНКИХ ПОЛИМЕТАЛЛИЧЕСКИХ

ПЛЁНОК Экспериментально исследована модификация структуры поверхности и химический состав (методом РФА) металлов и тонких пленок при различных режимах их лазерной обработки. Показано, что при действии лазерного излучения на поверхность ряда металлов и тонких пленок существенно изменяется их химический состав. Характер изменений принципиально зависит от режима лазерной обработки материала .

Исследование взаимодействия лазерного излучения с веществом, ставшее актуальным практически одновременно с появлением лазеров, в наши дни является одним из приоритетных направлений в науке и уже привело к появлению ряда новых отраслей техники и технологий связанных с уникальными свойствами 10 ФКС XXIV: материалы конференции. – Гродно: ГрГУ, 2016 лазерного излучения: монохроматичностью, когерентностью, высокими плотностями энергии в импульсе, возможностью варьирования пятна фокусировки, точностью контроля интенсивности и длительности воздействия. Использование низкоэнергетичного лазерного излучения весьма перспективно для микро- и нанотехнологий. Как показано в работах [1, 2, 3], использование такого излучения с плотностью мощности, при которой не происходит заметных изменений на поверхности (104 – 105 Вт/см2), может приводить к изменению морфологии поверхности на микроуровне и микротвердости. Следует, однако, отметить, что механизмы указанного воздействия лазерного излучения еще недостаточно изучены. Раскрытие таких механизмов является актуальной задачей, поскольку позволит направленно модифицировать структуру и изменять физические свойства материалов .

Объектами исследования являлись тонкие пленки состава ZnCo, ZnNiCo и ZnNi, напыленные на стальную подложку. Схема экспериментальной установки представлена на рисунке 1: излучение рубинового лазера ГОРМ 1, работавшего в режиме свободной генерации (длительность импульса = 1,2 мс, l = 0,694 мкм), пройдя через фокусирующую систему 2, направлялось на исследуемый образец 3. Пятно фокусировки, создаваемое диафрагмой 4 и системой 2, имело диаметр 2 мм. Экспериментально определенный размер фокальной области (области каустики) системы 2 при использовании лазера 1 не превышал 2 мм. Часть лазерного излучения (~ 4 %) направлялась передней гранью стеклянного клина 5 в измеритель энергии ИМОН 6, входной зрачок которого был расположен в фокальной плоскости линзы 7. Плотность потока воздействующего излучения варьировалась от 104 до 5105 Вт/см2. Отражённое задней гранью клина 5 излучение направлялось на коаксиальный фотоэлемент ФЭК-14 8, сигнал с которого подавался на вход осциллографа С8-13 и использовался для регистрации временной формы лазерного импульса. Элементный состав образцов до и после облучения исследовался методом РФА с использованием рентгеновского спектрометра ElvaX СЕР-01 и специального ПО Elvax 2.6.8. Исследования показали, что содержание некоторых элементов в приповерхностном слое образца после неразрушающей лазерной обработки существенно изменяется .

Таблица 1 – Элементный состав пленки из ZnCo, напыленной на стальную подложку, до и после обработки излучением лазера ГОР-100М. Образец расположен на воздухе

–  –  –

После облучения элементный состав незначительно изменяется во всех случаях, причем в центре образца увеличивалось содержание материала подложки, а на краю образцов возрастала концентрация напыленных материалов (таблица 1) .

Изучение молекулярной структуры и свойств конденсированного состояния Таблица 2 – Элементный состав пленки из ZnNiCo, напыленной на стальную подложку, до и после обработки излучением лазера ГОР-100 М. Образец расположен на воздухе

–  –  –

Исследования показали, что содержание элементов в приповерхностном слое образцов с покрытием ZnNiCo на железной подложке после неразрушающей лазерной обработки незначительно изменяется. При этом на краю образца при воздействии излучения лазера, работающего в режиме свободной генерации, содержание материала подложки уменьшилось (таблица 2) .

Таблица 3 – Элементный состав пленки из ZnNi, напыленной на стальную подложку, до и после обработки излучением лазера ГОР-100М. Образец расположен на воздухе

–  –  –

После облучения элементный состав изменяется во всех случаях, причем в центре образца, где плотность потока излучения была значительно выше, изменения более существенны (таблица 3) .

Таким образом, в ходе импульсного воздействия лазерного излучения на тонкую полиметаллическую пленку её температура на короткий промежуток времени может существенно возрастать, что наряду с диффузией материала покрытия в подложку и материала подложки в покрытие может приводить к частичному испарению. Этому также способствует кратковременное повышение давления воздуха у поверхности мишени, могущее приводить к динамическим процессам (распространению упруго-пластических волн) в облучаемом образце .



Список литературы

1. Васильев, С. В. Изменения кристаллической структуры металлов под воздействием лазерного излучения / С. В. Васильев, А. Ю. Иванов, В. А. Лиопо // ИФЖ. – 2007 – Т. 80, № 5 – С. 12–18 .

2. Paustovsky, A. V. Use of laser technology for modification of material properties (a review) / A. V. Paustovsky, V. E. Shelud`ko // Funct. Mater. – 1999. – Vol. 6, No 5. – Pp. 964–976 .

3. Мирзоев, Ф. Х. Лазерное управление процессами в твердом теле / Ф. Х. Мирзоев, В. Я. Панченко, Л. А. Шелепин // УФН. – 1996. – Т. 166, № 1. – С. 3–32 .

An experimental investigation was a modification of the surface structure and chemical composition (by XRF) and metal thin films with different modes of laser processing. It is shown that significant changes under the action of laser radiation on the surface of some metals and thin films of chemical composition of the nature of the changes is fundamentally dependent on the laser material processing mode .

Анучин Сергей Николаевич, аспирант физико-технического факультета ГрГУ им. Я. Купалы, Гродно, Беларусь, srg198838@gmail.com .

Научный руководитель – Ануфрик Славамир Степанович, доктор физико-математических наук, профессор, заведующий кафедрой лазерной физики и спектроскопии ГрГУ им. Я. Купалы, Гродно, Беларусь .

12 ФКС XXIV: материалы конференции. – Гродно: ГрГУ, 2016 УДК 538.911 А. В. БАГЛОВ

ФОТОКАТАЛИТИЧЕСКАЯ АКТИВНОСТЬ НАНОСТРУКТУРИРОВАННОГО ДИОКСИДА ТИТАНА

НА АЛЮМИНИЕВОЙ ПОДЛОЖКЕ

Приведены результаты по фотокаталитической активности золь-гель сформированных покрытий из диоксида титана, содержащих наноразмерные частицы диоксида титана, микроразмерные частицы диоксида титана и их комбинацию .

Установлено, что наилучшей эффективностью обладают покрытия, содержащие одновременно нано- и микроразмерные частицы диоксида титана .

Диоксид титана (TiO2) считается практически идеальным полупроводником для использования в качестве фотокатализатора, благодаря его высокой стабильности, высокой фоточувствительности, приемлемой ширине запрещенной зоны, низкой стоимости, безвредности для человека и окружающей среды, а также высокой электронной проводимости [1,2]. Макроскопический диоксид титана принадлежит к числу наиболее часто используемых фотокатализаторов. Использование наноструктурированного диоксида титана повышает его удельную фотокаталитическую эффективность, однако роль размера частиц в этом не установлена в достаточной мере .

Целью наших исследований является сравнительный анализ фотокаталитической активности золь-гель сформированных покрытий из диоксида титана, содержащих наноразмерные, микроразмерные частицы эктого материала и их комбинацию .

Эксперименты проводили на подложках из алюминия марки АОН размером 16 мм25 мм0,9 мм .

Предварительная подготовка поверхности алюминия включала стандартные операции химической очистки от органических и неорганических загрязнений. Пленки TiO2 на поверхности алюминия формировали золь-гель метода с использованием одного из четырех составов золей. Первый состав включал 0,788 г .

тетраизопропоксида титана (Ti(i-OC3H7)4) в качестве прекурсора и 7,4 г. смеси этанола (С2Н5ОН) и бутанола (С4Н9ОН) в весовой пропорции 1:1 в качестве растворителя. Во втором в этот золь добавляли порошок из наночастиц TiO2 Degussa P90 (фракция 25–30 нм). В третьем в золь добавляли порошок из микроразмерных частиц TiO2 (фракция 200–300 нм). В четвертом составе оба типа порошков смешивали в весовой пропорции 1:1. Массовая доля частиц диоксида титана в золе во всех случаях составляла 7,4 % .

Нанесение золя на образцы производили методом окунания: образцы вертикально погружали в золь на 60 сек., после чего извлекали со скоростью 10 мм/c. Затем осуществляли сушку образцов при 200 °С в течение 3 мин на воздухе. Последовательность операций погружения в золь, извлечения и сушки осуществляли 4 раза для формирования 4 слоев пленки TiO2. Для удаления остатков растворителя и кристаллизации TiO2 в фазе анатаза проводили термообработку при 500 °C на воздухе в течение 30 мин .

Структуру формируемых покрытий анализировали растровой электронной микроскопией (РЭМ) .

Фотокаталитическую активность оценивали по степени разложения тестового красителя Родамина В в его водном растворе с концентрацией 10 мг/л. Тестовый раствор без фотокатализатора и с четырьмя различными по структуре фотокаталитическими покрытиями на алюминиевой подложке обрабатывали УФ излучением ртутной газоразрядной лампы с длиной волны 365 нм. Время экспонирования составляло 60 мин. До и после облучения регистрировали спектр поглощения тестового раствора. В качестве критерия эффективности фотокатализатора использовали отношение интенсивностей пиков поглощения Родамина В в растворе без образца к пику в растворе облучавшемся с исследуемым фотокатализатором .

Электронно-микроскопическое исследование показало, что наиболее развитая поверхность фотокаталитического покрытия образуется из золя, содержащего одновременно нано- и микроразмерные частицы TiO2 – рисунок 1. Его кораллоподобная структура сформирована остовом из агломератов микроразмерных частиц с расположенными на них наночастицами .

Рисунок 1 – Структура покрытия, сформированного из золя с нано- и микроразмерными частицами TiO2 Подобные структуры формируются во всех случаях использования золя с порошкообразным диоксидом титана. При использовании золя с порошком Р90 структура покрытия более плотная, расстояние между отдельными агломератами минимально. Использование золя с порошком микроразмерных частиц диоксида Изучение молекулярной структуры и свойств конденсированного состояния титана формирует покрытие, подобное покрытию на рисунке 1, но с большей пористостью за счет отсутствия частиц Р90, заполняющих неоднородности, трещины, области между отдельными кристаллитами .

В покрытии, формируемом из золя без порошкообразного TiO2, подобных структур не наблюдается. В этом случае покрытие состоит из монолитных кристаллитов с типичными размерами 5 мкм5 мкм, отстоящих друг от друга на 1–2 мкм .

Наибольшую фотокаталитическую активность показали покрытия с нано- и микроразмерными частицами

– рисунок 2. Наименьшей эффективностью обладают покрытия без порошка в составе золя. Внесение порошка наночастиц Р90 повышает фотокаталитическую эффективность формируемого покрытия. Однако, эффективность ограничивается высокой плотностью размещения наночастиц Р90, затрудняющей протекание жидкости. Покрытие из микроразмерных частиц диоксида титана отличается большей эффективностью .

Удельная площадь поверхности в данном случае меньше, что и ограничивает эффективность. Покрытия, сформированные нано- и микроразмерными частицами, демонстрируют максимальную эффективность за счет оптимального сочетания удельной площади поверхности и высокой пористости .

Рисунок 2 – Степень обесцвечивания водного раствора Родамина В в присутствии различных фотокаталитических покрытий Таким образом установлено, что добавление в золь порошкообразного диоксида титана в виде нано- или микроразмерных частиц, а также их сочетания, изменяет структуру формируемых покрытий. Термообработка таких золей приводит к кристаллизации TiO2-ксерогеля и скреплению присутствующих в нем частиц диоксида титана. Использование смеси нано- и микроразмерных частиц диоксида титана позволяет сформировать покрытия с наибольшей площадью поверхности, что обеспечивает их максимальную фотокаталитическую активность .

Список литературы

1. Gupta, Shipra Mital. A review of TiO2 nanoparticles / Shipra Mital Gupta, Manoj Tripathi // Physical Chemistry – 2011. – V. 56, – № 16. – P. 1639–1657 .

2. Wang Chien Tsung. Titania nanocomposite thin films with enhanced photovoltaic efficiency: Effects of Ti-alkoxide sol and compact layer / Wang Chien-Tsung, Yen Chen-Feng // Surface & Coatings Technology. – 2012. – № 206. – P. 2622–2627 .

The results of the photocatalytic activity of the sol-gel formed TiO2 coatings containing nano-sized, micro-sized particles and there are resented. It was found the combined nano+micro coatings to demonstrate the highest photocatalytic activity .

Баглов Алексей Викторович, аспирант кафедры микро- и наноэлектроники БГУИР, Минск, Беларусь, Baglov_Alexey@tut.by .

Научный руководитель – Борисенко Виктор Евгеньевич, доктор физико-математических наук, профессор, заведующий кафедрой микро- и наноэлектроники, БГУИР, Минск, Беларусь, borisenko@bsuir.by .

УДК 533.9.082.5; 621.373.826; 621.793.79

БАЗЗАЛ ХОДОР, ЦИНЬ ХУНЧЖИ

ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССОВ ОБРАЗОВАНИЯ НИТРИДА АЛЮМИНИЯ В ПЛАЗМЕ

ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ СДВОЕННЫХ ЛАЗЕРНЫХ ИМПУЛЬСОВ НА АЛЮМИНИЕВЫЙ СПЛАВ Д16Т

В АТМОСФЕРЕ ВОЗДУХА

Проведены исследования влияния расфокусировки сдвоенных лазерных импульсов на формирование компонентного и зарядового состава в приповерхностной лазерной плазме Al методом лазерной искровой спектрометрии (ЛИС). Показана возможность как увеличения доли ионов алюминия различной зарядности в приповерхностной лазерной плазме, так и кластеров AlN при последовательном воздействии серии расфокусированных сдвоенных импульсов на мишень в воздухе .

14 ФКС XXIV: материалы конференции. – Гродно: ГрГУ, 2016 В настоящее время одним из материалов, перспективных и применяемых в микроэлектронике и оптоэлектронике в качестве диэлектрических теплоотводящих подложек, является нитрид алюминия (AlN) и керамические материалы на его основе. Нитриды металлов обладают необычным сочетанием свойств: AlN имеет высокую теплопроводность, сравнимую с теплопроводностью меди и серебра (до 260 Вт.м -1К-1) при высоких значениях электрического сопротивления (до 1014 Ом.см) и т.д. [1] .

До сих пор во многих технологиях азот используется в качестве инертного газа. Наиболее разработанными и изученными методами активации молекулы азота являются нагревание, ионизирующее излучение, действие катализаторов, электроразряд, а также сочетание этих методов. При тепловой активации молекулярного азота – нагревании до 3000 °С, степень диссоциации достигает 0,1 %. Другие методы активации являются неэффективными – КПД процесса не превышает 1–2 %. Таким образом, все это обуславливает поиск специальных условий реакции N2 или активированного азотного комплекса с металлами и представляет большой практический интерес [1]. В настоящее время для получения AlN в виде порошков или в составе тонких пленок и покрытий начинают применять методы лазерного воздействия на Al в атмосфере активированного азота под давлением [2] .

Анализ и целенаправленное изменение компонентного, зарядового и энергетического распределения состава лазерного факела возможно на основе дополнительного воздействия на первичную плазму дополнительного лазерного воздействия. При использовании схем и методов двухимпульсного лазерного воздействия при различных углах падения на мишень и плазму возможно одновременное проведение высокочувствительного спектрального анализа, контроля концентрации возбужденных и заряженных частиц плазмы и управлением составом плазмы, направляемой на подложку .

Цель работы состояла в том, чтобы показать возможность и определить условия для получения методом абляции сериями сдвоенных лазерных импульсов алюминиевых мишеней в воздушной атмосфере нанокластеров AlN для использования в технологиях получения нанокристаллов и напыления тонких пленок .

Для проведения исследований использовался лазерный многоканальный атомно-эмиссионный спектрометр LSS-1 (изготовитель СП «ЛОТИС ТИИ»). В качестве источника возбуждения плазмы в спектрометре используется двухимпульсный неодимовый лазер с регулируемыми энергией и интервалом между импульсами (модель LS2131 DM). Лазер может работать с частотой повторения импульсов до 10 Гц на длине волны 1064 нм. Длительность импульсов 15 нс. Временной сдвиг между сдвоенными импульсами может изменяться от 0 до 100 мкс с шагом 1 мкс. Динамика образования одного из продуктов взаимодействия атомов алюминия с азотом радикала AlN изучена нами по эмиссионным спектрам этой молекулы при воздействии серии одиночных и сдвоенных лазерных импульсов на алюминиевую мишень в атмосфере воздуха. Наиболее интенсивными электронно-колебательными полосами в эмиссионных спектрах являются полосы с длинами волн 508,05 и 512,3 нм .

При проведении экспериментальных исследований установлено, что наибольшая интенсивность полос наблюдается для интервала между импульсами 6–12 мкс. С использованием интервала 8 мкс нами проведено исследование процесса образования нанокластеров AlN от энергии импульсов в зависимости от расфокусировки их. Данные проведенных исследований приведены на рисунке 1 .

–  –  –

Как видно из полученных данных процесс образования нанокластеров AlN с увеличением энергии до 40 мДж увеличивается, а затем несколько уменьшается, в то же время зависимость от расфокусировки (плотности мощности) неоднозначна .

На рисунке 2а приведены зависимость интенсивность линии N II 399,5 нм в спектрах от расфокусировки и энергии импульсов. С использованием интервала 10 мкс и энергии 40 мДж нами проведено исследование процесса образования AlN в зависимости от номера, воздействующего на мишень импульса. Результаты проведенных исследований приведены на рисунке 2б .

Изучение молекулярной структуры и свойств конденсированного состояния

–  –  –

30000,0 53,5 20000,0 2000 10000,0 1000

–  –  –

При сопоставлении рисунков обращает внимание хорошая корреляция между возрастанием интенсивности полосы AlN и существенным уменьшением интенсивности линии Al III (452,92 нм) .

Как видно из данных, процесс образования нанокластеров AlN существенно увеличивается с увеличением глубины кратера. Наличие на поверхности оксидов алюминия ускоряет начало процесса образования как радикалов AlO, так и AlN. Наличие резкого временного порога скорости образования нанокластеров AlN указывает на то, что причину наблюдаемых явлений необходимо искать в особенностях изменения температурного и химического состава плазмы внутри образующегося достаточно глубокого канала .

Кратко рассмотрим возможные механизмы течения реакций. Кислород имеет преимущество в реакционной способности перед молекулой азота, к тому же энергия разрыва связей в молекуле O 2 составляет 493 кДж/моль, что в 2 раза меньше энергии диссоциации молекулы N2 (940 кДж/моль), порядок связи в которой равен 3. Даже при 3000 °С степень диссоциации молекул азота достигает всего 0,1 %. Молекула кислорода при действии электромагнитного излучения и высоких температур может переходить из парамагнитного триплетного состояния O2 (3g) в синглетное состояние O2 (1g), т. е. формирование нитридов происходит при фотохимической дезактивации кислорода его переводом в синглетное (неактивное) состояние, характеризующееся увеличением энтропии активации [1]. В нашем случае при формировании глубоких отверстий сдвоенными импульсами, происходит накопление аблированных микрочастиц и кластеров в атмосфере образующихся полостей. При этом воздействие последующего импульса, следующего через небольшой интервал времени, приводит к низкопороговому оптическому пробою воздуха, насыщенного микрочастицами металла, и появлению одновременно двух разнесенных в пространстве плазменных образований. В этом случае, появление плазменно-пылевой области приводит к созданию высокотемпературного плазменного облака высокого давления в пробитом канале. Последний эффект снижает активность кислорода, а активированный азот взаимодействует при высокой температуре в соответствии с его реакционной способностью, что и обуславливает увеличение скорости образования нитридов алюминия по сравнению с одиночными или редко повторяющимися импульсами [2] .

Таким образом, выполненные спектроскопические исследования характеристик приповерхностной лазерной плазмы, образуемой вблизи поверхности алюминия, при воздействии на нее последовательных расфокусированных сдвоенных лазерных импульсов на поверхность оксидированного алюминия показали возможность контроля и управления характеристиками плазмы и возможность получения необходимых концентраций и поступления AlN в плазму .

–  –  –

The paper presents a study into the defocusing effect of double laser pulses on the formation of the component and charge composition in the surface laser plasma of Al with the use of laser spark spectrometry (LSS). The possibility to increase both the portion of aluminum ions with different charges and of AlN clusters when a target is subjected to a series of defocused laser pulses in the air is demonstrated .

Баззал Ходор, магистрант физического факультета БГУ, Минск, Беларусь, bazzal_khoder_88@hotmail.com .

Цинь Хунчжи, студент 5 курса физического факультета БГУ, Минск, Беларусь .

Научный руководитель – Зажогин Анатолий Павлович, доктор физико-математических наук, профессор кафедры лазерной физики и спектроскопии физического факультета БГУ, Минск, Беларусь, zajogin_an@mail.ru .

16 ФКС XXIV: материалы конференции. – Гродно: ГрГУ, 2016 УДК 535.35; 533.9.082.5; 533.924; 621.373.8

БАЗЗАЛ ХОДОР, ЦИНЬ ХУНЧЖИ

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ РАСФОКУСИРОВКИ НА ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПРОЦЕССОВ

ПРОБИВКИ МЕТАЛЛОВ СДВОЕННЫМИ ЛАЗЕРНЫМИ ИМПУЛЬСАМИ

Экспериментально изучено влияние расфокусировки лазерного пучка на скорость пробивки отверстий и на процессы образования лазерной плазмы при воздействии мощных лазерных импульсов ( 108 – 5.1010 Вт.см-2) на поверхность мишени из алюминиевого сплава Д16Т в атмосфере воздуха. Показано, что при расфокусировке на 2 мм скорость пробивки на порядок уменьшается. Проведено краткое обсуждение полученных результатов .

Роль образующейся лазерной плазмы при импульсной лазерной абляции металлов является определяющей с точки зрения достижения эффективности их обработки. Несмотря на обилие результатов, есть еще и недостаточно освещенные вопросы. Одним из них является вопрос: как влияет расфокусировка сдвоенными лазерных импульсов (высокая частота повторения импульсов) на эффективность формирования отверстий в твердом теле .

При проведении экспериментов использовался лазерный многоканальный атомно-эмиссионный спектрометр LSS-1. Лазер может работать с частотой повторения импульсов до 10 Гц на длине волны 1064 нм .

Длительность импульсов 15 нс. Временной сдвиг между сдвоенными импульсами может изменяться от 0 до 100 мкс с шагом 1 мкс. Лазерное излучение фокусировалось на образец с помощью ахроматического конденсора с фокусным расстоянием 104 мм. Размер пятна фокусировки примерно 50 мкм .

Динамика развития пробоя отверстий исследовалась методом многоканальной атомно-эмиссионной спектрометрии при воздействии одиночных и сдвоенных лазерных импульсов на пластинку из алюминиевого сплава Д16Т (толщина 1 мм) при энергии 50 мДж, временном интервале 10 мкс и расфокусировки ± 8 мм в атмосфере воздуха .

Изменение интенсивности лазерного излучения на поверхности мишени достигалось за счет изменения радиуса лазерного пучка при вариации положения мишени по отношению к конденсору. Плюс соответствует увеличению расстояния, а минус соответственно уменьшению его .

Следует отметить, что удаление вещества с поверхности образца под действием лазерных импульсов наносекундной длительности происходит не только в результате испарения, но и при вытеснении расплава под действием давления паров и ударной волны из зоны облучения .

В случае абляции образца сдвоенными лазерными импульсами часть энергии первого импульса поглощается и идет на нагрев поверхности, а излучение второго импульса попадает на уже нагретую поверхность, что увеличивает поглощение излучения и соответственно повышает выход продуктов. Все эти процессы сопровождаются образованием бруствера, окружающего кратер. Исследования показали, что при больших энергиях импульсов высота бруствера может достигать 1,5-2 толщины испаряемого слоя. В связи с вышесказанным, глубина и поперечные размеры кратера измерялись методом оптической микроскопии, с помощью микроинтерферометра Линника МИИ-4 .

Результаты измерений размеров кратеров (площадей) в экспериментах и теоретических площадей для расфокусированного лазерного пучка представлены на рис. 1а. На рис.1б представлены результаты сравнения площадей .

Отношение Sэксп к Sтеор расчет экспер S, мкм2

–  –  –

Качественный анализ этих данных при естественном предположении о том, что количество выброшенного из кратера вещества связано с эффективностью воздействия лазерного излучения на мишень, приводит к выводу об изменении характера взаимодействия лазерного излучения с плазмой при переходе величины расфокусировки ± 2 мм. Обнаруженный эффект, по видимому, связан с изменением механизма действия Изучение молекулярной структуры и свойств конденсированного состояния лазерного излучения от чисто испарительного на крыльях, к смешанному, механизму испарения и вытеснения расплава под действием ударной волны при малой расфокусировке. При воздействии лазерного импульса большой плотности энергии (область расфокусировки меньше 2 мм) генерация ударной волны происходит под действием давления плазмы испаряемой части мишени, длительность которого равна или меньше длительности импульса. Время распространения ударной волны и образования кратера в конденсированной части мишени будет значительно превышать длительность лазерного импульса и может составлять в условиях данного эксперимента десятки и даже сотни наносекунд. В случае действия сдвоенных лазерных импульсов, под действием второго импульса вещество дополнительно будет поступать как в результате абляции, так и за счет выдавливания расплава давлением паров и ударной волны. Такой механизм еще более будет вероятен по мере увеличения глубины кратера. Об этом хорошо свидетельствует результаты, приведенные на рисунке 2 .

h, мкм

–  –  –

Рисунок 2 – Зависимость глубины кратера h на поверхности от величины расфокусировки Из приведенных результатов хорошо видно, что после расфокусировки на 2 мм скорость изменения глубины кратера существенно уменьшается .

Наличие резкого временного порога скорости абляции указывает на то, что причину наблюдаемых явлений необходимо искать в особенностях плазмообразования внутри образующегося достаточно глубокого канала при формировании отверстий сдвоенными импульсами, что вызывается накоплением аблированных микрочастиц и кластеров в атмосфере образующихся полостей .

При этом воздействие последующего импульса, следующего через небольшой интервал времени, приводит к низкопороговому оптическому пробою воздуха, насыщенного микрочастицами металла, и появлению одновременно двух разнесенных в пространстве плазменных образований. Одним из них является обычный факел лазерной плазмы на аблируемой поверхности и затем на дне формируемого отверстия, а другим

– плазменно-пылевое облако, также возникающее на оси лазерного пучка, но отстоящее от поверхности на определенное расстояние. В этом случае появление плазменно-пылевой области, отстоящей на определенное расстояние от поверхности, приводит с одной стороны к дополнительной экранировке, а с другой, по видимому более важной, к созданию высокотемпературного плазменного облака высокого давления, разлетающегося преимущественно по направлению отверстия. Последний эффект и обуславливает увеличение скорости пробивки по сравнению с одиночными или редко повторяющимися импульсами. Увеличение площади пятна при расфокусировке приводит как к существенному уменьшению плотности энергия на мишени, так и естественно к уменьшению вероятности испарения поверхности и образования ударной волны .

Результаты экспериментов по лазерной пробивке отверстий в металлах в воздухе расфокусированными сдвоенными лазерными импульсами показывают, что как в формируемых каналах, так и на поверхности образуется относительно долгоживущая область разряжения, что существенным образом сказывается на процессах плазмообразования под действием последующих лазерных импульсов, следующих через короткие интервалы времени (5–15 мкс). В результате линейная скорость абляции сфокусированными лазерными импульсами возрастает более чем на порядок по сравнению с расфокусированными на более чем ±1 мм .

Список литературы

1. Григорьянц, А. Г. Основы лазерной обработки материалов / А. Г. Григорьянц. – М. : Машиностроение, 1989 .

2. Реди Дж. Промышленное применение лазеров / Реди Дж. – М. : Мир, 1981 .

3. Климентов, С. М., Гарнов, С. В., Конов, В. И., Кононенко, Т. В. // Труды ИОФ им. А. М. Прохорова РАН. 2004 .

Т. 60. – С. 13–29 .

4. Гарнов, С. В., Климентов, С. М., Конов, В. И., Кононенко, Т. В., Даусингер Ф. // Квантовая электроника. – 1998. – Т. 25, № 1. – С. 45–48 .

18 ФКС XXIV: материалы конференции. – Гродно: ГрГУ, 2016 The effect of laser beam defocusing on the rate of hole punching and on the laser plasma formation, when the target made of the aluminum alloy D16T is exposed to high-power laser pulses ( 108 – 5.1010 W.cm-2) in the air, has been studied experimentally .

It has been shown that for 2-mm defocusing the punching rate is lowered by the order of magnitude. The obtained results have been summarized .

Баззал Ходор, магистрант физического факультета БГУ, Минск, Беларусь, bazzal_khoder_88@hotmail.com .

Цинь Хунчжи, студент 5 курса физического факультета БГУ, Минск, Беларусь .

Научный руководитель – Зажогин Анатолий Павлович, доктор физико-математических наук, профессор кафедры лазерной физики и спектроскопии физического факультета БГУ, Минск, Беларусь, zajogin_an@mail.ru .

УДК 543:621.35 Е. А. БЕЛЫЙ, Г. Г. САЗОНКО

АКТИВНЫЕ СРЕДЫ ЛАЗЕРОВ НА ОСНОВЕ КОМПЛЕКСОВ ВКЛЮЧЕНИЯ

ФЕНАЛЕМИНА 160 С - И -ЦИКЛОДЕКСТРИНАМИ Были исследованы спектрально-люминесцентные и генерационные свойства красителя феналемин 160 (FN160) в комплексах включения с - и -циклодекстринами. Установлено, что комплекс включения с -CD является более эффективным, чем -CD, несмотря на меньший размер внутренней полости циклодекстрина. Эффективность генерации феналемина 160 с увеличением доли воды в растворе уменьшается, при этом увеличение концентрации циклодекстрина в том же растворе приводит к возрастанию энергии генерации .

Дальнейшее совершенствование перестраиваемых лазеров на красителях связано не только с поиском новых активных сред, но и с подбором оптимальных растворителей, обеспечивающих улучшение спектральных и лазерных характеристик ранее известных красителей. В этой связи молекулы циклодекстринов привлекают внимание возможностью их использования для модификации фотофизических и фотохимических свойств большого числа органических красителей путем образования комплексов включения. Характерной особенностью циклодекстринов является то обстоятельство, что они по внешней сфере гидрофильные, а по внутренней полости – гидрофобные, а также прозрачны во всей видимой спектральной области. Следовательно, использование циклодекстрина позволяет повысить, или сделать множество гидрофобных молекул красителей растворимыми в воде не внося дополнительных потерь .

Циклодекстрины различают по количеству остатков глюкозы, содержащихся в одной их молекуле. Так простейший представитель – -циклодекстрин – состоит из 6 глюкопиранозных звеньев. -циклодекстрин содержит 7, а -циклодекстрин – 8 звеньев. Именно эти три типа наиболее распространены и исследованы .

Структурные формулы данных циклодекстринов представлены на рисунке 1. Геометрические размеры различных производных CD составляют от 9 до 16. Это открывает возможность включать органические молекулы различных типоразмеров. Причем в зависимости от размера молекул, включение в полость циклодекстрина органической молекулы может быть полной или частичной. Степень вхождения красителя во внутреннюю полость циклодекстрина оказывает влияние на изменение спектрально-люминесцентных свойств .

Рисунок 1 – Структурные формулы данных циклодекстринов

Для включения во внутреннюю полость циклодекстринов был выбран известный лазерный краситель Феналемин 160. Приготовление комплексов включения проводилось методом термической активации, при которой водно-этанольный раствор красителей с циклодекстрином нагревался до 60С c последующим охлаждением. Концентрация красителей и циклодекстрина составляла 1:1 и 1:5 равнялась 0,510 -4 моль/л. В водно-этанольном растворе соотношение водной и этанольной составляющей составляло 1:1. Спектры поглощения и флуоресценции регистрировались с помощью спектрофлуориметра SOLAR СМ2203. В спектре поглощения при добавке -циклодекстрина обнаружено смещение на 2 нм, в спектре флуоресценции изменений не наблюдалось. Смещение спектра поглощения феналемина в комплексе включения обусловлено встраиванием красителя в гидрофобную полость циклодекстрина .

Изучение молекулярной структуры и свойств конденсированного состояния Для исследования генерационных характеристик комплексов включения красителей, использовался лазер с квазипродольным возбуждением и система измерения энергетических и спектральных характеристик генерируемого излучения аналогичная представленной в работе [1]. В качестве источника наносекундной когерентной накачки использовалась 2-я гармоника Nd:YAG-лазера LS-2147, производства Lotis TII .

Параметры излучения накачки: =532 нм, длительность импульсов по полувысоте =16 нс. Излучение накачки фокусировалось на кювету с раствором в пятно размером ~4 мм. Энергии накачки и генерации регистрировались измерителем ИМО-2Н. Спектры генерации регистрировались при помощи дифракционного спектрографа ДФС-8. Оптические плотности растворов красителей измерялись при помощи спектрофотометра СФ-26 (таблица 1). Использовались различные соотношения краситель: циклодекстрин и вода: этанол .

Как видно из представленных в таблице 1 данных, увеличение доли воды в растворе комплекса включения не приводило к заметному смещению спектра генерации в случае с -циклодекстрином, а для -циклодекстрина спектр генерации смещался в длинноволновую область на 2-4 нм. Рост концентрации для обоих циклодекстринов не приводил к сколь-нибудь заметному изменению спектра генерации. При соотношении растворителей вода: этанол равном 3:1 (без добавки циклодекстринов) спектр генерации феналемина 160 смещался в длинноволновую область на 3–5 нм .

Таблица 1 – Оптические плотности D и ширина спектра генерации активных сред на основе комплексов включения феналемина 160 с - (-CD) и -циклодекстрином (-CD)

–  –  –

При исследовании генерационной эффективности комплексов включения установлено, что добавка -CD приводила к значительному снижению эффективности генерации феналемина 160 (в два и более раза) при соотношении растворителей 1:1. В случае соотношения растворителей 3:1 и 5:1 добавка -CD понижала энергию генерации на небольшую величину, относительно водно-этанольного раствора красителя. Что позволяет предположить что добавка -CD позволяет уменьшить негативное влияние воды в растворителе. При соотношении краситель: циклодекстрин 1:5 была получена наименьшая энергия генерации, но при увеличении доли воды в соотношении растворителей большее количество циклодекстрина было более энергетически выгодным. Для комплекса включения с - циклодекстрином рост процентного содержания воды в растворе также приводил к снижению эффективности генерации (с 25 до 14 мДж). Добавка -CD снова приводила к снижению энергии генерации, однако при росте доли воды в соотношении растворителей снижении энергии было не так значительно .

Установлено, что комплекс включения с -CD является более эффективным чем - CD, несмотря на меньший размер внутренней полости циклодекстрина. Эффективность генерации феналемина 160 с увеличением доли воды в растворе уменьшается, при этом увеличение концентрации циклодекстрина в том же растворе приводит к возрастанию энергии генерации. Установлено, что добавка циклодекстринов ( и ) приводит к повышению фотостабильности красителя в 1,5–2 раза в зависимости от концентрации циклодекстрина .

20 ФКС XXIV: материалы конференции. – Гродно: ГрГУ, 2016 Список литературы

1. Ануфрик, С. С. Влияние вязкости среды на спектрально-люминесцентные и генерационные характеристики новых кумаринов / С. С. Ануфрик, В. В. Тарковский, Г. Г. Сазонко // Веснік ГрДУ імя Янкі Купалы. Сер 2. Матэматыка. – 2012. – № 2(129). – С. 111–119 .

Spectral-luminescent and generation properties of dye fenalemine 160 (FN160) in inclusion complexes with -and cyclodextrin were investigated. It is established that the inclusion complex with -CD is more effective than -CD, despite the smaller size of an internal cavity of a cyclodextrin. Efficiency of generation of a fenalemin 160 with increase in a share of water in solution decreases, thus the increase in concentration of a cyclodextrin in the same solution leads to increase of energy of generation .

Белый Евгений Александрович, студент 5 курса физико-технического факультета ГрГУ им. Я. Купалы, Гродно, Беларусь, bely2829213@mail.ru .

Научный руководитель – Ануфрик Славамир Степанович, доктор физико-математических наук, профессор, заведующий кафедрой лазерной физики и спектроскопии физико-технического факультета ГрГУ им. Я. Купалы, Гродно, Беларусь, anufrick@grsu.by .

УДК 537.311.33 В. Н. БЕЛЯЙ

МАГНИТОРЕЗИСТИВНЫЙ ЭФФЕКТ В ОКСИДЕ ЦИНКА, ИМПЛАНТИРОВАННОМ ИОНАМИ

КОБАЛЬТА, НА ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СТОРОНЕ ПЕРЕХОДА ДИЭЛЕКТРИК – МЕТТАЛ

Монокристаллические пластины оксида цинка имплантированы ионами Co+ с энергией 40 кэВ в интервале доз D = 5,0·1016 см–2 – 1,0·1017 см–2 при плотности ионного тока j = 4,0 мкA/см2. Изучены продольный и поперечный магниторезистивный эффект при разных углах между направлением магнитного поля и плоскостью проводящего канала и сканировании магнитного поля в двух направлениях до B = 0,5 Тл. Показано, что магниторезистивный эффект определяется аддитивным сложением положительной и отрицательной компонент с доминированием положительной в слабом и отрицательной в сильном магнитном поле, а угловая зависимость поперечного магнитосопротивления определяется сильным s-d взаимодействием в модифицированном слое .

Оксид цинка относится к одному из самых многообещающих материалов, которые могут сочетать свойства полупроводников с магнитным упорядочением. Легирование оксида цинка переходными металлами позволяет получать материал с температурой Кюри выше комнатной. В связи с этим следует ожидать его широкого применения в устройствах спинтроники и в устройствах магнитооптической записи и хранения .

Пластины оксида цинка имплантированы ионами Co+ с энергией 40 кэВ в интервале доз D = 5,0·1016 см–2 – 1,0·1017 см–2 при плотности ионного тока j = 4,0 мкA/см2. Для проведения электрических измерений на имплантированной стороне методом фотолитографии и напыления электрических контактов изготавливались структуры Ван-дер-Пау .

Проведенные ранее измерения температурной зависимости сопротивления этих образцов показали [1], что температурный коэффициент сопротивления имеет отрицательный знак, т. е. образцы находятся на диэлектрической стороне перехода диэлектрик-металл. Продольный и поперечный магниторезистивный эффект (МРЭ) измерялся в режиме генератора тока в постоянном магнитном поле с индукцией до B = ±0,5 Тл в поле резистивного электромагнита. Поперечный МРЭ измерялся при разных углах между направлением магнитного поля и плоскостью проводящего канала при T = 2,5 K. Измерения проводились на линейном участке вольтамперной характеристики. Величина относительного изменения сопротивления образца в магнитном поле (магнитосопротивление (МС)) определялась по формуле, которая в режиме генератора тока вытекает из закона

Ома:

R R( B) R0 U, (1) R0 R0 U0 где R(B) и R0 – сопротивление образца в магнитном поле и без поля, соответственно; U0 – падение напряжение на образце в отсутствие магнитного поля (B = 0); U – изменение падения напряжения на образце при помещении его в магнитное поле .

На рис. 1 и 2 показаны магнитополевые зависимости продольного (а) и поперечного (б) магнитосопротивления (МС), измеренного при разных углах 0 между направлением магнитного поля и плоскостью проводящего канала для доз имплантации 5,0·1016 см–2 – 1,0·1017 см–2. Видно, что независимо от ориентации направлений «ток–магнитное поле» в области слабых магнитных полей МРЭ положителен. При первой дозе имплантации он достигает максимальной величины в поле B 280 мТл, а для второй – более чем в 2 раза больше и в максимальном поле не достигает максимальной величины, а показывает только тенденцию к насыщению. При этом величина продольного и поперечного эффектов, когда магнитное поле параллельно плоскости проводящего канала (0 = 0), для обеих доз имплантации практически одинаковы, а увеличение угла Изучение молекулярной структуры и свойств конденсированного состояния между направлением магнитного поля и плоскостью проводящего канала приводит к уменьшению величины положительного магнитосопротивления (ПМС). С увеличением 0 максимум ПМС смещается в область слабых полей и для дозы 5,0·1016 см–2 даже в слабых полях наблюдается отрицательный МРЭ с немонотонной зависимостью (экстремум при B 100 мТл), когда магнитное поле перпендикулярно плоскости канала .

Рисунок 1 – Магнитополевая зависимость продольного (а) и поперечного (б) магниторезистивного эффекта оксида цинка, имплантированного ионами кобальта дозой 5,0·1016 см–2 при Т = 2,5 К и разных углах между направлением магнитного поля и плоскостью проводящего канала 0: 1 – 0; 2 – 30; 3 – 45; 4 – 60; 5 – 85; 6 – 90 Рисунок 2 – Магнитополевая зависимость продольного (а) и поперечного (б) магниторезистивного эффекта оксида цинка, имплантированного ионами кобальта дозой 1,0·1017 см–2 при Т = 2,5 К и разныx углах между направлением магнитного поля и плоскостью проводящего канала 0: 1 – 0; 2 – 30; 3 – 45; 4 – 60; 5 – 75; 6 – 80; 7 – 85, 8 – 90 При дозе имплантации 1,0·1017 см–2 и 0 = 80 ПМС достигает максимальной величины при B 100 мТл и при увеличении поля практически не изменяется, а в то время как при 0 = 90 наблюдается максимум при B 100 мТл, а в поле B 200 мТл МРЭ становится отрицательным .

Отмеченные особенности магнитополевой зависимости МРЭ свидетельствуют, что измеряемый эффект представляет собой сложение положительной и отрицательной компонент МС с разной зависимостью от магнитного поля. Вообще говоря, положительная компонента МС может вызываться действием силы Лоренца на движущийся носитель заряда [2], сжатием волновых функций электронов на примесных центрах [3], анизотропным магниторезистивным эффектом в случае магнитоупорядоченной среды или же проявлением обменного s-d взаимодействия в разбавленных магнитных полупроводниках [4]. Положительное МС в слабом магнитном поле не описывается квадратичной или экспоненциальной зависимостями, характерными для лоренцевского или прыжкового МС, а близость по величине продольного и поперечного эффектов при 0 = 0, т. е. когда магнитное поле параллельно плоскости проводящего канала, не позволяет связать ПМС с анизотропным магниторезистивным эффектом, хотя имплантированные кобальтом образцы могут проявлять ферромагнитные свойства. Изменение величины МС при вращении образца в магнитном поле нельзя связать с проявление классического размерного эффекта [5], так как это изменение противоречить геометрическому множителю Курта-Липпмана [6], а, возможно, связано с наличием сильного s-d-взаимодействия в модифицированном имплантацией слое оксида цинка .

Таким образом, в оксиде цинка, имплантированного ионами кобальта с диэлетрическим режимом переноса электрона обнаружен переход от положительного к отрицательному магниторезистивному эффекту при увеличении магнитного поля, также смена знака магниторезистивного эффекта с положительного на отрицательный при увеличении угла между направлением магнитного поля и плоскостью проводящего канала .

Это позволяет заключить, что магниторезиствный эффект в оксиде цинка, имплантированном ионами кобальта при прыжковой проводимости обусловлен не сжатием волновым функций электронов на центрах, а сильным обменным s-d – взаимодействием в модифицированном имплантацией слое .

Список литературы

1. Электрические и магнитные характеристики оксида цинка, имплантированного ионами кобальта / А. А. Харченко [и др.]. // Вестн. Белорус. гос. ун-та. Сер. 1, Физика. Математика. Информатика. – 2014. – № 1. – С. 20–25 .

2. Киреев, П. C. Физика полупроводников / П. С. Киреев. – М. : Высшая школа, 1975. – 583 c .

22 ФКС XXIV: материалы конференции. – Гродно: ГрГУ, 2016

3. Шкловский, Б. И. Электронные свойства легированных полупроводников / Б. И. Шкловский, А. Л. Эфрос. – М. : Наука, 1979. – 416 с .

4. Anisotropic magnetoresistance in ferromagnetic 3d alloys / T. R. McGuire [et al.]. // IEEE Trans. on Magnetics. – 1975. – Vol .

11, № 4. – P. 1018–1034 .

5. Effect of thermodynamic fluctuations of magnetization on the bound magnetic polaron in dilute magnetic semiconductors / T. Dietl [et al.] // Phys. Rev. B. – 1983. – Vol. 28, № 3. – P. 1548–1563 .

6. Der geometrieinflus auf den transversalen magnetischen widerstandseffekt bei rechteckformigen halbleiterplatten / H. J .

Lippman [et al.] // Zs. Naturforch. – 1958. – Vol. 13a, № 6. – P. 462–474 .

Monocrystalline plates of ZnO have been implanted with 40 keV Co+ ions to high fluences of 5,0·1016 см–2 – 1,0·1017 см–2 at ion current density j = 4,0 мкA/см2. Longitudinal and transverse magnetoresistive effect at different angels between magnetic field and modified conducting layer plane was measured at temperature T = 2,5 K in sweeping magnetic field up 0,5 K. It was shown that on the dielectric side of the insulator to metal transition positive in a weak and negative in a strong magnetic field components of magnetoresistance determine magnetoresistive effect. Аngular dependence of magnetoresistivity is determined not classic or quantum size effect but strong s-d exchange interaction in modified layer .

Беляй Вячеслав Николаевич, студент 5 курса физического факультета БГУ, кафедра физики полупроводников и наноэлектроники, Минск, Беларусь, Vyacheslavbelyai@gmail.com .

Научный руководитель – Лукашевич Михаил Григорьевич, доктор физико-математических наук, профессор кафедры физики полупроводников и наноэлектроники, Минск, Беларусь, Lukashevich@bsu.by .

УДК 535.37 М. В. БОБКОВА, Л. С. ЛЯШЕНКО

СПЕКТРАЛЬНЫЕ СВОЙСТВА ПЕРСПЕКТИВНЫХ ПРЕПАРАТОВ

ДЛЯ ФОТОТЕРАПИИ ПАРОДОНТИТА

Исследованы спектральные характеристики двух лекарственных форм – сок подорожника и настойка прополиса .

Проведен подбор источника излучения для проведения фототерапии пародонтических заболеваний с использованием фитопрепаратов. Изучена кинетика фотодеструкции исследуемых препаратов с различным содержанием действующего вещества под воздействием возбуждающего света .

Лечение тканей пародонта требуется при воспалении или инфицировании пульпы. Основной причиной воспаления пульпы является инфекция, т.е. бактерии, которые размножаются в кариозных полостях. В настоящий момент антисептические препараты, которые используются в этих случаях, не обеспечивают надлежащий эффект, лечение затягивается, часто требуются повторные сеансы и хирургические манипуляции .

Альтернативным методом, позволяющим ускорить лечение и снизить различные риски, является использование лекарственных препаратов в комбинации с воздействием лазерными источниками излучения. Лазерное излучение низкой интенсивности само по себе обладает оздоровительным действием, заключающимся, например, в дезинфекции корневого канала [1]. Применение фоточувствительных препаратов, увеличивающих антимикробное действие при облучении светом лазерного источника, позволяет получить максимальный эффект лечения парадонтита с минимальным инвазивным воздействием и практически безболезненно [2] .

Несмотря на обилие накопленных данных по применению фотоактивируемых препаратов в стоматологии, до сих пор нет их повседневного использования в общей практике. Данная работа предполагает использование фитопрепаратов для фототерапии пародонтических заболеваний внутри ротовой полости .

В работе исследованы спектральные характеристики двух лекарственных форм – сок подорожника и настойка прополиса. Выбор препаратов обусловлен наличием у них сильных фармакологических действий наряду с выраженным антисептическим эффектом. В качестве источника излучения использовалась светодиодная стоматологическая лампа которая используется для Ledex WL-070, полимеризации светоотверждаемых стоматологических материалов. Выбор источника излучения производился с учетом области максимального поглощения света исследованных лекарственных форм и непосредственно связан с применением данных ламп в стоматологических кабинетах, что позволит избежать закупки или разработку дорогостоящего источника излучения .

На первом этапе работы были зарегистрированы спектры поглощения исследуемых препаратов. Спектры поглощения в диапазоне 325–999 нм регистрировались с помощью однолучевого спектрофотометра PV 1251А фирмы SOLAR. Определены длина волны излучения светодиодной лампы и реальная выходная мощность, что позволило сделать вывод корректности использования данной лампы в качестве источника излучения. Спектр излучения регистрировался с помощью малогабаритного спектрометра МС-01В. Максимум в спектре излучения светодиодной лампы находится на длине волны 466 нм, измеренная выходная мощность равна 300 мВт .

Изучение молекулярной структуры и свойств конденсированного состояния Рисунок 1 – Спектр излучения светодиодной лампы. Вставка – Спектры поглощения сока подорожика (1) и настойки прополиса (2) Второй этап заключался в изучении кинетики фотодеструкции исследуемых препаратов с различным содержанием действующего вещества под воздействием падающего света с длиной волны 466 нм. На протяжении 250 с фотовоздействия регистрируется падение оптической плотности в несколько процентов .

Можно предположить, что во время облучения начинают развиваться химические реакции с образованием активных частиц .

–  –  –

Следовательно, проведенные эксперименты указывают на целесообразность проведения дальнейших исследований направленных на выяснение антимикробного действия исследуемых фитопрепаратов под действием возбуждающего света .

–  –  –

1. Wilson, M. Lethal photosensitization of biofilm grown bacteria. Proceeding of photochemistry : photodynamic therapy and other modalities III / M. Wilson // SPIE. – 1997. – Vol. 3191. – P. 68–78 .

2. Шахно, Е. А. Физические основы применения лазеров в медицине / Е. А. Шахно : – СПб. : НИУ ИТМО, 2012. – 129 с .

Spectral characteristics of the two dosage forms – juice of plantain and propolis infusion are investigated. Selection of light source for phototherapy periodontitis diseases are spend using herbal remedies. Has been studying the kinetics of photodegradation drugs with different content of the active substance under the influence of the exciting light .

Бобкова Мария Владимировна, студентка 3 курса физического факультета БГУ, Минск, Беларусь .

Научный руководитель – Ляшенко Людмила Сергеевна, кандидат физико-математических наук, доцент БГУ, Минск, Беларусь, lyashenko.asb@gmail.com .

24 ФКС XXIV: материалы конференции. – Гродно: ГрГУ, 2016 УДК 535.016 А. В. БОБРОВИЧ

ИНДИКАТРИСЫ ВТОРИЧНОГО СВЕЧЕНИЯ КВАНТОВЫХ ТОЧЕК CdSe/ZnS

У ПЛАЗМОННОЙ ПОВЕРХНОСТИ СЕРЕБРЯНЫХ ПЛЁНОК НА СЛЮДЕ

Исследованы индикатрисы вторичного свечения квантовых точек (CdSe/ZnS), осажденных у поверхности плазмонных пленок серебра, напылённых на слюдяные подложки при различных углах падения лазерного возбуждения с длиной волны 488 нм. Показано, что вторичное излучение практически не зависит от поляризации возбуждающего излучения. Также показано, что излучение на слюдяной подложке без серебряного покрытия не имеет выраженных угловых зависимостей и однотипно при различных углах возбуждения .

Локализация света является ключевой темой нанооптики. Предельная область удержания света, которая может быть достигнута при помощи объектива микроскопа и другой апертурной фокусирующей оптики высокого порядка ограниченна дифракционным пределом [1]. Дифракционный предел оптической микроскопии, как известно, преодолевается с использованием зондовой сканирующей микроскопии ближнего поля, послужившей толчком к становлению нового раздела оптики – наноплазмоники. Эта новая область оптики оперирует понятием поверхностных плазмон-поляритонов. [2]. Взаимодействие электромагнитного излучения с металлами в значительной степени определяется свободными электронами проводимости .

Согласно простой модели Друде свободные электроны колеблются с отставанием по фазе на 180° по отношению к вынуждающему электрическому полю. Как следствие, большинство металлов имеет отрицательную диэлектрическую проницаемость на оптических частотах, что проявляется, например, в их высокой отражательной способности. Взаимодействуя с электромагнитным полем оптического диапазона, газ свободных электронов в металле может поддерживать колебания поверхности и объемной плотности заряда .

Эти колебания заряда, имеющие определенные резонансные частоты, называются плазмонными поляритонами или плазмонами [1]. Данная особенность позволяет исследовать объекты, размеры которых много меньше длинны волны света. Выделяют три основных типа наноплазмонных структур: плазмонные кристаллы [3], резонансные плазмонные частицы [4] и плазмонные пленки [5]. Плазмонные пленки представляют собой тонкие (по сравнению с длиной волны света) нанотекстурированные, квазипериодические пленки металлов, в которых под действием света могут быть возбуждены как поверхностные, так и локализованные плазмоны (ЛП). Несмотря на непериодическую, в лучшем случае, лишь квазипериодическую и неоднородную морфологию поверхности, плазмонные пленки обладают рядом уникальных свойств и удобством в использовании. В первую очередь стоит отметить возможность плавной настройки их спектральных свойств к условию резонанса с осажденными хромофорами, что позволяет исследовать разные классы хромофоров в широкой области спектра. Благодаря нерегулярной структуре плазмонных пленок, проявляются особые свойства данных структур, а именно, одновременное возбуждение ППП и ЛП .

Целью данной работы является выявление особенностей вторичного свечения квантовых точек CdSe/ZnS, осаждённых на поверхности слюдяной подложки и выявление зависимости интенсивности вторичного излучения от угла падения света, поляризации и направления распространения (угла регистрации). Квантовые точки обладают уникальными характеристиками, которые позволяют использовать их в области высокочувствительной медицинской диагностики .

На рисунке 1 приведено изображение квантовой точки и спектры поглощения CdSe наночастиц для разных геометрических размеров (указаны в ангстремах у соответствующего спектра), а также их гипотетическое .

а – изображение квантовой точки, полученное с помощью электронного сканирующего микроскопа, б – спектры поглощения CdSe наночастиц для разных геометрических размеров Рисунок 1 Изображения квантовой точки и спектры поглощения квантовых точек Изучение молекулярной структуры и свойств конденсированного состояния На рисунке 2 приведены индикатрисы вторичного свечения квантовых точек CdSe/ZnS у плазмоннной поверхности серебряных плёнок на слюдяных подложках. Индикатрисы (а) и (б) при угле возбуждения 10°, а индикатрисы (б) и (г) при угле возбуждения 25°. Верхний ряд индикатрис показывает случай чистой слюдяной подложки без серебряного напыления. Нижний ряд индикатрис показывает случай слюдяной подложки с серебряным напылением .

углы падения: а и в –10°, б и г – 25° с длиной волны возбуждения 488 нм; индикатрисы (а, б) – представлены для образцов без серебряного напыления, (в, г) – для образцов с нанесённой серебряной плёнкой .

Рисунок 2 – Индикатрисы вторичного свечения квантовых точек у поверхности плазмонной пленки серебра в максимуме полосы при различных углах падения возбуждающего лазерного излучения В данной работе исследовались образцы плазмонных плёнок серебра с осаждённым на них слоем квантовых точек. Особенностью исследования является использование слюдяных подложек вместо кварцевых .

В результате проведения работы были выявлены следующие особенности вторичного излучения. Во-первых, возбуждение P и S поляризованным излучением является одинаково эффективным. Во-вторых, излучение на образцах без напыления является однородным и слабо зависит от угла возбуждения. Тогда как на образцах с напылением серебра, при малых углах, наблюдается анизотропия вторичного излучения. Однако при больших углах эти особенности пропадают .

Список литературы

1. Новотный, Л. Основы нанооптики / Л. Новотный, Б. Хехт. – М. : Физматлит, 2009. – 484 с .

2. Zayats A. V. Nano-optics of surface plasmon polaritons / A. V. Zayats, I. I. Smolyaninov, A. A. Maradudin. // Phys. Rep., 408, 2005. – 131–314 p .

3. Stewart M. E. Quantitative multispectral biosensing and 1D imaging using quasi-3D plasmonic crystals / M. E. Stewart [et al.]. // PNAS, 103, 2006. – 17143–17148 p .

4. Shultz D. A. Plasmon resonant particles for biological detection / D. A. Shultz. // Curr. Opin. Biotechnol, 14, 2003. – 13– 22 p .

5. Strekal, N. D. Selective excitation of surface-enhanced secondary emission from boimolecules by substrates based on thin golden films / N. D. Strekal, V. F. Oskirko, А. А. Maskevich, I. R. Nabiev, S. А. Maskevich // Optics and spectroscopy. 2000 .

Vol. 89, № 6. С. 872875 .

Indicatrix of secondary emission of quantum dots (CdSe / ZnS) deposited on the surface of plasmon silver films at various angles of incidence of laser excitation with 488 nm wavelength investigated. It is shown that the secondary imission is essentially independent of the polarization of the exciting imission. It is also shown that the imission on a mica substrate without silver film has no angular dependence and expressed at different angles of the same type of excitation .

Бобрович Александр Владимирович, магистрант физико-технического факультета ГрГУ им. Я. Купалы, Гродно, Беларусь, jsnaj_11a@mail.ru .

Научный руководитель – Cтрекаль Наталья Дмитриевна, доктор физико-математических наук, профессор кафедры общей физики физико-технического факультета ГрГУ им. Я. Купалы, Гродно, Беларусь, nat@grsu.by .

26 ФКС XXIV: материалы конференции. – Гродно: ГрГУ, 2016 УДК 535.36 Е. В. БОГДЕВИЧ, Т. Н. КАРПОВА

ВОЗДЕЙСТВИЕ ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ НА МИКРОЧАСТИЦЫ

СИЛАМИ СВЕТОВОГО ДАВЛЕНИЯ

Работа посвящена анализу литературных источников по исследованию действия силы светового давления лазерного излучения на микрочастицы, истории исследования действия силы светового давления и его экспериментальных доказательств. Показана возможность влияния сил светового давления на наночастицы, в случае, когда они являются составляющими радиационной силы, применительно к теоретическим и экспериментальным исследованиям .

В настоящее время большое внимание уделяется исследованию оптических свойств микрочастиц и использованию этих свойств в разнообразных применениях. Известно, что свет переносит энергию и импульс .

Обычный свет при падении на предмет приводит к появлению силы светового давления действующей на него .

Эта сила называется световым давлением. Давление света – давление, оказываемое светом на отражающие и поглощающие тела, частицы, а также отдельные молекулы и атомы. Долгое время использовать световое давление не представлялось возможным из-за его небольшой мощности. Только появление лазеров, способных концентрировать световую энергию в очень узкий и мощный пучок, позволило довольно широко применять данное явление в различных областях науки и техники. Сильно сфокусированный лазерный пучок обладает возможностью захватывать, удерживать и манипулировать движением атомов, молекул, диэлектрических частиц микрометровых размеров. Управление локализацией металлических микрочастиц с помощью лазерного излучения является весьма важной задачей. Разработкой новых технологий занимаются во многих странах в мире, в том числе и в нашей стране .

Эксперименты по исследованию силы светового давления .

Существование светового давления, свободного от возмущающих тепловых эффектов, было, наконец, экспериментально доказано в начале прошлого века Лебедевым П. Н. в России и Николсом и Хэллом в США .

Основным чувствительным элементом его установки являлась система металлических крылышек диаметром 5мм, подвешенных на легкой стеклянной нити и способная поворачиваться относительно вертикальной оси .

Крылышки подбирались так, чтобы напротив друг друга стояли хорошо и плохо отражающие свет пары .

Подвес с крылышками размещался в колбе с откачанным воздухом, на которую направлялся свет, создаваемый специальной системой линз и зеркал. Свет от дуговой лампы направлялся через фокусирующую систему линз, затем пропускался через небольшое отверстие и коллиматор. Несмотря на относительную простоту идеи светового давления, наблюдать ее в прямом эксперименте Лебедев не мог. Причина заключается в том, что при давлениях, доступных ему, часть воздуха все же оставалась внутри сосуда. Из-за этого возникали сопутствующие явления, которые также приводили к повороту подвеса с крылышками. Более того, соответствующие силы намного превышали ожидаемую силу светового давления .

.

Меняя материал крылышек, Лебедев П. Н. также показал, что сила давления зависит от него только через отражающую способность. Иными словами, давление для двух различных тел с одинаковым будет одинаковым .

На современном этапе исследований в качестве источника света широко используется лазерное излучение .

Метод лазерного манипулирования атомами с помощью света впервые был реализован в 1979 году в Институте спектроскопии АН СССР, в группе академика В. С. Летохова, где был осуществлен первый удачный эксперимент по торможению светом пучка атомов натрия. В 1986 году американскими исследователями из научного центра «Ве11 Те1ерhоnе Laboratories» впервые был продемонстрирован прибор, позволяющий удерживать и перемещать малые диэлектрические частицы излучением лазера. Позже исследователям из той же научной группы удалось инфракрасным пучком лазера переместить живую клетку, не повреждая ее. Устройство, позволяющее перемещать малые диэлектрические частицы и биологические объекты без их повреждения с помощью лазера, получило название «лазерный пинцет». В настоящее время лазерный пинцет находит все большее применение в биологии и медицине при исследовании вирусов и бактерий, молекул ДНК, процессов, происходящих внутри живой клетки, и др .

Движение частиц под действием силы светового давления лазерного излучения .

Силы, вызываемые лазерными источниками, достаточно велики для перемещения маленьких частиц в различных средах. Как для крошечных макроскопических частиц, так и для отдельных атомов и молекул при использовании лазеров непрерывного действия возможны ускорения, в миллион раз превосходящие ускорение свободного падения g. Эти находки дали толчок новым приложениям, использующим движение маленьких частиц под действием светового давления [1]. Движение частиц под действием силы светового давления лазерного излучения можно рассмотреть, используя частички двух размеров диаметром 2,5 и 0,5 мкм, а луч проходит через ячейку горизонтально. Таким образом, если жидкость, через которую проходит луч, нагревается, она будет скорей подниматься, а не течь вдоль оси светового луча. Оказывается, что частички Изучение молекулярной структуры и свойств конденсированного состояния снова двигаются вдоль светового луча, но только теперь более крупные частички двигаются быстрей, обгоняя маленькие частички. Это наблюдение само по себе исключает конвекцию как причину движения. Кроме того, наблюдалось, что когда частичка достигает дальней плоскости ячейки, она остается там, удерживаясь в центре пучка. Если луч прерывался, частичка начинала уходить из центра. Если свет снова включался, когда частичка была в полосе света, она немедленно притягивалась к центру луча [1]. На основании изложенного, можно было сделать вывод, что существует не только сила, направленная вдоль луча, но и поперечная сила, увлекающая частички к центру светового луча .

Ещё одно применением действия силы светового давления основано на принципе «световой ловушки» .

Рассмотрим режим Ми-рассеяния, когда длина волны излучения меньше размеров частицы и можно использовать приближение геометрической оптики. В основе работы оптической ловушки лежит закон сохранения импульса. На частицу, которая находится в пучке лазера, действуют радиальные силы светового давления. Откуда берутся эти силы? Рассмотрим два луча, падающие на частицу симметрично относительно ее горизонтальной оси. Показатель преломления частицы выше, чем у окружающей среды, поэтому преломленные лучи отклоняются ближе к ее оси, изменяя направление своего распространения. По закону сохранения импульса должна возникнуть сила, компенсирующая это отклонение луча. Результирующая сила будет направлена к оси пучка. Поскольку интенсивность лазерного излучения в профиле пучка не одинакова, а обычно имеет гауссовское распределение, то и силы, действующие на частицу, будут разными по величине .

Если показатель преломления частицы выше показателя преломления среды, результирующая сила будет направлена в сторону оси пучка и частица будет затягиваться в эту область. В этом и заключается действие «световой ловушки» и «оптического пинцета» [2] .

Рассмотрим частицы в более разреженных средах, таких как воздух или даже вакуум – левитация частиц в поле лазерного излучения. При этих условиях частицы движутся более свободно, и сила тяжести играет более существенную роль, чем в жидкостях. В 1909 г. Дебаем, был реализован эксперимент, в котором световое давление было достаточно велико, чтобы скомпенсировать силу тяжести. В качестве примера такой компенсации силы тяжести Дебай рассмотрел случай очень маленьких частиц вблизи Солнца. Левитация в этом случае дала бы лишь промежуточное равновесие. Однако, как показывает эксперимент, левитация с истинно стабильным равновесием возможна здесь, на Земле, в простой «оптической бутылке», состоящей только из одного светового луча. Для этого используется прозрачная стеклянная сфера, помещенная на стеклянную пластинку внутри стеклянного колпака, предназначенного для уменьшения воздушных потоков. На сферу в вертикальном направлении фокусируется пучок. Пучок вызывал вертикальную силу в несколько g, действующую на частицу. К сожалению, описанная схема не функционирует. Причиной этого является прилипание частиц к поверхности за счет сил молекулярного притяжения, называемых силами Ван-дерВаальса. Однако частицу можно сдвинуть с места резким ударом по пластинке. Это наводит на мысль использовать более строгую методику разрывания ван-дер-ваальсовых связей, в частности с помощью акустических колебаний. Для этой цели достаточен импульс звуковой энергии, сообщаемый пластинке от пьезоэлектрического керамического цилиндра. Как только частица освобождается, световое давление подхватывает ее, и частица начинает подниматься в расходящемся вертикальном пучке, останавливается в точке равновесия, где световое давление и сила тяжести уравновешиваются. Таким образом, левитация реализуется [3]. Помимо методики, основанной на использовании сверхпроводящих частиц, все прочие схемы левитации, основанные на электромагнитных силах, предполагают некоторое движение левитирующей частицы. В таких схемах либо равновесие динамично, либо требуется некий род отрицательной обратной связи для коррекции положения частицы при ее движении .

Кроме того, левитация является идеальным средством для исследования рассеяния света маленькими диэлектрическими сферами – явления, известного как рассеяние Ми. Теория этого рассеяния, развитая Г. Ми в 1908 г., объясняет многие явления. При левитации единичной частицы известного размера и формы можно измерить Ми-рассеяние, свободное от всяких возмущений. В эксперименте по рассеянию Ми самого лазерного луча вперед можно получить сложную серию интерференционных колец. Эти кольца видны с исключительной отчетливостью. Можно также по расстоянию между кольцами при рассеянии Ми на угол 90° измерить диаметр частицы. Дело в том, что при рассеянии на угол 90° кольца появляются в основном в результате интерференции двух ярких источников с известным расстоянием между ними .

В настоящее время движение малой частицы в электромагнитном поле становиться возможным благодаря воздействию на частицу силы светового давления мощного лазерного луча. Особенно ярко этот эффект проявляется в сфокусированном лазерном пучке, что позволяет наблюдать левитацию прозрачных диэлектрических частиц [4], захватывать и удерживать их [5], а также перемещать живые клетки, вирусы и бактерии не повреждая их [5]. Пионерские работы А. Эшкина [1, 6] по оптической левитации и перемещению малых пластмассовых частиц лазерным излучением стимулировали интерес к исследованию воздействия радиометрических сил (сил светового давления) на частицы из различных материалов (как прозрачных пластмассовых, так и поглощающих металлических). Оптическая транспортировка малых частиц радиационными силами является неразрушающей техникой с обширным практическим применением для манипуляции вирусами, бактериями, клетками крови и дрожжей и в других исследованиях, таких, например, 28 ФКС XXIV: материалы конференции. – Гродно: ГрГУ, 2016 как распространение и рассеяние света в аэрозолях. Радиационные силы позволяют сортировать и удерживать в ловушке малые частицы в соответствии с их размерами и оптическими свойствами [7]. Одним из перспективных направлений использования радиаметрических сил является исследование нелинейных оптических явлений в жидких суспензиях диэлектрических прозрачных частиц, концентрация которых модулируется лазерным излучением вследствие действия этих сил .

В работе [8] при релеевском режиме рассеяния теоретически исследованы радиационные силы, действующие на прозрачную сферическую наночастицу в поле сфокусированного лазерного пучка гауссовой формы Получены выражения для силы рассеяния и декартовых компонент градиентной силы. Найдена результирующая сила, действующая на наночастицу, находящуюся в центре лазерного пучка. Определены параметры сфокусированного пучка и оптических свойств наночастицы, для которых продольная компонента градиентной силы превышает силу рассеяния. На основании решений уравнения Ланжевена в[9] исследован процесс движения сферической прозрачной наночастицы под действием радиационных сил в поле лазерного пучка с гауссовым распределением интенсивности. Получены и проанализированы выражения для поперечной и продольной скоростей движения наночастицы вследствие действия градиентной силы и силы рассеяния .

Показана возможность пространственного разделения наночастиц различных размеров и оптических свойств .

Воздействие радиационных сил на малые частицы в лазерных пучках с относительно не высокой мощностью, имеет интересные перспективы практического использования этих сил в различных технологиях, медицинских и биологических исследованиях (см. например, обзор [10]) .

Таким образом, исследование силы светового давления исходит еще со времен Кеплера, но экспериментально доказали существование силы светового давление П. Н. Лебедев и Николс и Хэллом. Сила светового давления имеет широкое применение в науке и технике. Но долгое время световое давление не использовали, пока не открыли лазер. С помощью лазерного излучения стало возможным малые частицы не только поддерживать на весу, но и транспортировать. Лазерный пучок позволяет перемещать биологические объекты, не повреждая их. Помимо биологических применений, сила светового давления может быть использована для создания искусственных гетерогенных сред в виде жидкой суспензии взвешенных диэлектрических частиц с управляемыми оптическими свойствами. Показана возможность пространственного разделения наночастиц различных размеров и оптических свойств .

Список литературы

1. Эшкин, А. Давление лазерного излучения/ А. Эшкин // УФН. – 1973. – Т. 110, № 1. – С. 101–116 .

2. Исследование локализации углеродных нанотрубок, взвешенных в жидкости, под действием градиентной силы в интерференционном поле лазерного излучения/ Гайда, Л. С. [и др.]. // Вестник ГрГУ им. Я. Купалы. Сер. 2. – 2009. – № 1(77). – С. 121–127 .

3. Observation of a single-beam gradient force optical trap for dielectric particles / A. Ashkin [et al.] // Opt. Lett. – 1986. – Vol. 11. – P. 288–290 .

4. Ashkin, A. Optical trapping and manipulation of single cells using infrared laser beams / A. Ashkin, J. M. Dziedzic, T. Yamane // Nature. – 1987. – Vol. 330. – P. 769–771 .

5. Ng L. N., Zervas M. N., Wilkinson J. S. Appl. Phys. Lett., 76(15), 1993 (2000) .

Богдевич Евгений Валерьянович, студент 4 курса физико-технического факультета ГрГУ им. Я. Купалы, Гродно, Беларусь, hazi94@mail.ru .

Карпова Татьяна Николаевна, студентка 4 курса физико-технического факультета ГрГУ им. Я. Купалы, Гродно, Беларусь .

Научный руководитель – Гайда Леонид Станиславович, доктор физико-математических наук, профессор кафедры лазерной физики и спектроскопии ГрГУ им. Я. Купалы, gls@grsu.by .

УДК 621.315.592 О. А. БРЫЛЕВА

ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА НАНОСТРУКТУРИРОВАННОГО ДИОКСИДА ТИТАНА

Представлена модель и результаты моделирования фотоэлектрических свойств наноструктурированного диоксида, отражающие роль нанометровых размеров кристаллитов .

В последнее время значительно вырос интерес к наноструктурам на основе диоксида титана (TiO2), обладающим высокой фотокаталитической активностью и уникальными сенсорными и оптическими свойствами. Такие структуры могут быть использованы при создании новых источников электрической энергии, в качестве электродного материала газоселективных и каталитически активных мембран, фотокатализаторов окислительных процессов, фотоэлектрических преобразователей. Анализ опубликованных работ [1–3] показывает, что для эффективного использования этого материала необходимы физически корректные модели, описывающие влияние его структуры на происходящие в нем фотоэлектрические Изучение молекулярной структуры и свойств конденсированного состояния процессы. Такие модели строятся, как правило, для солнечного элемента и базируется на его вольт-амперной характеристике, которая должна учитывать электрофизические свойства материала и структурные особенности, включая наноструктурированность, дефектность, пористость, наличие примесей и т.д .

Для моделирования фотоэлектрических процессов в наноструктурированном TiO 2 мы использовали подход, базирующийся на следующем соотношении, применимом ко всем солнечным элементам [4]:

где – это напряжение на элементе, и – значения энергии генерации электронно-дырочной пары и рекомбинации соответственно, и – скорости генерации и рекомбинации, – величина генерируемого солнечным элементом тока .

Значительный практический интерес с точки зрения эффективности фотопреобразования представляют наноструктурированные модификации TiO2: нанокристаллические слои, мезопористые структуры, нанотрубки .

Их преимуществом по сравнению с микроструктурированными образцами является большая вероятность выхода генерируемых излучением носителей заряда на поверхность и к границам раздела [5]. В проведенном нами моделировании предпринята попытка учета таких факторов, как геометрические характеристики наноструктур из TiO2, а также изменения параметров этого материала в результате термообработки и легирования, на что обращено внимание в [6]. Роль этих факторов отражена соответствующими корректирующими коэффициентами .

В докладе обсуждаются особенности предложенной модели и результаты численного моделирования фотоэлектрических свойств наноструктурированного TiO2 .

Список литературы

1. Zhao, Y. Synthesis and optical properties of TiO2 nanoparticles / Y. Zhao, С. Li, Х. Liu // Materials Letters. –2007. – V .

61. No 1. – P. 79–83 .

2. Asahi, R. Electronic and optical properties of anatase TiO2 / R. Asahi, Y. Taga, W. Mannstadt, A. J. Freeman // Physical Review B. – 2000. – V. 61. No 11. – Р. 7459–7465 .

3. Tang, H. Electrical and optical properties of TiO2 anatase thin films / H. Tang, K. Prasad, R. Sanjines // Journal of Applied Physics. – 1994. – V. 75. No. 4. P. – 2042–2047 .

4. Shockley, W. Detailed Balance Limit of Efficiency of p-n Junction Solar Cells / W Shockley, H. Queisser // Journal of Applied Physics. – 1961. – 32 510–9 .

5. Mills, A. An overview of semiconductor photocatalysis / А. Mills, S. L. Hunte // Journal of Photochemistry and Photobiology A : Chemistry. – 1997. –V. 108. No 1. – P. 1–35 .

6. Chen, D. Carbon and nitrogen Co-doped TiO2 with enhanced visible light photocatalytic activity / D. Chen, Z. Jiang, J. Geng // Industrial and Engineering Chemistry Research. – 2007. –V. 46. – P. 2741–2746 .

The purpose of the study is to upgrade mathematical model of photoelectric properties of nanostructured TiO2 for correct future simulations. The paper proposes the improved model’s analysis and suggestions for its application .

Брылева Ольга Александровна, магистрант кафедры микро- и наноэлектроники БГУИР, Минск, Беларусь, bryleva.bsuir@gmail.com .

Научный руководитель – Борисенко Виктор Евгеньевич, доктор физико-математических наук, профессор, заведующий кафедрой микро- и наноэлектроники БГУИР, Минск, Беларусь, borisenko@bsuir.by .

УДК 678.06:621.867 А. Ю. ВАЛЮК, А. И. ГРИЦКЕВИЧ, М. С. НИКОЛАЕВ

ПОЛИМЕРНЫЕ КОМПОЗИТЫ ДЛЯ ЭЛЕМЕНТОВ РОЛИКООПОР ЛЕНТОЧНЫХ КОНВЕЙЕРОВ

Разработана конструкция металлополимерной роликоопоры ленточного конвейера, в которой обечайка и корпус подшипника выполнены из композиционных материалов на основе термопластичных матриц, модифицированных высокомолекулярными и низкомолекулярными компонентами различного целевого назначения .

Ленточные конвейеры относятся к числу распространённого технологического оборудования, применяемого на предприятиях горнодобывающей, строительной, нефтехимической и перерабатывающей промышленности. К числу основных конструктивных элементов ленточного конвейера относят роликоопору, обеспечивающую равномерное распределение нагрузки на транспортёрной ленте с целью увеличения производительности и уменьшения вероятности повреждения и разрушения в процессе эксплуатации .

Традиционным подходом, распространённым в практике машиностроения, является изготовление роликоопор преимущественно из металлических материалов трубного и листового прокатов. Основные элементы роликоопоры – обечайку, ось и корпус подшипника – изготавливают из углеродистых сталей (ст.08 кп, ст.45) с использованием технологий металлообработки и сварки .

30 ФКС XXIV: материалы конференции. – Гродно: ГрГУ, 2016 Подобная конструкция роликоопоры, наиболее распространённая в различных ленточных конвейерах, имеет относительно невысокий эксплуатационный ресурс, вследствие воздействия коррозионно-механических факторов. Совокупное воздействие коррозионных и абразивных сред вызывает разрушение обечайки и нарушение режимов эксплуатации опорных шарикоподшипников, в т.ч. заедание. В результате этого происходит торможение роликоопоры, увеличение интенсивности изнашивания транспортёрной ленты и уменьшение ресурса ленточного конвейера .

Разработана конструкция металлополимерной роликоопоры ленточного конвейера, в которой обечайка и корпус подшипника выполнены их композиционных материалов на основе термопластичных матриц. Учитывая разнообразие нагрузочно-скоростных и коррозионно-механических параметров эксплуатации ленточных конвейеров, для изготовления обечайки и корпуса подшипника необходимо использовать композиционные материалы с различными параметрами деформационно-прочностных и триботехнических характеристик. Такие материалы должны обладать высокой технологичностью изготовления и переработки в изделия и иметь стоимостные параметры, сравнимые с параметрами металлического проката .

Для разработки составов композиционных материалов с заданными параметрами служебных характеристик использовали термопластичные полимерные материалы класса полиолефинов (ПЭНД, ПЭВД, ПП) и полиамидов (ПА6, ПА66), которые производят на ОАО «Гродно Азот» и ОАО «Белвторполимер» .

Для модифицирования термопластичных матриц использовали высокомолекулярные и низкомолекулярные компоненты различного целевого назначения – термоэластопласты (ТЭП), антипирены (АП), наноразмерные компоненты (УПТФЭ, графит) и технологические отходы производства фосфорной кислоты фосфогипс (ФС). Модифицирующие компоненты вводили в состав матричного полимера методом термомеханического совмещения механической смеси, полученной в смесителях барабанного типа .

Образцы для испытаний параметров деформационно-прочностных, триботехнических и теплофизических характеристик изготавливали методом литья под давлением в соответствии с требованиями нормативной документации. Оценку параметров деформационно-прочностных характеристик композитов осуществляли на универсальной установке, по действующим ГОСТам. Анализ результатов исследований деформационнопрочностных характеристик свидетельствует о существенном влиянии модифицирующих компонентов. Так, при модифицировании термоэластопластом (ТЭП) заметно повышается параметр ударной вязкости композита при сохранении значений прочности при растяжении .

Наноразмерные частицы УПТФЭ и коллоидного графита (КГ) при малых («допинговых» [1]) содержаниях повышают значения параметров р и твёрдости по Бринеллю НВ. Отмеченные эффекты коррелируют с представлениями, изложенными в [1] и другими литературными источниками [2–4] .

Полученные экспериментальные данные позволяют осуществить обоснованный выбор составов композиционных материалов для изготовления элементов металлополимерных роликоопор ленточных конвейеров .

Испытания опытной партии металлополимерных роликоопор, изготовленных с использованием разработанных материалов на ЗАО «Солигорский Институт проблем ресурсосбережения с Опытным производством» свидетельствует о перспективности направления применения разработанных функциональных композитов .

Список литературы

1. Введение в физику нанокомпозиционных машиностроительных материалов / С. В. Авдейчик [и др.]. ; под науч. ред .

В. А. Лиопо, В. А. Струка. – Гродно : ГГАУ, 2009. – 439 с .

2. Механизм формирования структуры нанокомпозиционных материалов на основе полимерных и олигомерных матриц / В. А. Лиопо [и др.]. // Прогрессивные машиностроительные технологии : в 2 т. – М. : Изд. Дом Спектр, 2012. – Т.2 .

– С. 159–248 .

3. Зависимость физических величин от размеров частиц в нанодиапазоне / В. А. Лиопо [и др.]. // Вестник ГрГУ им .

Я. Купалы. – 2009. – Сер. 2, № 2. – С. 60–67 .

4. Оценка размерных неоднородностей наноразмерных модификаторов / В. А. Лиопо [и др.]. // Вестник ГрГУ им .

Я. Купалы. – 2011. – Сер. 6, № 1. – С. 13–18 .

Developed a design of the metal polymeric roller carriages conveyor belt, in which the shell is and bearing housing are made of composite materials based on thermoplastic matrices modified with low molecular weight and high molecular weight components for various purposes .

Валюк Антон Юрьевич, студент 5 курса факультета инновационных технологий машиностроения ГрГУ им. Я. Купалы, Гродно, Беларусь, Valjk_AJ_11@student.grsu.by .

Грицкевич Артём Иванович, студент 5 курса факультета инновационных технологий машиностроения ГрГУ им. Я. Купалы, Гродно, Беларусь, Grickevich_AI_11@student.grsu.by .

Николаев Максим Сергеевич, магистрант факультета инновационных технологий машиностроения ГрГУ им. Я. Купалы, Гродно, Беларусь, Nikolaev_MS_15@student.grsu.by .

Научные руководители – Струк Василий Александрович, доктор технических наук, профессор ГрГУ им. Я. Купалы, Гродно, Беларусь, struk@grsu.by .

Изучение молекулярной структуры и свойств конденсированного состояния Сорокин Валерий Геннадьевич, старший преподаватель кафедры МиРТ ГрГУ им. Я. Купалы, Гродно, Беларусь, sorvg@grsu.by .

Гаврилова Валентина Владимировна, старший преподаватель кафедры МиРТ ГрГУ им. Я. Купалы, Гродно, Беларусь, v.gavrilova@grsu.by .

УДК 535.372

–  –  –

Исследованы спектры поглощения и ап-конверсионной люминесценции кристаллов K 2 ErF5 и Er 3 : K 2 YbF5. При возбуждении на длине волны 980 нм лазерным диодом InGaAs получена интенсивная желтая АКЛ. Максимальная эффективность переноса энергии возбуждения Yb 3 Er 3 в кристалле 5at%Er 3 : K 2 YbF5 составляет 67 % .

Исследованные материалы являются перспективными люминофорами .

Ап-конверсионная люминесценция является следствием процесса, в котором последовательное поглощение двух или более фотонов приводит к излучению света при меньшей длине волны, чем длина волны возбуждения. С высокой эффективностью ап-конверсия возбуждается в средах, активированных трехвалентными ионами редкоземельных элементов. В частности, Er 3 – содержащие люминофоры обеспечивают эффективную ап-конверсию благодаря последовательному поглощению из возбужденных состояний ионов Er 3 на длине волны излучения ~1 мкм. Соактивация ионами Yb3 позволяет существенно усилить АКЛ Er 3 за счет процессов последовательной сенсибилизации Yb3 Er 3. Физико-химические и структурные свойства кристаллов сложных щелочных фторидов A 2 REF5 позволяют использовать их в качестве основы для редкоземельных ап-конверсионных люминофоров. В частности, в структуре кристалла K 2 YF5 полиэдры YF7 образуют изолированные цепочки, что обеспечивает существенные межионные расстояния для ионов Y 3 и замещающих их ионов редких земель. Это обуславливает слабое тушение люминесценции даже для стехиометрических материалов [1]. В настоящей работе исследуются ап-конверсионные свойства кристаллов K 2 YF5, активированных ионами Er 3 и Yb3 .

Кристаллы K 2 YF5 и K 2 YbF5 активированные ионами Er 3 в различных концентрациях, синтезированы в гидротермальных условиях [1]. Кроме того, подобным образом были синтезированы образцы стехиометрических кристаллов K 2 YbF5 для оценки эффективности переноса энергии возбуждения между ионами Er 3 и Yb3. В результате спонтанной кристаллизации получен концентрационный ряд кристаллов размером ~5-10 мм и розоватой окраской. Анализ рентгенограмм показал, что исследуемые образцы кристаллизуются в орторомбической системе с близкими параметрами кристаллической ячейки. Поскольку кристаллы K 2 YF5 и K 2 YbF5 изоструктурны, следует ожидать качественную идентичность спектров поглощения активных ионов Er 3 в этих кристаллах. С целью исследования спектров оптического поглощения из кристалла 10at%Er 3 : K 2 YF5 была изготовлена полированная пластинка толщиной 1 мм .

На рисунке 1 приведен обзорный спектр поглощения кристалла 10at%Er 3 : K 2 YF5. Низкая симметрия координационного полиэдра ErF7 в структуре кристалла обуславливает высокие поперечные сечения поглощения: пиковое значение для перехода 4 I15/2 4 I11/2 составляет abs 7.9 1021 см-3. Полоса поглощения, соответствующая этому переходу со спектральным положением в области длины волны ~0.96 мкм, использовалась для возбуждения АКЛ ионов Er 3 в кристаллах K 2 ErF5 .

Рисунок 1 – Спектр поглощения кристалла 10 ат. % Er 3+ : K 2 YF5 .

32 ФКС XXIV: материалы конференции. – Гродно: ГрГУ, 2016 На рисунке 2 (а) приведены спектры АКЛ в кристаллах K 2 ErF5 и Er 3 : K 2 YbF5 при возбуждении излучением InGaAs лазерного диода на длине волны 960 нм. Полосы люминесценции Er 3 с максимумами интенсивности на длинах волн ~540, 650 и 800 нм относятся к переходам 4 H11/2 4 S3/2 4 I15/2, 4 F9/2 4 I15/2 и I 9/2 4 I15/2, соответственно. Заселение этих высоколежащих возбужденных состояний происходит путем

–  –  –

близко расположенных ионов Er 3 [2]. Для кристаллов Er 3 : K 2 YbF5, возбуждение на длине волны 960 нм осуществляется главным образом в полосу поглощения ионов иттербия с последующим переносом энергии Yb3 Er 3 .

–  –  –

Согласно стандарту Commission internationale de l'clairage, CIE 1931, люминесценция образца кристалла K 2 ErF5 характеризуется цветовыми координатами (x = 0,341; y = 0,620) с доминантной длиной волны d =549 нм и чистотой цвета p =0.99 (желто-зеленая). Люминесценция кристалла 5at%Er 3 : K 2 YbF5 соответствует цветовым координатам x = 0,449; y = 0,465 (желтый цвет), d =581 нм и p =0.91 .

Измерения времени затухания люминесценции ионов Yb3 на длине волны 1020 нм, рисунок 2 (б), для концентрационного ряда образцов Er 3 : K 2 YbF5 и кристалла K 2 YbF5 показали, что введение ионов Er 3 приводит к сокращению времени жизни ионов Yb3 в возбужденном состоянии 2 F5/2, что указывает на перенос энергии Yb3 Er 3. Эффективность переноса энергии определена следующим образом: 1 Er:K2 YbF5 / K2 YbF5, K YbF где Er:K 2 YbF5 – время затухания люминесценции Yb3 в активированном кристалле Er 3 : K 2 YbF5, а – время затухания люминесценции Yb в кристалле K 2 YbF5. Эффективность переноса энергии для образцов, содержащих 1, 2 и 5 ат. % Er, составляет 53 %, 58 % и 67 %, соответственно .

Высокая эффективность возбуждения АКЛ в исследованных образцах делает их перспективными материалами для разработки на их основе желтых ап-конверсионных люминофоров и лазерных сред для апконверсионных лазеров, излучающих в видимой (зеленой) области спектра .

Список литературы

1. Loiko, P. A. Up- and down-conversion emissions from Er3+ doped K2YF5 and K2YbF5 crystals / P. A. Loiko, N. M .

Khaidukov, J. Mndez-Ramos, E. V. Vilejshikova, N. A. Skoptsov, K. V. Yumashev // J. Luminescence. – 2016. – Vol. 170, Part 1 .

– P. 1–7 .

2. Loiko, P. A. Judd-Ofelt analysis and stimulated-emission cross-sections for highly doped (38 at. %) Er :YSGG laser crystal / P. A. Loiko, E. A. Arbabzadah, M. J. Damzen, X. Mateos, E. B. Dunina, A. A. Kornienko, A. S. Yasukevich, N. A. Skoptsov, K. V .

Yumashev // J. Luminescence. – 2016. – Vol. 171. – P. 226–273 .

Absorption and up-conversion luminescence (UCL) of K 2 ErF5 and Er 3 : K 2 YbF5 crystals have been studied. Under excitation at 980 nm with an InGaAs laser diode, intense yellow UCL is observed. Maximum efficiency of the Yb 3 Er 3 energy transfer is 67% in the 5at%Er 3 : K 2 YbF5 crystal. The studied materials are promising as photon converters .

Изучение молекулярной структуры и свойств конденсированного состояния Вилейшикова Елена Владимировна, магистрант приборостроительного факультета БНТУ, кафедра лазерной техники и технологии, Минск, Беларусь, vilejshikova@gmail.com .

Лойко Павел Александрович, кандидат физико-математических наук, БНТУ, НИЦ оптических материалов и технологий, Минск, Беларусь, kinetic@tut.by .

Хайдуков Николай Михайлович, старший научный сотрудник Института общей и неорганической химии РАН им .

Н. С. Курнакова, Москва, Россия, khaiduk2@gmail.com .

Научный руководитель – Юмашев Константин Владимирович, доктор физико-математических наук, профессор БНТУ, НИЦ оптических материалов и технологий, Минск, Беларусь, k.yumashev@tut.by .

УДК 532.12:544.163 А. Н. ГЕТАЛО

О ТЕМПЕРАТУРНОЙ ЗАВИСИМОСТИ СКОРОСТИ УЛЬТРАЗВУКА ВО ФТОРИРОВАННЫХ

СПИРТАХ Представлены результаты экспериментального исследования температурной зависимости скорости ультразвука во фторированных одноатомных спиртах .

Фторированные спирты широко применяются при изготовлении медикаментов, пластмасс, красителей, защитных покрытий, негорючих гидравлических жидкостей, а также многих других веществ, используемых в народном хозяйстве [1, 2]. Несмотря на широкое применение в промышленности, физические свойства фторированных спиртов изучены значительно меньше, чем свойства их нефторированных аналогов. Данные о скорости ультразвука в этих объектах в литературе отсутствуют .

Настоящая работа посвящена исследованию скорости распространения ультразвука в ряде фторированных спиртов: 2,2,3,3-тетрафторпропаноле-1 (CHF2CF2CH2OH), 2,2,3,3,4,4,5,5-октафторпентаноле-1 (CHF2(CF2)3CH2OH), 1Н,1Н-тридекафторгептаноле-1 (CF3(CF2)5CH2OH). Для исследований использовались спирты марки “ХЧ”, которые подвергались дополнительной очистке согласно методикам, описанным в [3] .

Чистота объектов проверялась по показателю преломления, плотности и температуре кипения. Скорость звука на частоте 27,5 МГц измерялась импульсно-фазовым методом с точностью 0,5% [4]. Измерения проводились в интервале температур от 293 до 363 К. Значения скорости звука приведены в таблице 1 .

Таблица 1 – Скорость ультразвука во фторированных одноатомных спиртах

–  –  –

Как видно из таблицы 1, скорость звука уменьшается линейно с ростом температуры. Скорость звука во фторированных аналогах значительно меньше, чем в чистых спиртах. Например, в пропаноле-1 (С3Н7ОН) при температуре 293 К скорость составляет 1227 м/с, а в 2,2,3,3-тетрафторпропаноле при температуре 293 К – 1013 м/с. Такая картина прослеживается и для других спиртов. Увеличение числа атомов фтора в молекулах спиртов приводит к уменьшению скорости звука. Это проиллюстрировано рис. 1, на котором изображена зависимость скорости звука от молекулярного веса фторированных спиртов. В нефторированных спиртах наблюдается обратная зависимость .

–  –  –

Рисунок 1 – Зависимость скорости звука во фторированных спиртах от молекулярной массы 34 ФКС XXIV: материалы конференции. – Гродно: ГрГУ, 2016 Скорость звука в алифатических жидкостях имеет величину, колеблющуюся около 1100–1200 м/с, исключение составляют фторированные соединения. Как показали произведенные измерения, в этих жидкостях скорости звука имеют величину, значительно меньшую, близкую к скорости звука в газах [5] .

Список литературы

1. Синтезы фторорганических соединений (мономеры и промежуточные продукты) / А. Н. Воронков, Д. С. Рондарёв [и др.] ; под ред. И. Л. Кнунянца и Г. Я. Якобсона. – М. : Химия, 1977. – 304 с .

2. Шеппард, У. Органическая химия фтора / У. Шеппард, К. Шартс ; под ред. И. Л. Кнунянца. – М. : Мир, 1972. – 480 с .

3. Органические растворители. Физические свойства и методы очистки / А. Вайсбергер, Э. Проскауэр, Дж. Риддик [и др.] – М. : Иностранная литература, 1958. – 518 с .

4. Руденко, О. П. Експериментальні методи визначення поглинання звуку в рідинах: методичні рекомендації для студентів фізичних спеціальностей педагогічних університетів / О. П. Руденко, В. С. Сперкач. – Полтава. 1992. – 68 с .

5. Михайлов, И. Г. Основы молекулярной акустики / И. Г. Михайлов, В. А. Соловьев, Ю. П. Сырников. – М. : Наука, 1964. – 516 с .

The experimental results of the temperature dependences of the ultrasonic velocity in some fluorinated aliphatic alcohols were presented .

Гетало Андрей Николаевич, аспирант Полтавского национального педагогического университета имени В. Г. Короленко, Полтава, Украина .

Научный руководитель – Руденко Александр Пантелеймонович, доктор физико-математических наук, профессор, академик АН ВО Украины, Полтавский национальный педагогический университет имени В. Г. Короленко, Полтава, Украина, fizika_rudenko@meta.ua .

УДК 543.424.2 С. Д. ГОГОЛЕВА

ПРОЯВЛЕНИЕ ЗАМЕЩЕНИЯ СУЛЬФОГРУППЫ НА АМИНОГРУППУ

В ТЕТРАСУЛЬФОФЕНИЛПОРФИРИНЕ В СПЕКТРАХ КОМБИНАЦИОННОГО РАССЕЯНИЯ СВЕТА

Рассматривается влияние боковых заместителей на формирование колебательных спектров на примере тетрасульфофенилпорфирина. На основании сравнения экспериментальных и теоретических спектров и результатов квантово-химических расчётов были сделаны отнесения колебаний, а также оценка вкладов колебаний фрагментов фенилпорфириновых соединений .

Порфирины – это класс широко представленных веществ в природе. Они обладают уникальными физическими свойствами, что обуславливает большой интерес к их изучению и применения в физике, химии, биологии. Однако не все свойства порфиринов в настоящее время хорошо изучены .

Особо интересным является изучение принципов самосборки порфириновых соединений в более сложные образования. В данной работе рассматриваются представители ряда фенилпорфиринов, различающиеся боковыми заместителями: (аминофенил) трис (сульфофенил) порфирин (АТСФП) (рисунок 1а) и цвиттерион тетра (сульфофенил) порфирин (ТСФП) (рисунок 1б) .

–  –  –

На рисунке 2 представлены 3D-изображения порфириновых нанотрубок изучаемых образцов, полученных с помощью сканирующего зондового микроскопа NTEGRA Spectra Solar (рисунок 2 а, б) .

–  –  –

В результате исследований были получены спектры комбинационного рассеяния (КР) соединений, представленных на рисунке 1. Для регистрации спектров КР использовался сканирующий конфокальный микроскоп со спектрометром Nanofinder S, оснащенный полупроводниковым лазером Cobolt (Sweden), возб = 473 нм .

На рисунке 3 представлены спектры КР ТСФП (рисунок 3, спектр 1) и АТСФП (рисунок 3, спектр 2) .

Рисунок 3 – Спектры КР порфиринов: 1) Н4TPPS4, 2) H4TPPS3NH3

Из рисунка 3 видно, что при замене в боковом заместителе фенильного кольца 7 группы SO 3 на NH3 происходит батохромный сдвиг полос, кроме полос с частотами 1112 см-1, 1228 см-1 и 1315 см-1. Указанные три полосы испытывают гипсохромное смещение. Также стоит отметить, что в спектре АТСФП (рисунок 3, спектр

2) проявляется полоса на 1185 см-1, которая не проявлялась в спектре ТСФП (рисунок 3, спектр 1) .

С помощью программы FireFly 8.0.1 [1], были рассчитаны спектры исследуемых соединений. В качестве расчетного метода использовался ограниченный метод Хартри-Фока (Restricted Hartree-Fock – RHF) с применением базиса 6-31G. Рассчитанные спектры умножались на поправочный коэффициент 0,903 [2] с целью уменьшения погрешности вычислений. На основании сравнений экспериментальных спектров порфиринов с рассчитанными спектрами было сделано отнесение колебаний .

Исходя из произведенных отнесений колебаний, были выявлены колебания, являющиеся характерными только для порфиринового макроцикла: 1078 см -1, 1372 см-1, 1468 см-1, 1532 см-1 и 1589 см-1. Вклады колебаний макроцикла для данных частот в колебательный спектр ТФСП составляют 98 %, 96 %, 98 %, 99 % и 89 % соответственно, а для АТСФП 82 %, 98 %,93 %, 93 % и 99 % .

В спектре АТСФП наблюдается ряд полос, при которых обнаруживается перераспределение вкладов колебаний, в результате замены одной из сульфогрупп на аминогруппу. Таким образом, доминирующий вклад будут оказывать колебания колец с аминогруппой. К данным полосам относят полосы с частотами 695 см -1, 1120 см-1 и 1229 см-1. К примеру, если для полосы 615 см -1 у ТСФП вклад кольца 7 составляет 5,9 %, то при замене в этом кольце SO3 на NH3 вклад становится 45,2 %. Для полосы с частотой 1120 см -1 вклад кольца 7 с 36 ФКС XXIV: материалы конференции. – Гродно: ГрГУ, 2016 сульфогруппой 0,008 %, а с аминогруппой становится равным 13,97 %. Вклад кольца 7 на частоте 1229 см -1 с SO3-группой составляет 11,7 %, а при замене SO3 на NH3 – 17,7 % .

Таким образом, можно сделать вывод, что полосы 695 см-1, 1120 см-1 и 1229 см-1 являются наиболее чувствительными к замене сульфогруппы на аминогруппу в боковом заместителе. Эта информация имеет практическое значение для мониторинга процессов самосборки порфиринов в агрегаты и нанотрубки совместно методами АСМ микроскопии и КР спектроскопии .

Список литературы

1. Granovsky, A. A. Firefly version 8.0.1 [Электронный ресурс]. / A. A. Granovsky. – Режим доступа: http: // classic.chem.msu.su/gran/firefly/index.html .

2. Agatha Christiea, C. Study on molecular structure, vibrational assignments and HOMO-LUMO analysis of 2-hydrazonodihydro-indol-3-one using DFT method / C. Agatha Christiea, T. Alwinb, T. F. Abbs Fen Reji // F. Indian J. Res. Found. – 2016 .

– V. 5. – P. 1–4 .

The research is devoted to investigations of the side substituent of tetrasulfophenylporphyrin on the vibrational spectra form .

On the basis of comparison of the experimental and theoretical spectra, and the results of quantum chemical calculations were made assignments of vibrations. The assignment of contributions of fragments vibrations phenylporphyrin compounds also was made .

Гоголева Светлана Дмитриевна, магистрант физико-технического факультета ГрГУ им. Я. Купалы, Гродно, Беларусь, gogoleva.svetlana1@mail.ru .

Научный руководитель – Cтрекаль Наталья Дмитриевна, доктор физико-математических наук, профессор кафедры общей физики ГрГУ им. Я. Купалы, Гродно, Беларусь, nat@grsu.by .

УДК 621.315.592 В. И. ГОЛОВЧУК

МОРФОЛОГИЯ ПОВЕРХНОСТИ ПЛЁНОК ТЕЛЛУРИДА КАДМИЯ, ПОЛУЧЕННЫХ НА

КРЕМНИЕВОЙ ПОДЛОЖКЕ МЕТОДОМ ВАКУУМНОГО НАПЫЛЕНИЯ

Приводятся результаты исследования морфологии поверхности пленок теллурида кадмия, полученных на кремниевой подложке методом напыления в квазизамкнутом объеме методами атомно-силовой и растровой электронной микроскопии .

Показана возможность получения поликристаллических пленок с равным размером зерна и шероховатостью, изменяющимися в интервале от 34 до 87 нм, 2,5–5 мкм соответственно .

Благодаря оптимальному сочетанию электрических и оптических характеристик теллурид кадмия является эффективными для изготовления фотосопротивлений, солнечных батарей, счетчиков радиоактивных излучений, элементов инфракрасной оптики, а также широко применяются в оптических и электронных технологиях [1]. Пленочные гетероструктуры кремний-теллурид кадмия активно используются при производстве солнечных элементов [2,3]. В данной работе представлены результаты исследования структурных характеристик (атомная силовая и растровая электронная микроскопии) пленок теллурида кадмия, полученных методом вакуумного напыления в квазизамкнутом объеме на кремниевой подложке. Толщина полученных пленок варьировалась в диапазоне 150–200 мкм .

Морфология поверхности плёнки исследовалась методом атомно-силовой микроскопии при комнатной температуре в полуконтактном резонансном режиме на частоте 145 кГц на приборе Solver P47НТ-МДТ .

Использовались кантеливеры серии NSG 01 с радиусом закругления 10 нм. Величина шероховатости определялась как среднее арифметическое значение высоты микpонеpовностей, измеренное от средней линии профиля (по модулю) в пределах заданной длины по проведенным не менее пяти раз измерениям на одном образце диаметром 5мм. Элементный состав приповерхностного модифицированного слоя определялся методом рентгеноспектрального микроанализа с помощью растрового электронного микроскопа LEO – 1455 VP с областью микрозондирования около 5 мкм и погрешностью определения концентрации не превышающей 10 % .

–  –  –

На рис. 1 показаны трехмерные АСМ изображения подложки (а) и выращенной на ней пленки (б). На кремниевой пластине наблюдаются царапины с глубиной до 140 нм, являющиеся, по-видимому, результатом шлифовки пластины. Средняя шероховатость пластины составляет 8,6 нм. На АСМ изображении выращенной на ней пленки теллурида кадмия отчетливо наблюдаются кристаллиты размером 2–2,5 мкм. Высота их достигает 300 нм, а средняя шероховатость полученной пленки составляет 34,07 нм. Можно отметить наличие темных пятен, размер которых составляет до 1 мкм в длину и 0,2 мкм в ширину, которые могут представлять собой поры .

Рисунок 2 – Трехмерное АСМ изображение поверхности кремниевой подложки (а) и пленки теллурида кадмия (б) второго образца На рис. 2 показаны трехмерные АСМ изображения полированной подложки кремния (а) и выращенной на ней пленки (б). Как видно, она не содержит царапин и ее шероховатость 2,7, что много меньше шероховатости первой подложки. Пленка имеет крупные кристаллиты, чистые, и, в отличие от первой пленки, размер их изменяется в диапазоне от 3,5 до 4 мкм .

Однако в отличие от первого образца, полученного на шлифованной поверхности, шероховатость значительно выросла и составляет 87,49 нм. Увеличилась также и величина максимального пика до 962,7 нм .

Поры в виде пятен темного цвета на рисунке 2 (б) имеют значительно большую глубину – до 500 нм, а размер их изменяется от 1,5 мкм в длину и 0,4 мкм в ширину .

Рисунок 3 – РЭМ изображение для первого (а) и второго (б) образцов

Изображения растровой электронной микроскопии первой и второй пленки показаны на рис. 3. Хорошо видны крупные кристаллиты, и, кроме того, на рисунке 3(б) отчетливо наблюдаются ступеньки роста кристаллов. Сравнивая изображения АСМ и РЭМ можно видеть, что в обоих случаях они достаточно хорошо коррелируют. Анализ композиционного состава показал, что он приблизительно одинаков и составляет: Cd – 50,44 атом. % и Te – 48,75 атом. %. Кроме того, исследуемые пленки содержали 0,82 атом. % алюминия .

Таким образом, анализ изображений АСМ и РЭМ пленок теллурида кадмия, полученного на кремниевых подложках, позволяет заключить, что методом напыления в квазизамкнутом объеме возможно получение пленок с разной морфологией поверхности, а именно поликристаллических пленок с размером зерна от 2,5 до 5 мкм и шероховатостью от 34,07 нм до 87,49 нм. Композиционный состав таких пленок включает: Cd –50,44 атом. %, Te – 48,75 атом. % и они содержат до 0,82 атом. % алюминия .

38 ФКС XXIV: материалы конференции. – Гродно: ГрГУ, 2016 Список литературы

1. Физика соединений А2В6 / Л. А. Бовина [и др.]. ; под общ. ред. Л. А. Бовиной. – М. : Наука, 1986. – 319 с .

2. Структура и электрические свойства пленок CdTe / Р. Б. Хамрокулов [и др.]. // Вестник Таджикского национального университета. – 2011. – Т. 70, № 6. – C. 26–31 .

3. Исследование структуры пленок CdTe полученных в квазизамкнутом объеме на различных подложках / Н. С. Султанов [и др.]. // Вестник ТНУ. – 2013. – № 2. – С. 91–95 .

Surface morphology of cadmium telluride films have been investigated by atomic force and electron microscopy. The films were prepared on Si substrates. It was obtained that surface roughness prepared on different substrates ranging from about 34 to 87 nm and mean crustal size – 2,5–5 m .

Головчук Виктория Ивановна; студентка 3 курса физического факультета БГУ, Минск, Беларусь, golovchuk95@mail.com .

Научный руководитель – Лукашевич Михаил Григорьевич, доктор физико-математических наук, профессор кафедры физики полупроводников и наноэлектроники физического факультета БГУ, Минск, Беларусь, Lukashevich@bsu.by .

УДК 621.793.18 А. С. ГРИГОРЬЕВ, Т. В. ГАРЕЛИК, П. М. ПАШКОВСКИЙ, О. С. СИГАЙ

ИЗМЕНЕНИЕ ГИДРОФИЛЬНЫХ СВОЙСТВ ПОВЕРХНОСТИ МЕТОДОМ ОБРАБОТКИ

В ПЛАЗМЕ АТМОСФЕРНОГО РАЗРЯДА

Разработана экспериментальная система для формирования плазмы атмосферного разряда для изучения влияния плазменной обработки на гидрофильные свойства поверхности материала .

Технология обработки в плазме атмосферного разряда представляет ряд таких несомненных достоинств, как отсутствие громоздких и энергоемких систем создания и поддержания вакуума, возможностью обработки различных материалов, в том числе низкотемпературных полимеров и биологических объектов, оперативностью и универсальностью применения, а также невысокой ценой разрядных систем. Ряд источников атмосферной плазмы характеризуется простотой устройства и обслуживания, а также низкими расходами расходуемых газовых смесей. Широкий спектр применения плазменной технологии, таких как очистка и активация поверхности, получение наноразмерных частиц и тонкопленочных покрытий, биомедицинское применение, подтверждает необходимость исследований плазмохимических процессов, протекающих при атмосферном давлении [1]. Целью данной работы является исследование влияния плазменной обработки на гидрофильные свойства поверхности стекла в плазме атмосферного разряда [2] .

Плазменные технологии в настоящее время широко используются для очистки и модификации различных поверхностей: изменения затрагивают только обрабатываемую поверхность материала и тонкий приповерхностный слой (толщина слоя по различным оценкам колеблется от 100 до единиц микрон), и не затрагивают объемную структуру материала. Плазменная обработка, как правило, приводит к увеличению свободной энергии поверхности (СЭП) материала, что, в свою очередь, приводит к улучшению смачиваемости и повышению работы адгезии поверхности. Повышение адгезионных свойств модифицированных поверхностей обуславливается очисткой от различных загрязнений и ее активацией с образованием гидрофильных групп .

Система питания устройства генерации плазмы атмосферного разряда .

Решение проблемы снижения материалоемкости и энергопотребления аппаратуры связано с использование импульсных БП (ИБП). Переход к ключевому режиму работы регулирующих элементов БП обеспечивает высокий КПД импульсных БП (до 0,8…0,85 вместо 0,4…0,6 в традиционных схемах) .

Система питания позволяет изменять параметры в диапазоне частот от 50 кГц до 200 кГц и выходное напряжение от 3 кВ до 18 кВ. С помощью системы продувки газа на основе диэлектрического барьерного разряда была разработана коаксиальная разрядная система для получения плазменной струи, которая позволяет проводить локальную обработку поверхности в тех местах, где требуется. Данная разрядная система обеспечила температуру в зоне обработки ниже 40 ОС, а также высокую стабильность благодаря подавлению стримеров за счет диэлектрических барьеров на электродах [3–4]. Разрядная система состоит из центрального электрода диаметром 0,5 мм, помещенного в кварцевую трубку диаметром 3 мм и кольцевого электрода расположенного снаружи диэлектрического элемента (рисунок 1) .

Рисунок 1 – Схема коаксиальной разрядной системы (слева) и полученная плазменная струя (справа) Изучение молекулярной структуры и свойств конденсированного состояния На основании анализа вышеизложенной информации о модификации поверхности различных материалов в плазме атмосферного разряда были выполнены экспериментальные исследования по изменению угла смачивания диэлектрической поверхности после обработки в атмосферной плазме. В качестве исходного материала подложки было выбрано стекло К8. Обработка поверхности стекла производилась с помощью коаксиальной разрядной системы, описанной выше. Длительность обработки поверхности стекла варьировалось в диапазоне от 0,5 до 5 минут .

На рисунке 2 представлена поверхность до и после обработки в атмосферной плазме .

Рисунок 2 – Поверхность стекла до (слева) и после (справа) обработки в плазме атмосферного разряда Результаты проведенных исследований представлены на рисунке 3 .

–  –  –

Как видно угол смачиваемости после обработки уменьшается с увеличением времени обработки и достигает значения в 3 раза меньше чем исходный у необработанной подложки, и соответственно пропорционально повышается работа адгезии. Однако при длительности обработки 5 минут и более замечено незначительно увеличение угла смачивания, что видимо можно объяснить за счет деструкции материала .

В результате проведенных исследований было установлена возможность изменения адгезионных свойств поверхности посредством обработки в плазме атмосферного диэлектрического барьерного разряда. Что позволяет значительно увеличить адгезионные свойства наносимых в дальнейшем функциональных покрытий к материалу основы (стеклу). Поэтому разработанная технология может найти широкое практическое применение в сферах от микроэлектроники до пищевой промышленности .

Список литературы

1. Kim, Y.-J. Plasma Apparatuses for Biomedical Applications / Y.-J. Kim, S. Jin, G.-H. Han, G. C. Kwon, J. J. Choi, E. H .

Choi, H. S. Uhm, G. Cho // IEEE Transactions on plasma science. – 2015. – V. 43. – Issue 4. – P. 944–950 .

2. Kusano, Y. Atmospheric Pressure Plasma Processing for Polymer Adhesion : A Review. / Y. Kusano // The Journal of Adhesion. – 2014. – V. 90. – № 9. – P. 755–777 .

3. Yan, W. Designing atmospheric-pressure plasma sources for surface engineering of nanomaterials / W. Yan, Z. J. Han, W .

Z. Liu, X. P. Lu, B. T. Phung, K. Ostrikov // Plasma Chem Plasma Process. – 2013. – V. 33. – P. 479–490 .

4. Kang, W. S. Parametric study of a cold plasma jet generated at atmospheric pressure / W. S. Kang, M. Hur, Y.-H. Song // Journal of the Korean Physical Society. – 2013. – V. 62. – № 3. – P. 453–458 .

An experimental system was developed to study the effect of plasma treatment on the hydrophilic properties of the surface material .

40 ФКС XXIV: материалы конференции. – Гродно: ГрГУ, 2016 Григорьев Александр Сергеевич, студент факультета радиотехники и электроники БГУИР, Минск, Беларусь, flopy93@bk.ru .

Гарелик Татьяна Вацлавовна, БГУИР, Минск, Беларусь, tatyana.garelik@yandex.by .

Пашковский Павел Михайлович, БГУИР, Минск, Беларусь, pavel_.08@list.ru .

Сигай Олег Сергеевич, БГУИР, Минск, Беларусь, olegrro.s@gmail.com .

Научный руководитель – Котов Дмитрий Анатольевич, кандидат технический наук, доцент кафедры микро- и наноэлектроники БГУИР, Минск, Беларусь, kotov@bsuir.by .

УДК 535.15 С. В. ДЕДЮЛЬ

НАВЕДЁННОЕ ПОГЛОЩЕНИЕ В АКТИВНЫХ ЭЛЕМЕНТАХ ЛАЗЕРОВ

НА КОНДЕНСИРОВАННЫХ СРЕДАХ

Исследовано влияние наведенного поглощения в твердотельных активных элементах, допированных красителями, на их генерационные характеристики в условиях когерентной микросекундной накачки .

Активные элементы на основе композита – нанопористое стекло-полимер (НПС-П) изготовлены на НПО «Оптроника». Технология их получения описана в [1]. В данной работе использовались элементы в виде пластин размером 20154 мм .

Для исследования генерационных характеристик красителей, внедренных в НПС-П, а также влияния на них наведенного поглощения, использовалась оптическая схема лазера на красителях (ЛК) с двухступенчатым возбуждением и система измерения энергетических и спектральных характеристик генерируемого излучения, описанного в [2]. В качестве источника микросекундной когерентной накачки использовался ЛК на основе модернизированного варианта коаксиальной лампы-кюветы конструкции Дзюбенко [3] .

В условиях когерентной микросекундной накачки исследовано 5 красителей, внедренных в НПС-П .

Результаты исследования генерационных характеристик твердотельных элементов на основе НПС-П с внедренными красителями представлены на рисунке 2. Исследовались не только зависимости КПД генерации твердотельных элементов от спектрального состава накачки, но также для каждой длины волны возбуждения регистрировалось положение спектральной полосы генерации. Для выявления влияния на генерационные характеристики наведенного поглощения измерялась оптическая плотность элемента для мощного излучения накачки. Области спектров генерации рассматриваемых соединений представлены на рисунке 2 .

–  –  –

Полученные зависимости КПД генерации НПС-П с внедренными красителями от спектрального состава накачки имеют тот же характер, что и для этанольных растворов различных классов красителей, описанных в [4,5]. Как показали эксперименты, по эффективности преобразования излучения накачки они находятся на одинаковом уровне. Характер зависимости КПД генерации от длины волны накачки практически одинаков для обоих случаев. При накачке в области 540 нм в спектральной зависимости КПД наблюдаются характерные «провалы». Ход зависимостей максимумов спектров генерации красителей в НПС-П от спектрального состава накачки показывает, что в области «провалов» наблюдается их существенное смещение в коротковолновую область. Такое поведение спектров характерно и для других соединений. Во всех случаях при увеличении длины волны накачки происходит расширение генерируемой полосы в область коротких длин волн, а в области «провала» у феналемина 512 наблюдается двухчастотная генерация (рисунке 3 б). Смещение спектров генерации в коротковолновую область свидетельствует о возрастании вредных потерь [6] .

Что касается аномального поведения КПД генерации как растворов красителей, так и красителей, внедренных в НПС-П, при изменении спектрального состава накачки, то имеющиеся в настоящее время литературные данные позволяют дать удовлетворительное объяснение наблюдающимся закономерностям. Так, в работе [7] приводятся спектры коэффициента Эйнштейна для поглощения в канале возбужденных синглетных уровней Bs1sk() для этанольных растворов родамина 6Ж, родамина С и оксазина 9, которые позволяют объяснить наблюдаемые эффекты. Оказывается, что положение максимумов спектров коэффициента Эйнштейна совпадает с положением «провалов» в спектральном ходе КПД преобразования вышеуказанных красителей .

Сравнение спектрального хода потерь в канале возбужденных синглетных уровней с зависимостью КПД генерации указанных соединений от длины волны возбуждения позволяет сделать предположение о том, что при микросекундной когерентной накачке растворов красителей (также как и в случае наносекундной накачки) в результате поглощения излучения в канале возбужденных синглетных уровней образуются обратимые фотопродукты, которые имеют сильное поглощение в определенной спектральной области усиления и приводят к падению эффективности генерации [7, 8]. Подтверждением вышесказанного также являются результаты работы [9], в которой указывается на то, что для молекул многих красителей спектры поглощения S1 S m, соответствующие переходам из накачиваемого оптически синглетного состояния S1 в более S m, частично перекрываются с контуром усиления лазерного перехода S1 S 0. Эти высокие состояния потери часто ограничивают спектральный диапазон, в котором полное усиление превышает потери .

Вышесказанное подтверждается также ходом спектров оптической плотности для мощного излучения накачки и поведением максимумов спектров генерации красителей, внедренных в НПС-П, на рисунке 2. Видно, что в области падения КПД генерации во всех случаях, во-первых, наблюдается увеличение оптической плотности для мощного излучения накачки, а во-вторых, максимумы спектров генерации испытывают коротковолновой сдвиг. Как видно, увеличение поглощения в определенной спектральной области не приводит к увеличению КПД генерации, причем спектр оптической плотности для мощного излучения накачки не совпадает со спектром поглощения активного элемента для низкоинтенсивного излучения. Как отмечено выше, наблюдаемое смещение максимумов генерации в коротковолновую область свидетельствует о том, что происходит нарастание вредных потерь, в качестве которых могут выступать обратимые фотопродукты .

Список литературы

1. Композит микропористое стекло – полимер: новый материал для твердотельных лазеров на красителях. I. Свойства материала / Г. Р. Алдэг [и др.]. // Квантовая электроника. – 2000. – Т. 30, № 11. – С. 954–958 .

2. Батище, С. А. Широкодиапазонный лазер на красителях микросекундной длительности с двухкаскадным возбуждением / С. А. Батище, В. А. Мостовников, В. В. Тарковский // Квант. электроника. – 1995. – Т. 22, № 7. – С. 651–652 .

3. Лазер видимого диапазона на красителях с высоким к.п.д. / М. И. Дзюбенко [и др.]. // Письма в ЖЭТФ. – 1973. – Т .

18, № 1. – С. 43–46 .

4. Тарковский, В. В. Зависимость эффективности генерации от частоты возбуждения при накачке раствора родамина 6Ж лазерными импульсами микросекундной длительности / В. В. Тарковский, В. Ю. Курстак, С. С. Ануфрик // Журнал прикладной спектроскопии. – 2002. – Т. 69, № 6. – С. 747–750 .

5. Тарковский, В. В. Аномальная зависимость генерационных характеристик растворов красителей от спектрального состава возбуждающего излучения при микросекундной когерентной накачке / В. В. Тарковский, В. Ю. Курстак, С. С .

Ануфрик // Квантовая электроника. – 2003. – Т. 33, № 10. – С. 869–875 .

6. Рубинов, А. Н. Оптические квантовые генераторы на красителях и их применение / А. Н. Рубинов, В. И. Томин // Радиотехника. Итоги науки и техники. – М. : ВИНИТИ, 1976. – 175 с .

7. Спектральные характеристики поглощения в канале возбужденных синглетных уровней для этанольных растворов кумариновых, родаминовых и оксазиновых красителей / С. А. Батище [и др.] // Тезисы третьей Всесоюзной конференции «Лазеры на основе сложных органичесчких соединений и их применение». – Минск : – Институт физики АН БССР, Минск :

1980. – С. 233–235 .

8. Особенности создания мощных широкодиапазонных лазерных систем на основе растворов красителей / С. А .

Батище [и др.]. // Журнал прикладной спектроскопии. – 1986. – Т. 44, № 2. – С. 214–219 .

42 ФКС XXIV: материалы конференции. – Гродно: ГрГУ, 2016

9. Muller, A. Excited State Absorption of 1,3,3,1,3,3 Hexamethylindotricarbocyanine Iodide / A. Muller, J. Schulz-Henning, H. Tashiro // Appl. Phys. – 1977. – V. 12. – P. 333–337 .

The effect of induced absorption in the solid-state active elements doped with dyes, their lasing characteristics under coherent microsecond pumping .

Дедюль Сергей Владимирович, студент 4 курса физико-технического факультета ГрГУ им. Я. Купалы, Гродно, Беларусь, sergey571995@mail.ru .

Научный руководитель – Тарковский Викентий Викентьевич, кандидат физико-математических наук, доцент кафедры лазерной физики и спектроскопии ГрГУ им. Я. Купалы, Гродно, Беларусь, tarkovsky@grsu.by .

УДК 535.016 М. В. ДУЛЬ, А. Т. ГАНЧИЦ

ИЗМЕРЕНИЕ СПЕКТРОВ ПОГЛОЩЕНИЯ, КР И ГКР ХИТОЗАНА ДО И ПОСЛЕ ОБЛУЧЕНИЯ

РЕНТГЕНОВСКИМ ИЗЛУЧЕНИЕМ

Целью данной работы являлось исследование структуры хитозана, иммобилизованного на перевязочном материале, методом спектроскопии поглощения КР и ГКР .

Хитозан является мощным сорбентом природного происхождения, сорбирующая основа которого – хитин .

Молекула хитина состоит из N-ацетил--D-глюкозаминовых звеньев. В живых в природе организмах может образовываться только хитин, а хитозан является производным хитина. Молекула хитозана состоит из -Dглюкозаминовых звеньев. Хитозан получают из хитина деацетилированием с помощью щелочей .

Деацетилирование – это реакция обратная ацетилированию, т.е. замещение атомом водорода ацетильной группы СН3СО. Поэтому, в отличии от хитина, хитозан может иметь структурную неоднородность обусловленную неполной завершённостью реакции деацетилирования. Содержание остаточных ацетильных групп СН3СО (на рис. обведена серым) может достигать 30 % и характер распределения этих групп может заметно влиять на некоторые физико-химические свойства хитозана. Таким образом, при неполном ацетилировании молекула хитозана состоит из случайно-связанных N-ацетил--D-глюкозаминовых звеньев (основные звенья) и -D-глюкозаминовых звеньев (остаточные звенья) .

Рисунок 1 – Фрагменты молекул хитина и хитозана

Наличие реакционноспособных функциональных групп в структуре молекул хитина и хитозана обеспечивает возможность получения разнообразных химических модификаций пригодных для использования в различных отраслях промышленности, сельском хозяйстве, медицине и т.п. Уникальная структура молекулы обуславливает ряд полезных свойств хитозана: антиоксидантные, радиопротекторные, иммуномодулирующие, противоопухолиевые, волокно-, пленкообразующие и др. Следует также отметить его низкую токсичность и способность к биодеградации. Хитин – азотосодержащий полисахарид, химически связанный с целлюлозой, Изучение молекулярной структуры и свойств конденсированного состояния который образует розовое полупрозрачное вещество и является основной составляющей наружного скелета или наружного покрова насекомых, ракообразных и паукообразных.[1] В работе измерены спектры поглощения и спектры КР, ГКР хитозана в буферном растворе .

Спектры поглощения и растворов регистрировались на спектрофотометре SOLAR СМ2203 (Минск, Беларусь). Спектры КР и ГКР регистрировались на 3D сканирующем конфокальном микроскопе со спектрометром "Nanofinder S" – это универсальный комплекс, позволяющий проводить многофункциональный анализ микроструктур в 3-х измерениях .

На рисунке 2 приведены спектры поглощения и спектры КР, ГКР хитозана в буферном растворе .

1,2 1,0 5 0,8 0,6 0,4 0,2 0,0

-1,

–  –  –

0,8 0,6 1388 0,4 (5 ) 0,2 1316

-1,

–  –  –

The object of our research is chitosan, a deacetylated product of the polysaccharide chitin, is a natural biopolyaminosaccharide obtained from various organisms. Raman and SERS spectra of irradiated and unirradiated chitosan, adsorbed on silver hydrosols, are presented .

Дуль Марина Викторовна, студентка 5 курса физико-технического факультета ГрГУ им. Я. Купалы, Гродно, Беларусь, marino4ka.takay@mail.ru .

Ганчиц Анастасия Тадеушевна, студентка 5 курса физико-технического факультета ГрГУ им. Я. Купалы, Гродно, Беларусь, nastij_ganchic16@mail.ru .

Научный руководитель – Стрекаль Наталья Дмитриевна, доктор физико-математических наук, профессор кафедры общей физики ГрГУ им. Я. Купалы, Гродно, Беларусь .

44 ФКС XXIV: материалы конференции. – Гродно: ГрГУ, 2016 УДК 669.(6-8): 539.2 В. В. ЕВОРОВСКАЯ

СТРУКТУРА И ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА БЫСТРОЗАТВЕРДЕВШИХ

СПЛАВОВ (Bi46Sn54)100-xPbx Приведены результаты исследований структуры и свойств быстрозатвердевших фольг сплавов (Bi46Sn54)100-xPbx, исследован их химический состав, определены параметры микроструктуры, исследована текстура. Также была изучена микротвердость фольг и массивных образцов сплавов .

Сплавы на основе висмута и олова находят применение в машиностроении, приборостроении, пайке, в вакуумной технике, а легирование подобных сплавов свинцом позволяет повысить пластические свойства данной системы. Для эффективного использования легкоплавких сплавов их стремятся улучшить посредством таких эффективных методов усовершенствования, как аморфизация сплавов, гранульная металлургия, а также высокоскоростная кристаллизация. Применение, такого эффективного способа получения материалов, как высокоскоростная кристаллизация приводит к удешевлению разрабатываемых припоев, а также к сбережению энергетических и материальных ресурсов в промышленной сфере [1] .

Быстрозатвердевшие фольги сплавов толщиной 30–70 мкм были получены методом односторонней центробежной закалки. Структура и химический состав образцов изучались с помощью растрового электронного микроскопа LEO 1455 VP. Определение объемной доли фаз и удельной поверхности межфазной границы была выполнена методом случайных секущих. Рентгеноструктурные исследования выполнены на дифрактометре ДРОН-3 в медном излучении. Текстура изучалась методом обратных полюсных фигур, полюсные плотности линий рассчитывались по методу Харриса [2] .

Посредством рентгеноструктурного анализа было выявлено, что исследованные сплавы являются трехфазными. Наблюдаются выделения висмута, олова и -фазы (Pb2Bi). На рисунке 1 представлены изображения поперечного сечение массивного образца и быстрозатвердевшей фольги сплава (BiSn) 98Pb2 .

а) б) Рисунок 1 – Микроструктура поперечного сечения сплава (BiSn)98Pb2: а) масcивный образец; б) фольга Черные области на микрофотографиях представляют собой олово, серые висмут, а белые -фазе .

Сравнение данных изображений выявило неоднородность в распределении компонент твердых растворов в массивном образце сплава. Структура сечения фольги более однородная, за счет измельчения фаз сплава и следовательно перераспределения межфазных границ .

Была определена объемная доля выделений олова в зависимости от расстояния от края фольги для чистого сплава Bi-Sn, а также при небольшой концентрации свинца. Было выявлено, что объёмная доля олова изменяется в пределах погрешности (5 %) для выбранных образцов и полученные фольги в целом однородны по всему объёму, доля олова одинакова в сплавах с концентрацией свинца от 0 до 8 % .

Была изучена текстура фольг сплавов. Результаты расчета полюсных плотностей дифракционных линий висмута, олова и -фазы представлены в таблицах 1–2 .

Таблица 1 – Полюсные плотности дифракционных линий висмута и олова

–  –  –

16 7,1 0 0,1 0 0 0,9 0 5,4 0,3 0,1 0 0,1 0,1 25 4,1 0,4 0,3 1,0 0 0,8 0 5,1 0,3 0,1 0,1 0,2 0,2 Таблица 2 – Полюсные плотности дифракционных линий -фазы

–  –  –

2 2,3 3,4 0,1 0 0 0 4 1,1 4,3 0 0,5 0 0 8 2,8 2,3 0,3 0,5 0 0,2 16 2,8 2,9 0,1 0 0,3 0 25 2,8 0,9 0,7 0,1 1,6 0,1 Из данных таблиц наблюдается, что высокие скорости охлаждения расплава ведут к образованию преимущественной ориентации зерен (текстуры). Текстура зависит от состава. Для сплавов содержащих свинец от 0–2 % наибольшую полюсную плотность имеют следующие дифракционные линии: висмута, 200 олова и 1010 -фазы. При повышении концентрации свинца от 4 до 16 % начинается рост зерен с другой ориентировкой и усиливается линия 0002 -фазы. Текстура олова сохраняется одинаковой для всех сплавов .

В результате исследований также была определена микротвёрдость фольг и массивных образцов сплавов .

Зависимость микротвердости массивных образцов и фольг от содержания свинца в сплаве представлено на рисунке 3 .

–  –  –

С увеличение содержания свинца в сплаве наблюдается уменьшение микротвердости. Сравнивая полученные зависимости для фольг и массивных образцов можно сделать вывод, что массивные образцы имеют несколько иной профиль кривой. Наблюдаемая нестабильность значения микротвердости для фольг в области с концентрацией свинца от 2 до 10 % можно связать с образованием в процессе высокоскоростной кристаллизации в образце достаточно большого количества дисперсных частиц -фазы. Микротведость фольг растет в течении времени выдержки при комнатной температуре .

Фольги сплавов системы (Bi46Sn54)100-xPbx, полученные методом односторонней центробежной закалки, являются трехфазными: выявлены фазы Bi, Sn и -фаза. Во всех фольгах исследованных сплавов наблюдается одинаковая текстура олова (200) Sn. Текстуры висмута и -фазы являются бинарными. Линии ( ) Bi, ( )

-фазы имеют место во всех сплавах, а наличие вторых компонент зависит от состава. Вторая компонента фазы (0002) имеет место при содержании свинца до 16 %. Изменение микротвердости в процессе выдержки образцов при комнатной температуре объясняется упорядочением -фазы и перераспределением дислокаций, а также улучшением структуры межфазных и межзеренных границ в объеме и поверхностном слое фольг сплава .

–  –  –

In the article, results of studies on the structure and properties of rapidly solidified foils of (Bi46Sn54)100-xPbx alloys were presented. Their chemical composition, microstructure parameters were studied. Also microhardness of foils and massive samples and texture of foils were investigated .

Еворовская Владислава Валерьевна, студентка 6 курса физического факультета БГУ, Минск, Беларусь, vlaevr@tut.by .

46 ФКС XXIV: материалы конференции. – Гродно: ГрГУ, 2016 Научный руководитель – Шепелевич Василий Григорьевич, доктор физико-математических наук, профессор, физический факультет БГУ, Минск, Беларусь, shepelevich@bsu.by .

УДК 678.06:621.867 М. П. ЕРМОЛЕНКО

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ИЗДЕЛИЙ ИЗ КОМПОЗИЦИОННЫХ

МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ РЕГЕНЕРИРОВАННОГО ПОЛИМЕРНОГО СЫРЬЯ

Экспериментально доказан факт промышленного производства высококачественных изделий из регенерированного сырья. Предложено использование регенерированных полимерных материалов на основе полиолефинов (ПЭНД, ПП) для изготовления газонной решетки. Проведены испытания регенерированных материалов и композитов из полимеров на реологические и деформационно-прочностные характеристики .

Технология производства изделий из полимерных термопластичных материалов, как правило, предполагает, что некоторая доля исходного полуфабриката не будет использована. Величина этой доли определяется конструктивными особенностями продукции, технологической оснастки, функциональными возможностями оборудования, опытом персонала и качеством исходных компонентов [1]. При традиционной технологии переработки пластических масс неполное использование сырья устоявшаяся норма .

Общепринятый термин «технологические отходы» в ряде случаев рассматривается как неизбежный атрибут современной технологии пластмасс, обусловливающий необходимость разработки методов их переработки и повторного использования рециклинга .

Экспериментально доказан факт промышленного производства высококачественных изделий из регенерированного сырья, полученного из амортизированных древесины, термопластов, минерального сырья и т. п. [2]. В ряде случаев при использовании регенерированного сырья возможно не только достижение характеристик изделий из исходного полимерного сырья, но и получение их принципиально нового сочетания .

Таким образом, технология полимерных материалов требует проведения системного анализа различных аспектов процессов переработки сырья, эксплуатации изделий, их рециклинга с учетом современных достижений физикохимии и материаловедения [3] .

Предложено использование регенерированных полимерных материалов на основе полиолефинов (ПЭНД, ПП) для изготовления газонной решетки, которая будет служить для укрепления грунта и защиты травяного покрытия от вытаптывания и даст возможность превратить газон в «зеленую» парковку или пешеходную зону .

Объектом исследования взята газонная решётка (рисунок 1) .

Рисунок 1 – Общий вид газонной решётки

Для изготовления газонной решётки выгодно использовать вторичное сырье. Поэтому для исследований были взяты следующие композиционные материалы: вторичный ПЭНД (ВПЭНД); вторичный ПП (ВПП);

ВПЭНД+20 % ВПП; ВПП+5 % ВПЭНД; 30 % ВПП+ВПЭНД; 40 % ВПП + ВПЭНД .

С целью выбора оптимального варианта для производства элементов зелёной парковки произведена оценка изменения показателя текучести расплава (ПТР) вторичного ПЭНД, вторичного ПП также композиционных материалов на их основе. Показатели текучести расплава измеряли на приборе ИИРТ – 119 при температуре 250 С и нагрузке 2,16 кгс, время между отсечениями 10 с. По результатам испытаний определено, что наиболее технологичные материалы для производства элементов зелёной парковки – ВПЭНД, ВПП и композиты ВПЭНД+20 % ВПП, ВПП+5 % ВПЭНД .

Проведены испытания материалов и композитов из полимеров на деформационно-прочностные характеристики, по результатам которых можно предложить для производства элементов «Зелёная парковка»

Изучение молекулярной структуры и свойств конденсированного состояния следующие материалы на основе регенерированного сырья: ВПЭНД, ВПП и композиты на их основе: ВПП+5 % ВПЭНД, ВПЭНД+20 % ВПП .

С использованием программных продуктов Компас-3D и SolidWorks разработана 3D модель ячейки для элемента «Зелёной парковки» (рисунок 2) .

–  –  –

1. Чекель, А. В. Технология многоуровневого рециклинга амортизированных изделий из термопластов / А. В. Чекель, А. Р. Ширан, В. А. Струк, С. В. Авдейчик, В. В. Андрикевич // Материалы 6-й международной конференции «Poljmers LLS» .

Харьков, 2009. – 127 с .

2. Производство изделий из полимерных материалов : учеб. пособие / В. К. Крыжановский [и др.]. – СПб. :

Профессия, 2004. – 464 с .

3. Материаловедение в машиностроении и промышленных технологиях: учебно-справочное руководство / В. А .

Струк [и др.]. – Долгопрудный : Издательский дом «Интеллект», 2010. – 536 с .

Experimentally proved the fact of industrial production of high-quality products from reclaimed materials. It proposed the use of recycled plastic materials based on polyolefins (HDPE, PP) for the manufacture of lawn grid. The tests of regenerated materials and composites of polymers on the rheological and deformation-strength characteristics .

Ермоленко Михаил Павлович, студент 5 курса факультета инновационных технологий машиностроения ГрГУ им .

Я. Купалы, Гродно, Беларусь, ermolenko_mp_11@student.grsu.by .

Научный руководитель – Сорокин Валерий Геннадьевич, старший преподаватель кафедры МиРТ ГрГУ им. Я. Купалы, Гродно, Беларусь, sorvg@grsu.by .

УДК 538.956 А. М. ЗАЙМАК, А. В. ХОРОЛЬСКИЙ, А. М. ХЛОПОВ

ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ВОДНЫХ РАСТВОРОВ НЕКОТОРЫХ АМИНОКИСЛОТ

Проведено исследование диэлектрической проницаемости водных растворов аланина, глицина, глутамина и аспаргина в диапазоне частот 0,5 – 200 кГц с помощью мостовой схемы, выполненной на операционных усилителях .

Изучение природных полимеров вызывает особый интерес у физиков, биологов, медиков. Наиболее сложными в изучении своих свойств являются белки, которые уникальны в отношении химического строения .

Это гетерогенные нерегулярные полипептидные последовательности 20 -аминокислот и их производных, включающих самые разнообразные по своим химическим и физическим свойствам группы. В химическом построении белковых молекул уже можно усмотреть огромные потенциальные возможности к вариации физико-химических свойств. И в то же время белки представляют собой фактически единственный класс соединений, химические свойства которых нельзя непосредственно соотнести с химическим строением молекул [1] .

Изучение аминокислот составляет одну из важных основ для последующего исследования белковых веществ. При этом применяют самые разнообразные физико-химические методы – осмотические, индикаторные, методы аналитической и коллоидной химии, метод определения электропроводности, метод 48 ФКС XXIV: материалы конференции. – Гродно: ГрГУ, 2016 меченых атомов, радиоспектроскопия, хирально-оптические методы. С недавних пор нашел свое применение новый метод диагностики аминокислот с помощью полупроводниковых квантовых точек [2] .

Аминокислоты – органические соединения, в молекуле которых одновременно содержатся карбоксильные и аминные группы. Аминокислоты могут рассматриваться как производные карбоновых кислот, в которых один или несколько атомов водовода заменены на аминогруппы. Современная рациональная классификация аминокислот основана на полярности радикалов (R-групп), т.е. способности их к взаимодействию с водой при физиологических значениях рН, близких к 7,0. Различают 5 классов аминокислот, содержащих следующие радикалы: 1) неполярные (гидрофобные); 2) полярные (гидрофильные); 3) ароматические (большей частью неполярные); 4) отрицательно заряженные и 5) положительно заряженные [3] .

В качестве объектов со схожим молекулярным строением нами были выбраны: аланин (Ala), глицин (Gly), глутамин (Gln) и аспаргин (Asn). Аланин и глицин имеют в составе неполярные радикальные группы, а аспаргин и глутамин – полярные незаряженные радикальные группы. Целью данной работы было изучение влияния структуры и полярности радикалов некоторых аминокислот на их диэлектрические характеристики .

В процессе экспериментальных исследований использован мостовой метод измерения диэлектрических характеристик. Измерение проводились при постоянной комнатной температуре для всех растворов аминокислот. Водные растворы аминокислот имели следующие концентрации: аланин – 11,5 ммоль/кг, аспарагин – 0,9 ммоль/кг, глицин – 12,1 ммоль/кг, глутамин – 5 ммоль/кг. Диэлектрическую проницаемость и тангенс диэлектрических потерь измеряли в интервале частот 0,5–200 кГц. Методические подходы экспериментальных исследований изложены в [4]. На рис. 1 представлены частотные зависимости диэлектрической проницаемости водных растворов исследуемых аминокислот в логарифмическом масштабе .

Из графика рис. 1 следует, что замещение атома водорода на метильную группу в радикале глицина существенно влияет на диэлектрическую проницаемость аминокислоты на низких частотах. Добавление к радикальной полярной группе аспаргина группы CH2 так же способствует увеличению значения. На частотах свыше 50 кГц поведение аналогично, и не имеет четко выраженных отличий. Частотные зависимости диэлектрической проницаемости растворов глутамина и аспаргина отличаются плавностью спада величины с ростом частоты. Это поведение может быть причиной наличия полярной незаряженной группы у аспаргина и глутамина .

Все аминокислоты имеют положительно и отрицательно заряженные группы, поэтому они отличаются высокими значениями диэлектрической проницаемости. Так как аминокислоты нельзя получить в жидком состоянии, то непосредственно определить эту величину невозможно. Однако диэлектрическая проницаемость может быть измерена путем определения диэлектрических параметров раствора аминокислоты .

Диэлектрическая постоянная растворов аминокислот всегда выше, чем самого растворителя, даже если этим растворителем выступает вода [5] .

–  –  –

3. Березов, Т. Т. Биологическая химия : учебник / Т. Т. Березов, Б. Ф. Коровкин ; под. ред. С. С. Дебова. – М. :

Медицина, 1990. – 528 с .

4. Руденко О. П. Установка для вимірювання електричних властивостей рідин в діапазоні частот 10 Гц–100 кГц / О. П. Руденко, В. С. Сперкач, В. В. Шилов, В. М. Нестеренко, В. К. Калаптурівський // Збірник наукових праць

Полтавського державного педагогічного університету імені В. Г. Короленка. – Полтава, 1998. – Вип. 3. – С. 72–75. – (Серія :

«Фізико-математичні науки») .

5. Ашмарин И. П. Химия белка. Ч. 1. Общая химия белка / И. П. Ашмарин, А. А. Мюльберг, Н. В. Садикова, И. Л. Сытинский ; под ред. И. П. Ашмарина. – Л. : Изд-во Ленинградского ун-та, 1968. – 196 c .

The investigations of the dielectric permittivity in the frequency range 0.5–200 kHz of aqueous solutions of some amino acids (alanine, asparagines, glycine, glutamine) were conducted .

Займак Александр Михайлович, аспирант Полтавского национального педагогического университета имени В. Г. Короленко, Полтава, Украина .

Хорольский Алексей Викторович, аспирант Полтавского национального педагогического университета имени В. Г. Короленко, Полтава, Украина, khorolskiy.alexey@gmail.com .

Хлопов Андрей Михайлович, аспирант Полтавского национального педагогического университета имени В. Г. Короленко, Полтава, Украина .

Научный руководитель – Руденко Александр Пантелеймонович, доктор физико-математических наук, профессор, академик АН ВО Украины, Полтавский национальный педагогический университет имени В. Г. Короленко, Полтава, Украина; fizika_rudenko@meta.ua .

УДК 620.1 Д. С. КАРАВАЙ

МОДИФИКАЦИЯ ЛАКОКРАСОЧНЫХ МЕТЕРИАЛОВ УГЛЕРОДНЫМИ НАНОТРУБКАМИ

И ИССЛЕДОВАНИЕ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ И ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ СВОЙСТВ

Углеродные нанотрубки являются одним вариантов модификации лакокрасочных материалов. С помощью экспериментального моделирования получено практическое подтверждение целесообразности их использования. Важным является определение оптимального количества добавки модификатора для получения требуемого улучшения характеристик покрытия .

Углеродные нанотрубки – это протяжённые цилиндрические структуры диаметром от одного до нескольких десятков нанометров и длиной до нескольких сантиметров, состоящие из одной или нескольких свёрнутых в трубку графеновых плоскостей и заканчивающиеся обычно полусферической головкой, которая может рассматриваться как половина молекулы фуллерена .

Добавка УНМ в количестве 0,025 – 0,2 %лгасс. в состав ЛКМ с целью 2-х и более кратного увеличения адгезии, микротвердости, снижения влагопоглощения и увеличение барьерных свойств, повышение долговечности, снижение вязкости высоконанолненных JIKM, а также приданию других полезных свойств .

Включение УНМ в состав рецептуры ЛКМ может быть направлено как на снижение их себестоимости, так и получения продуктов с новым набором качеств .

Рисунок 1 – Нановолокна (углеродные трубки)

Добавление наноматериалов в лакокрасочные материалы улучшает целый ряд показателей, таких как адгезия краски к поверхности, прочностные характеристики, твердость, вязкость .

Введение добавок УНМ (см.

рисунок 1) в количествах сотых весовых долей процента от массы краски приводит к заметным изменением свойств лакокрасочных покрытий:

- в несколько раз увеличивается адгезия покрытий .

Увеличение адгезии краски к поверхности – важная задача. От этого зависит, насколько долго прослужат ЛКМ, а также в каких условиях можно эксплуатировать те или иные краски и эмали .

50 ФКС XXIV: материалы конференции. – Гродно: ГрГУ, 2016 Изменение величины адгезии лака ПФ-060 от количества содержания УНМ и способа диспергирования (см. рисунок 2)

Рисунок 2 – Лак ПФ-060

Изменение величины адгезии пентафталевой эмали ПФ-133 от количества УНМ и способа диспергирования (см. рисунок 3) .

- возрастает прочность покрытия на удар .

Нанодобавки значительно повышают прочностные характеристики лакокрасочных материалов, что подтверждается результатами исследований и тестов .

–  –  –

- для некоторых лакокрасочных систем возрастает твердость покрытия .

Добавление наноматериалов в краски в количестве сотых долей процента от общей массы позволяют увеличить твердость ЛКМ (рисунок 5) [1] .

Изучение молекулярной структуры и свойств конденсированного состояния

–  –  –

The results of the research reflect a qualitative improvement in paint coating of various materials. Improved adhesion, increased hardness is evident the results of the modification of carbon nanomaterials.The amount of additive, the route of administration, the results vary for different types of paint material and the desired result .

Каравай Дмитрий Сергеевич, магистрат факультета информационных технологий машиностроения ГрГУ им .

Я. Купалы, Гродно, Беларусь, dimcins@mail.ru .

Научный руководитель – Зноско Казимир Францевич, кандидат физико-математических наук, доцент кафедры машиноведения и технической эксплуатации автомобилей ГрГУ им. Я. Купалы, Гродно, Беларусь, znosko@rambler.ru .

УДК 535.371 Е. А. КАСПЕРОВИЧ

СПЕКТРАЛЬНЫЕ СВОЙСТВА НОВЫХ ПРОИЗВОДНЫХ ТЕРФЕНИЛОВ

Работа посвящена изучению спектральных свойств новых производных паратерфенилов. Рассмотрено влияние полярности растворителя на спектры поглощения и флуоресценции, а также квантовый выход флуоресценции красителей .

Паратерфенилы – это группа органических соединений из класса терфенилов, которые в свою очередь являются веществами, имеющими в своем строении структуры, свойственные для ароматических углеводородов [1]. Терфенил и его производные широко применяются в органическом и нефтехимическом синтезе. Они используются в атомных энергетических установках [2], в производстве термостойких полимерных материалов, кинофотоматериалов, биологически активных и фармацевтических препаратов, в качестве компонентов жидкокристаллических индикаторов [3], жидких органических и пластмассовых сцинтилляторов .

В данной работе рассмотрены спектральные свойства новых производных паратерфенилов (структурные формулы которых представлены на рисунке) в растворителях различной полярности. Нами использованы малополярный растворитель диоксан с = 1,42, и полярный – этиловый спирт, или этанол с = 28,3 .

а) б) в)

а) спектры поглощения в этаноле (1, 2, 3) и диоксане (1`, 2`, 3`); б) нормированные спектры флуоресценции в этаноле (1, 2, 3) и диоксане (1`, 2`, 3`). Номера у спектров соответствуют номерам соединений на рисунке в); в) структурные формулы исследованных соединений Рисунок 1 – Спектры поглощения и флуоресценции производных терфенила 52 ФКС XXIV: материалы конференции. – Гродно: ГрГУ, 2016 В полярном растворителе (этаноле) по сравнению с неполярным (диоксаном) для красителей № 1 и № 3 имеют место длинноволновые сдвиги спектров поглощения и флуоресценции, и коротковолновые сдвиги – для красителя № 2 (спектральные данные занесены в таблицу) .

Сравнивая сдвиги спектров поглощения и флуоресценции в этаноле для одного вещества, можно сказать, что для образцов № 1 и № 3 этиловый спирт больше влияет на положение спектра испускания, чем на положение спектра поглощения. Для красителя № 2 наблюдается обратная ситуация – спектр поглощения имеет сдвиг больше, чем спектр флуоресценции .

При рассмотрении влияния полярности растворителя на спектры поглощения и флуоресценции следует принять во внимание дипольные свойства самих соединений, а именно их дипольный момент. Квантовохимический расчет дипольных моментов молекул показывает, что наибольшее его значение принадлежит соединению № 3 – 6,28 Д. Дипольные моменты соединений № 1 и № 2 соответственно равны 4,15 Д и 3,78 Д .

При большем дипольном моменте должен быть больший сдвиг спектров поглощения и флуоресценции красителей в полярном растворителе. Но на практике такового не наблюдается. Как показал эксперимент, наибольшие сдвиги спектров поглощения и флуоресценции в полярном растворителе характерны красителю № 1, а не № 3, имеющему самое большое значение дипольного момента .

Следует отметить, что полярность растворителя практически не влияет на величину квантового выхода исследованных терфенилов .

Таблица 1 – Характеристики спектров поглощения и флуоресценции паратерфенилов. Длина волны возбуждения возб = 290 нм для всех образцов. Ширина входной и выходной щелей 2 нм. Квантовый выход стандарта (триптофана) ст = 0,14

–  –  –

Итак, вещество № 2 имеет в своих спектральных показателях отклонение от большинства наблюдаемых в данном опыте случаев относительно сдвига максимумов спектров поглощения и флуоресценции в полярном растворителе, точнее – в спектральных сдвигах в коротковолновую сторону, а также в большем влиянии полярного растворителя на спектр поглощения, чем на спектр флуоресценции, что может быть следствием специфических взаимодействий молекул красителя с растворителем. Возможно, это связано с присутствием в структуре красителя № 2 карбоксильной группы (см. рисунок) .

Также остается неясным, почему вещество № 3 с наибольшим значением дипольного момента имеет относительно небольшие сдвиги спектров поглощения и флуоресценции в полярном растворителе .

Остается непонятным и то, что величина квантового выхода для образца № 1 в этаноле превышает соответствующее значение в диоксане, хотя для других соединений имеет место обратная зависимость .

Таким образом, изученные производные терфенилов характеризуются поглощением и флуоресценцией в УФ- и фиолетовой областях. При этом квантовый выход имеет достаточно высокие значения, причем для соединения № 3 значение квантового выхода в диоксане близко к единице .

Увеличение полярности растворителя приводит к батохромному сдвигу спектров поглощения и флуоресценции для красителей № 1 и № 3. Для красителя № 2 имеет место гипсохромный сдвиг спектров .

Список литературы

1. Синтез и исследования жидкокристаллических свойств некоторых оптически активных производных дифенила и фенилциклогексана / Л. З. Абдулин, В. С. Безбородов [и др.]. // Ж. Орган. Химии. – 1982. – Т. 18. – Вып. 10. – С. 2170–2184 .

2. Каган, С. З. Органические высокотемпературные теплоносители и их применение в промышленности / С. З. Каган, А. В. Чечеткин // М. – Л., 1951 .

3. Томилин, М. Г. Свойства жидкокристаллических материалов/ М. Г. Томилин, С. М. Пестов. // СПб. : Политехника, 2005 – 296 с .

The work is devoted to the study of the spectral properties of new derivatives paraterphenyls. The influence of solvent polarity on the absorption and on the fluorescence spectra and fluorescence quantum yield of the dye is considered .

Изучение молекулярной структуры и свойств конденсированного состояния Касперович Елена Александровна, студентка 5 курса физико-технического факультета ГрГУ им. Я. Купалы, Гродно, Беларусь, alena.kaspiarovich@gmail.com .

Научный руководитель – Маскевич Александр Александрович, кандидат физико-математических наук, доцент кафедры общей физики ГрГУ им. Я. Купалы, Гродно, Беларусь, amaskevich@grsu.by .

УДК 537.311.322 Ю. А. КОНДРАТЬЕВА

ТРАНСФОРМАЦИЯ ПОЛОС КОМБИНАЦИОННОГО РАССЕЯНИЯ СВЕТА

В ЭПИТАКСИАЛЬНОМ КРЕМНИИ, ОБРАБОТАННОМ В ВОДОРОДНОЙ ПЛАЗМЕ

Методом комбинационного рассеяния света исследовалось состояние водорода в эпитаксиальном кремнии, обработанном в водородной плазме. Установлено, что именно после обработки наблюдаются полосы, связанные с рассеянием на колебаниях связей Si-H и Si-H2. Дополнительная термообрабока (275 оС, 20 мин) приводит к формированию плателет – микроскопических ассоциаций водорода с атомами кремния .

Известно, что гидрогенизация кремния при обработке в водородной плазме приводит к формированию дефектов различного типа, существенно влияющих на электрофизические и оптические свойства [1]. В этой работе приведены результаты исследования дефектов методом комбинационного рассеяния света (КРС) .

Исследования проводились на кремниевых п/р+, где эпитаксиальный слой п-типа толщиной 50 мкм легирован фосфором ( =1 Ом.см). Спектры КРС записывались при комнатной температуре с помощью Nanofinder High End (Lotis TII) – микрорамановского спектрометра, совмещенного с 3D сканирующим конфокальным микроскопом. Регистрация спектров осуществлялась по схеме обратного рассеяния, разрешение спектрометра составляло 0,3 см-1. Подводимая к образцу мощность составляла 2 мВт, а диаметр возбуждающего пучка – около 1 мкм. Использовалось возбуждение излучением твердотельного лазера с длиной волны 532 нм .

Обработка образцов в водородной плазме осуществлялась при температуре 150 0С в течение 10 часов .

На рис.1 представлен спектр КРС в исследуемом образце после обработке в плазме и отжиге. Видно, что наблюдается полоса 4153 см-1, обусловленная колебанием свези Н-Н в молекуле водорода [1], так как эта частота совпадает с таковой для рассеяния в газообразном водороде .

Интенсивное рамановское рассеяние (a.u.)

–  –  –

На рисунке 2 представлены спектры КРС в исследуемых образцах после обработки в Н-плазме (1) и дополнительного отжига при 275 0С в течение 20 минут. Видно, что впервом случае наблюдается две перекрывающиеся полосы с максимумами при 2095 (Si-H) и 2129 см-1 (1). После дополнительного краткосрочного отжига проявляется одна узкая полоса с максимумом при 2125 см -1, соответствующая колебаниям связей (Si-H2) в плателетах [1].. Следует отметить, что этот режим отжига соответствует режиму формирования в кремнии, имплантированном протонами, мелких водородосодержащих доноров в концентраии 54 ФКС XXIV: материалы конференции. – Гродно: ГрГУ, 2016 порядка 1016 см-3 [2]. Однако измерения удельного сопротивления исследуемых гидрогенизированных эпитаксиальных слоев путем выдержки в водородной плазме показали, что удельное сопротивление = 104 и 1 Ом.см после обработки в плазме и отжига соответственно. Высокое удельное сопротивление после обработки в плазме обусловлено образованием компенсирующих радиационных дефектов. Дополнительный термообработка приводит к отжигу основного радиационного дефекта донор – вакансия [2] и тем самым восстановлению электрической активности легирующего фосфора .

–  –  –

Epitaxial silicon layer was treated in a hydrogen plasma. The state of hydrogen in epitaxial silicon was investigated by Raman scattering. It is found that the band observed after treatment. They are associated with scattering on the oscillation of Si-H and Si-H2 bonds. Additional heat treatment (275 oC, 20 min) leads to the formation of platelet. It is hydrogen associations with silicon atoms .

Кондратьева Юлия Алексеевна, студентка физического факультета БГУ, Минск, Беларусь, Julia_kondratieva@mail.ru .

Смирнова Ольга Юрьевна, старший преподаватель кафедры атомной физики и физической информатики БГУ, Минск, Беларусь, pokotilo@bsu.by .

Научный руководитель – Покотило Юрий Мефодьевич, кандидат физико-математических наук, доцент кафедры атомной физики и физической информатики БГУ, Минск, Беларусь, pokotilo@bsu.by .

УДК 541.124; 541.126 К. А. КОРЗУН, О. М. КОМАР

ОСОБЕННОСТИ СОЗДАНИЯ БЫСТРОГОРЯЩЕГО ТОПЛИВА

ИЗ НАНОСТРУКТУРИРОВАННЫХ ПОРОШКОВ

Актуальность работы связана с необходимостью разработки обладающих рядом уникальных свойств твердых высокоэнергетических быстрогорящих топлив, которые обеспечивали бы применение их как в гражданских, так и оборонных сферах использования .

Современные смесевые твердые высокоэнергетические быстрогорящие топлива состоят обычно из перхлората аммония, выполняющего роль окислителя, алюминия (изредка магния) в форме мелкодисперсного сферического порошка, и органического полимера – связующего. Металл и полимер играют роль горючего, причём металл является основным источником энергии, а связующее – основным источником газообразных продуктов (рабочего тела), так как ввиду высокой температуры кипения оксид алюминия не может быть газом в ракетном двигателе и не может совершать работы при расширении в сопле. В последние десятилетия для повышения энергетических свойств твёрдых высокоэнергетических быстрогорящих топлив, а также уменьшения вредного влияния на экологию, ведётся интенсивный поиск активирующих добавок и бесхлорных окислителей для твердого высокоэнергетического быстрогорящего топлива (ТВЭБГТ), но все предлагаемые вещества пока слишком дороги для крупномасштабного применения .

Изучение молекулярной структуры и свойств конденсированного состояния Поэтому особую актуальность приобретает разработка высокоэффективных методов получения большой тепловой энергии с использованием отходов различного рода производств. В связи с увеличением количества и ассортимента материалов, способных при определенных условиях выделять большое количество тепловой энергии, возникла необходимость рассмотреть в этом аспекте отходы электронной промышленности, в частности, кремний, который широко используется в производстве полупроводниковых приборов и интегральных микросхем и сравнить его в этом плане с другими материалами, хотя бы по величине теплового эффекта. Поскольку после многократных процессов диффузии различного рода примесей и термических обработок, претерпевший структурные изменения, монокристаллический кремний безвозвратно уходит в брак, эта проблема крайне актуальна. В этом аспекте наиболее интересным является то, что как источник тепловой энергии порошковый кремний (рис. 1) в сочетании с другими компонентами может служить источниками тепловой энергии для инициирования интенсивного горения [1]. В этом случае при определенном сочетании они могут служить источниками тепловой энергии для инициирования быстропротекающих окислительных реакций горения .

–  –  –

Рисунок 1 – Исходная кремниевая пластина (а), полученный из пластины (а) микро- и наноразмерный порошок кремния и его гистограмма распределения частиц по размеру До настоящего времени низкая эффективность горения металлических горючих компонентов создает непреодолимое препятствие к практическому использованию твердого высокоэнергетического быстрогорящего топлива на основе нитрата аммония. Эта хорошо известная проблема привлекает внимание химиков уже длительное время. Существует несколько вариантов ее решения, включая использование специфических добавок, способных стабилизировать фазовые переходы нитрата аммония в температурном диапазоне эксплуатации твердого высокоэнергетического быстрогорящего топлива и одновременно ограничивающих гигроскопичность нитрата аммония. Особый интерес представляет наноструктурированные порошки тугоплавких металлов в сочетании с наноструктурированными порошками кремния и деминерализованного измельченного угля.

Размерные эффекты, определяющие высокий уровень свойств, наиболее ярко проявляются в интервале примерно до 100 нм и обусловленные, по крайней мере, следующими четырьмя обстоятельствами:

- с уменьшением размеров частиц существенно возрастает роль поверхностей раздела;

- характеристики поверхностей и их состав в нанометровом интервале могут быть отличными от таковых для обычных крупнокристаллических и крупноразмерных объектов;

- размер частиц по мере их уменьшения может становиться соизмеримым с характерными размерами для некоторых физических явлений (например, с длиной свободного пробега носителей в процессах переноса);

- размер кристаллитов оказывается соизмеримым с длиной волны де-Бройля – появляются квантовые эффекты [2] .

Разработка твердого высокоэнергетического быстрогорящего топлива с высоким удельным импульсом тяги (Jуд 220 кгсс/кг), высокой плотностью топлива ( 1,65 г/см 3), приемлемой скоростью его горения и с устойчивостью горения при низких давлениях в двигателе, стабильностью горения во всем рабочем диапазоне температур и давлений, малой зависимостью характеристик топлива от начальной температуры заряда, химической стойкостью топлива, т.е. способностью его сохранять неизменными энергетические и баллистические характеристики при длительном хранении; физической стабильностью, т.е. способностью противостоять растрескиванию, отслаиванию бронепокрытий при хранении, в особенности, при переменной температуре, достаточной механической прочностью при воздействии перегрузок, связанных с эксплуатацией летательных аппаратов; безопасностью в обращении, нечувствительностью к детонации и воспламенению при ударных нагрузках. Безусловно, в этом, случае необходимо руководствоваться технологичностью и достаточно высокой производительностью процесса изготовления топлива и зарядов на основе новых материалов, что является одной из актуальных проблем в области разработки современных топлив .

В свете изложенного выше, актуальной является решение проблемы создания и применения твердого высокоэнергетического быстрогорящего топлива из наноструктурированных порошков кремния, алюминия, тугоплавких металлов и углеродных частиц со скоростью горения 20–30 мм/с при Р = 100 кгс/см2 и Т = 20oС и низкой температурной зависимостью в области давлений (Р = 40–600 кгс/см2) (рис. 2) .

56 ФКС XXIV: материалы конференции. – Гродно: ГрГУ, 2016 Такие ТВЭБГТ прежде всего удовлетворяют экологическим требованиям, они дешевы и имеют практически неограниченную сырьевую базу .

Рисунок 2 – Динамика горения наноразмерных порошков кремния в присутствии перхлората натрия (калия) в режиме дефлаграции Список литературы

1. Наноструктурированные угли и перспективы их использования / К. А. Корзун [и др.]. // Нано-2014 .

Наноструктурные материалы : материалы IV междунар. науч. конф. (Беларусь – Россия – Украина), Минск, 7 – 10 окт .

2014 г. – Минск, 2014. – С. 294 .

2. Структура и фазовый состав системы каменный уголь-кремний, модифицированной механоактивацией / А. А .

Ковалевский [и др.]. // Материалы. Технологии. Инструмент. – 2012. – 17.1. – С. 65–71 .

Actuality of work connectes with necessity of development of solid high-energy fast burning fuels having a number of unique properties that would ensure the use of both civil and defense fields of application .

Корзун Кристина Александровна, аспирантка БГУИР, Минск, Беларусь, kristin.korzun@gmail.com .

Комар Ольга Михайловна, аспирантка БГУИР, Минск, Беларусь, olga_komar@tut.by .

Научные руководители – Ковалевский Александр Адамович, кандидат технических наук, доцент БГУИР, Минск, Беларусь, a_kovalevsky@mail.ru .

Котов Дмитрий Анатольевич, кандидат технических наук, доцент БГУИР, Минск, Беларусь, kotov@bsuir.by .

УДК 535.338.3:543.42:544.531:004.413 Н. Н. КУРЬЯН, Д. А. СЕВКО, С. Н. АНУЧИН

УСОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ДЛЯ ЛАЗЕРНО-ЭМИССИОННОГО

СПЕКТРАЛЬНОГО АНАЛИЗАТОРА (LIBS)

Приведено описание метода лазерно-эмиссионного спектрального анализа и его этапов. Описана структура усовершенствованного программного обеспечения (программа «Визуализатор спектров») для обработки спектров, полученных с помощью лазерно-эмиссионного спектрального анализатора (LIBS) .

Современные высокочувствительные методы лазерно-эмиссионного спектрального анализа дают объективную информацию о структуре исследуемого материала, в силу чего являются востребованными при решении различных прикладных задач, требующих идентификации микроколичеств вещества [1]. Как правило, такого рода задачи встречаются в области медицины, геологии, экологии, криминалистики и способствуют созданию новых и адаптации известных методов ультрачувствительного анализа изучаемых объектов. Вместе с тем одним из направлений, которое также требует совершенствования методов атомно-молекулярного анализа, является исследование различных объектов культурного наследия. Основной задачей, которая стоит перед исследователями, работающими в этом направлении, является идентификация художественных материалов, использованных при создании соответствующих произведений искусства, без нарушения их эстетической и художественной ценности. Несомненно, без знания химического состава объектов культурного наследия, и в частности объектов живописи, нельзя адекватно решать задачи атрибуции, искусствоведческой экспертизы, реставрации и консервации шедевров мирового и национального искусства [2] .

Лазерно-эмиссионная спектроскопия является одним из наиболее динамично развивающихся методов прямого спектрального анализа и основана на использовании эмиссионного спектра излучающей плазмы, полученной методом лазерной абляции. Анализ эмиссионных спектров позволяет быстро получать Изучение молекулярной структуры и свойств конденсированного состояния качественную и количественную информацию об элементном составе исследуемого образца. Главным достоинством метода является возможность создания лазерной плазмы в любом веществе (твердом, жидком и газообразном) [3] .

Лазерный спектральный анализ является современной разновидностью классического эмиссионного атомного спектрального анализа. Лазерно-эмиссионный спектральный анализ включает в себя следующие основные этапы: (1) отбор представительной пробы; (2) введение пробы в фокус источника излучения; (3) регистрация спектра (или визуальное наблюдение) с помощью спектрального прибора; (4) расшифровка полученных спектров с помощью таблиц и атласов спектральных линий химических элементов [2]. В последнем случае авторами использовался визуализатор спектра [4], с помощью которого и производилась расшифровка регистрируемых спектров. В общем случае, программа «Визуализатор спектров» имеет вид, представленный на рисунке 1

–  –  –

P( ) 1, P( ) поскольку P( ) – нормализованный профиль спектральной линии .

температура плазмы, В центре рабочего окна программы расположена спектрограмма, исследуемого материла. Возможна функция отображения нескольких спектров исследуемых материалов на одной спектрограмме. Программа больше адаптирована для исследования объектов живописи, в частности пигментов красок, но может быть использована при исследовании разнообразной номенклатуры материалов .

58 ФКС XXIV: материалы конференции. – Гродно: ГрГУ, 2016 Разработанное программное обеспечение позволяет за краткий промежуток времени получить качественный и количественный состав исследуемых материалов, используя спектры полученные в ходе лазерно-эмиссионного спектрального анализа .

Список литературы

1. Клячковская, Е. В. Послойный лазерный микроанализ произведений станковой живописи / Е. В. Клячковская, Н. М .

Кожух, В. А. Розанцев, С. В. Гапоненко // Журнал прикладной спектроскопии. – 2005. – Том 72, № 3. – С. 348–351 .

2. Клячковская, Е. В. Лазерный пробоотбор при идентификации художественных пигментов с помощью метода атомно-эмиссионной спектроскопии с индуктивно связанной плазмой / Е. В. Клячковская, Н. М. Кожух // Вести НАНБ, серия физ.-мат. наук. – 2006. – № 5. – С. 100–102 .

3. Бельков, М. В. Мобильные лазерные спектральные анализаторы / М. В Бельков, С. Н. Райков // Наука и иновации. – 2013. – № 3. – С. 17–18 .

4. Рудикова, Л. В. Разработка программного визуализатора спектров для поддержки лазерной экспрессной экспертизы // Л. В. Рудикова / Доклады БГУИР. – Минск. : БГУИР, 2014. – № 1 (79). – С. 46–52 .

The description of the method of laser-emission spectral analysis and its stages. We describe an improved structure of the software (the program "Visualizer spectra") for the treatment of the spectra obtained with the help of laser emission spectral analyzer (LIBS) .

Курьян Николай Николаевич, аспирант физико-технического факультета ГрГУ им. Янки Купалы, Гродно, Беларусь, kurian90@mail.ru .

Севко Дмитрий Алексеевич, студент 5 курса физико-технического факультета ГрГУ им. Янки Купалы, Гродно, Беларусь, sevko93@mail.ru .

Анучин Сергей Николаевич, аспирант физико-технического факультета ГрГУ им. Янки Купалы, Гродно, Беларусь, srg198838@gmail.com .

Научные руководители – Ануфрик Славамир Степанович, доктор физико-математических наук, профессор, зав .

кафедрой лазерной физики и спектроскопии ГрГУ им. Я. Купалы, Гродно, Беларусь .

Зноско Казимир Францевич, кандидат физико-математических наук, доцент кафедры лазерной физики и спектроскопии ГрГУ им. Я. Купалы, Гродно, Беларусь .

УДК 543.3:613.32 Н. Н. КУРЬЯН, Д. А. СЕВКО, С. Н. АНУЧИН

ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕМЕНТНОГО СОСТАВА ПИТЬЕВОЙ ВОДЫ

РЕНТГЕНО-ФЛУОРЕСЦЕНТНЫМ МЕТОДОМ

Представлены результаты исследования питьевой воды г. Гродно методом рентгено-флуоресцентного спектрального анализа. Проведено сравнение полученных концентраций химических элементов с нормами ПДК и ГОСТ. Определены причины несоответствия питьевой воды г. Гродно нормам ПДК по химическим элементам: железу (Fe), марганцу (Mn), хлору (Cl), меди (Cu) и свинцу (Pb) .

Вода, как и воздух, является важнейшим фактором окружающей среды, оказывая многообразное влияние на все процессы жизнедеятельности организма человека, его работоспособность и заболеваемость. Суточный баланс воды в человеческом организме составляет около 2,5 л. Кроме того, значительное количество воды расходуется на поддержание надлежащего санитарного состояния тела человека, предметов обихода и жилища .

Безвредность воды обеспечивается регламентацией содержания в ней химических веществ, встречающихся в природных водах и добавляемых в процессе обработки на водопроводных станциях, а также предельно допустимых концентраций веществ, появляющихся в результате промышленного, сельскохозяйственного или иного загрязнения источников водоснабжения [1]. Рост промышленного производства, ухудшение состояния окружающей среды, изнашивающаяся инфраструктура, недостаточная очистка, человеческий и геологический факторы неблагоприятно влияют на качество питьевой воды. По данным Всемирной организации здравоохранения, сейчас каждый третий человек в мире испытывает нехватку воды. Из-за болезней, вызванных употреблением некачественной питьевой воды, ежедневно умирает более 4000 человек. 80 % всех заболеваний связано с плохим качеством питьевой воды и нарушением санитарно-гигиенических норм водоснабжения. Эта проблема усугубляется во всем мире по мере роста численности населения, урбанизации, а также возрастания потребностей в воде для сельского хозяйства, промышленности и домашнего хозяйства [2] .

Для исследования химического состава питьевой воды обычно используются фотометрические, спектрометрические, люминесцентные, нейтронно-активационные и другие методы. Для исследований образцов питьевой воды был использован рентгено-флуоресцентный спектральный анализ (РФА) .

Метод РФА является одним из эффективных методов спектрального анализа, позволяющим за минимальный период времени получить полную и достоверную информацию об элементном составе сложных Изучение молекулярной структуры и свойств конденсированного состояния образцов, независимо от их агрегатного состояния и происхождения. Метод рентгено-флуоресцентного анализа используется для определения массовой доли химических элементов и основан на измерении интенсивности характеристического рентгеновского излучения атомов химических элементов при возбуждении их рентгеновским излучением с помощью миниатюрной рентгеновской трубки. Получаемый спектр состоит из набора аналитических линий в диапазоне от 1,0 до 34,5 кэВ. Регистрация интенсивностей осуществляется при помощи многоканального спектрометра с энергодисперсионным полупроводниковым детектором (Si-p-i-n диод) с термоэлектронным охлаждением. Специализированное программное обеспечение дает возможность построить наиболее вероятную модель спектра, обнаружить аналитические линии спектра в присутствии большого количества элементов в пробе (15–30 элементов), определить массовую долю элемента и точный вес объекта [3] .

Для исследований было собрано 10 образцов питьевой воды в городе Гродно (рисунок 1) .

–  –  –

Т.к. концентрации элементов в пробе воды слишком малы, то для того, чтобы можно было выполнить анализ, необходимо использовать методики, позволяющие перевести концентрацию элемента в диапазон обнаружения спектрометра. Для этого перед проведением исследований собранные образцы воды необходимо подготовить, т.е. произвести пробоподготовку. Пробоподготовка осуществлялась самым простым и доступным методам – выпариванием .

Выпаривание проб производилось при температуре 190 °C в печи, в которую помещают фарфоровые чашки с 50 мл. исследуемой воды. Так как для получения требуемого количества сухого остатка простым выпаривание воды очень долго, при втором выпаривании мы добавляли в чашки по 10 мг. целлюлозы. После двух выпариваний из полученного остатка формируют навеску 0,1000 г ± 0,0001 г. Указанную навеску спрессовывают в таблетку диаметром 10 мм при помощи гидравлического пресса из комплекта спектрометра .

В ходе эксперимента в питьевой воде было обнаружено наличие следов ртути (Hg), кадмия (Cd) и селена (Se). Зарегистрированные концентрации данных элементов в большинстве проб ниже величины погрешности измерений и поэтому не могут быть определены количественно (таблица 1) .

Количество стронция (Sr) превышает нормы ПДК. Значение полученной концентрации – в 1,25 раза превышает допустимое значение. Концентрации железа (Fe), марганца (Mn), хлора (Cl), меди (Cu) и свинца (Pb) в несколько раз превышают ПДК (концентрация железа – в 7 раз; марганца – в 1,5 раза; хлора – в 2,2 раза; меди

– в 3,4 раза; свинца – в 5,9 раз) .

–  –  –

Полученные данные указывают на то, что концентрации таких элементов, как железа (Fe), марганца (Mn), хлора (Cl), меди (Cu) и свинца (Pb), не соответствуют нормам ПДК и превышают их в несколько раз. Данное несоответствие может быть вызвано состоянием водопровода в жилых домах, устаревшими очистительными системами на водозаборах, загрязнением окружающей среды .

Список литературы

1. Состав питьевой воды и бытовые методы ее очистки от загрязнителей [Электронный ресурс]. – Режим доступа:

http://gov.cap.ru/SiteMap.aspx? gov_id=610&id=620910. – Дата доступа: 02.03.2015 .

2. Чистая вода [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://nprvo.ru/water/ – Дата доступа: 03.03.2015 .

3. Черноруков, Н. Г., Нипрук, О. В. «Теория и практика рентгенофлуоресцентного анализа: Электрон. учеб.-метод .

пособие» / Н. Г.Черноруков, О. В. Нипрук. – Нижний Новгород : Нижегородский госуниверситет, 2012 .

The paper presents the results of a study of drinking water in Grodno by X-ray fluorescence spectral analysis. A comparison of the concentration of chemical elements with the norms of MPC and GOST. The reasons mismatch drinking water standards Grodno MPC chemical elements: iron (Fe), manganese (Mn), chlorine (Cl), copper (Cu) and lead (Pb) .

Курьян Николай Николаевич, аспирант физико-технического факультета ГрГУ им. Я. Купалы, Гродно, Беларусь, kurian90@mail.ru .

Севко Дмитрий Алексеевич, студент 5 курса физико-технического факультета ГрГУ им. Я. Купалы, Гродно, Беларусь, sevko93@mail.ru .

Анучин Сергей Николаевич, аспирант физико-технического факультета ГрГУ им. Я. Купалы, Гродно, Беларусь, srg198838@gmail.com .

Научные руководители – Ануфрик Славамир Степанович, доктор физико-математических наук, профессор, заведующий кафедрой лазерной физики и спектроскопии ГрГУ им. Я. Купалы, Гродно, Беларусь .

Зноско Казимир Францевич, кандидат физико-математических наук, доцент кафедры лазерной физики и спектроскопии ГрГУ им. Я. Купалы, Гродно, Беларусь .

УДК 539.25(546.87+546.811+541.49) А. В. КУШНЕРОВ

–  –  –

Обсуждаются результаты исследования микроструктуры быстрозатвердевшего сплава Bi51Sn26In23. Сплав имеет дисперсную структуру и состоит из трех фаз Bi, -фаза и Sn. Определена объемная доля фаз и удельная поверхность межфазных границ .

В связи с тем, что современные легкоплавкие припои содержат вредные для окружающей среды и здоровья человека компоненты (например, ртуть, свинец, кадмий и др.), то сейчас идет активный поиск сплавов, в составе которых вышеуказанные компоненты заменены менее опасными. К числу таких заменителей относятся олово и индий [1]. В связи с более высокой стоимостью индия и олова целесообразно легкоплавкие материалы на их основе получать ресурсо- и энергосберегающими технологиями, к которым относится высокоскоростное затвердевание [2–4]. Сплав системы Bi51Sn26In23 (концентрация компонентов в мас. %) был исследован в качестве потенциального кандидата на использование в качестве припоя, основными преимуществами которого является: низкая температура плавления в диапазоне 65–100 °С [5]. В данной работе исследовалась микроструктура быстрозатвердевшей фольги сплава Bi–Sn–In .

Сплав для исследований был изготовлен методом центробежного затвердевания (ЦЗ). В ЦЗ методе капля расплава висмута выплескивалась на внутреннюю полированную поверхность вращающегося с частотой 15 об/с медного цилиндра диаметром 20 см. Скорость охлаждения расплава при получении фольг толщиной около 30 мкм находилась в пределах 105-106 К/с. Исследование микроструктуры образцов проводилось на электронном микроскопе LEO 1455VP. Были получены снимки 2-х поверхностей: поверхность А (рис. 1а), контактирующая с кристаллизатором, и противоположная поверхность В (рис. 1b), контактирующая с атмосферой. Исследование параметров микроструктуры проводилось с помощью метода случайных секущих .

Относительная погрешность определения параметров микроструктуры не превышает 8 % .

Изучение молекулярной структуры и свойств конденсированного состояния

–  –  –

На снимках отчетливо видно три фазы сплава: белая, черная и серая. В ходе исследования было установлено методом рентгеноспектрального микроанализа, что белой фазой является Bi, черной фазой является Sn, а серой является InBi (-фаза). Для сплава характерна макроскопическая однородность распределения хорд. Значения объемной доли и средних размеров хорд секущих на сечении выделенных фаз представлены в таблице 1 .

Таблица 1 – Параметры микроструктуры быстрозатвердевшей фольги сплава

–  –  –

Полученные результаты объемной доли фаз показывают, что преобладающим элементом в нашей структуре для поверхности А и для поверхности В является фаза BiIn, она занимает половину всей структуры, реже всего встречается фаза Bi. Сравнив результаты для обеих поверхностей можно сказать, что они совпадают в пределах погрешности. Анализируя результаты для средних длин хорд можно заметить, что для поверхности А результаты близки по значению и отличаются не более чем на 20 %. А на поверхности В присутствует разбежка в разнице почти в 2 раза. Значения средних длин хорд для всех фаз находятся в пределах 0,3–0,8 мкм .

На рисунке 2 представлены гистограммы распределения хорд случайных секущих по размерным группам. Они имеют куполообразную форму с максимумом хорд размером 0,25–0,45 мкм для обоих поверхностей .

Рисунок 2 – Гистограммы распределения хорд секущих для поверхностей A(a) и B(b)

В таблице 2 представлены полученные результаты для удельной поверхности межфазных границ быстрозатвердевшего сплава. Основная часть удельной поверхности межфазных границ приходится для границы Sn-InBi. Общая удельная поверхность межфазных границ слоев у поверхности А и у поверхности В находятся в пределах погрешности .

62 ФКС XXIV: материалы конференции. – Гродно: ГрГУ, 2016 Таблица 2 – Удельная поверхность межфазных границ быстрозатвердевшей фольги сплава Bi51Sn26In23

–  –  –

Таким образом установлено: 1) быстрозатвердевающий сплав Bi51Sn26In23 состоит из трех фаз: Bi, -фазы, Sn, которые однородно распределены в фольге; 2) определены объемные доли фаз: основной фазой является фаза V=0,5, 3) длины средних хорд случайных секущих, расположенные на сечении исследуемых фаз, находятся в пределах 0,3–0,8 мкм .

Список литературы

1. Пивненко, В. Актуальность перехода к сплавам, используемым в бессвинцовых припоях / В. Пивненко // Радио и компоненты. – 2006. – № 3(9). – С. 8–35 .

2. Ван Цзинцзе. Быстрозатвердевшие фольги индия / Ван Цзинцзе, В. Г. Шепелевич. – Минск : РИВШ, 2011. – 172 с .

3. Шепелевич, В. Г. Структурно-фазовые превращения в металлах : пособие для студентов физ. фак. спец. 1-31 09 01 «Физика» / В. Г. Шепелевич. – Минск : БГУ, 2007. – 167 с .

4. Васильев, В. А. Высокоскоростное затвердевание расплава (теория, технология и материалы) / В. А. Васильев,

Б. С Митин, И. Н. Пашков, М. М. Серов, А. А. Скудрилин, А. А. Лукин, В. Б. Яковлев ; под ред. Б. С. Митина. – М. :

«СП ИНТЕРМЕТ ИНЖИНИРИНГ», 1998. – 400 с .

5. Electronic Manufacturing Technology Symposium (IEMT), 2008 33rd IEEE/CPMT International «Characteristic of low temperature of Bi-In-Sn solder alloy» .

Results of investigation of rapidly solidified Bi51Sn26In23 microstructure are discussed. The alloy has dispersive structure .

Volume parts of the phases and specific surface of phase boundary are determined .

Кушнеров Андрей Викторович, студент 4 курса физического факультета БГУ, Минск, Беларусь, andrey-fizik@mail.ru .

Научный руководитель – Шепелевич Василий Григорьевич, доктор физико-математических наук, профессор кафедры физики твердого тела физического факультета БГУ, Минск, Беларусь, shepelevich@bsu.by .

УДК 535.37 / 577.3 А. В. ЛАВЫШ

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ НОВЫХ ПРОИЗВОДНЫХ ТИОФЛАВИНА Т

С АМИЛОИДНЫМИ ФИБРИЛЛАМИ

Представлены результаты исследований спектральных свойств водных растворов новых производных тиофлавина Т в присутствии амилоидных фибрилл на основе инсулина. Установлено, что вновь синтезированные производные эффективно встраиваются в амилоидные фибриллы, что приводит к значительному батохромному смещению спектров поглощения и существенному возрастанию интенсивности флуоресценции. С помощью метода Скэтчарда определены константы встраивания новых производных в фибриллы .

Для обнаружения и изучения амилоидных фибрилл (АФ) часто используют метод, основанный на регистрации и анализе флуоресценции молекулярного ротора тиофлавина Т (ThT). Однако применение ThT для изучения фибрилл непосредственно в биологических тканях затрудняется тем, что его спектры поглощения и флуоресценции расположены в сине-зеленом спектральном диапазоне, где присутствует значительное рассеяние света фибриллами в экспериментах in vitro, а также поглощение и флуоресценция биологических образцов в экспериментах in vivo. Существенно увеличить чувствительность метода обнаружения АФ в растворах и тканях позволяет применение производных ThT, которые имеют спектры, смещенные в красную область. В качестве таких производных предложено использовать вновь синтезированные соединения перхлорат транс-2-[4-(диметиламино) стирил]-3-этил-1,3-бензотиазолия (DMASEBT) и тозилат транс-2диметиламино)-2,6-диметилстирил]-3-этил-1,3-бензотиазолия (2M-DMASEBT), которые являются молекулярными роторами [1]. Для данных соединений характерным является возрастание квантового выхода и длительности затухания флуоресценции при увеличении вязкости раствора или жесткости микроокружения вследствие торможения торсионного вращения молекулярных фрагментов друг относительно друга .

Торможение торсионного вращения фрагментов приводит к уменьшению вероятности перехода в нефлуоресцирующее состояние и возрастанию интенсивности свечения молекул .

В водном растворе (рН 6,0) в присутствии АФ наблюдаются существенные изменения спектров поглощения новых производных ThT. На рисунке 1 представлены спектры поглощения DMASEBT и 2MDMASEBT в присутствии АФ с различными концентрациями. Данные спектры получены из исходных путем Изучение молекулярной структуры и свойств конденсированного состояния вычитания кривой, характеризующей рассеяние света фибриллами в растворе и представленной в виде D расс k m .

а) цифрами 1–8 отмечены спектры с концентрациями АФ: 0,00; 0,02; 0,04; 0,06; 0,08; 0,12; 0,15 и 0,20 мг/мл;

б) цифрами 1–8 отмечены спектры с концентрациями АФ: 0,00; 0,005; 0,015; 0,020; 0,040; 0,060; 0,080 и 0,100 мг/мл Рисунок 1 – Спектры поглощения 14 мкмоль/л DMASEBT (а) и 2,4 мкмоль/л 2M-DMASEBT (б) в воде в присутствии АФ после вычитания кривой, характеризующей рассеяние света фибриллами Как видно из рисунка 1, при возрастании концентрации АФ происходит увеличение оптической плотности на длине волны ~570 нм для обоих красителей, в то время как оптическая плотность на длине волны 520 нм уменьшается. При этом видно наличие изобестической точки на 550 нм, что свидетельствует о существовании двух типов молекул красителя. К первому типу мы относим свободные молекулы, спектр которых в водном растворе имеет максимум на 514 нм для DMASEBT, и 515 нм для 2M-DMASEBT. Ко второму типу относим молекулы, которые взаимодействуют непосредственно с фибриллами. Спектр поглощения последних, как видно из рисунка 1, имеет максимум на ~570 нм для DMASEBT, и на ~575 нм для 2M-DMASEBT. Данный спектральный сдвиг красителей при взаимодействии с АФ мы объясняем встраиванием молекул красителей в структуру фибрилл, где их окружение становится менее полярным, а потому стабилизация основного состояния значительно меньше, чем в водном растворе, имеющем высокую полярность .

Также установлено, что при увеличении концентрации АФ в растворе происходит существенное возрастание интенсивности флуоресценции красителей. Так, в присутствии АФ с концентрацией 0,1 мг/мл интенсивность флуоресценции DMASEBT возрастает примерно в 42 раза, а 2M-DMASEBT – примерно в 100 раз. Мы считаем, что значительное возрастание интенсивности свечения в присутствии АФ вызвано их встраиванием в жесткую структуру фибрилл. При встраивании микроокружение молекул тормозит торсионное вращение их фрагментов и блокирует переход в нефлуоресцирующее состояние .

Для вычисления констант встраивания и получения представления о количестве центров встраивания использовали метод Скэтчарда [2].

В данном методе строили графики в следующих координатах:

Сb 1 Сb N N

–  –  –

Рисунок 2 – Графики в координатах Скэтчарда, характеризующие встраивание DMASEBT (а) и 2M-DMASEBT (б) в АФ (точки – экспериментальные данные; сплошная линия – подгоночная кривая) 64 ФКС XXIV: материалы конференции. – Гродно: ГрГУ, 2016 Важно отметить, что для ThT в работе [3] также получено число центров встраивания, равное двум .

Представленные на рисунке константы встраивания производных ThT в АФ близки к константам встраивания ThT, однако число мест встраивания n для производных значительно выше, чем для ThT .

Таким образом, результаты исследований показывают, что новые производные ThT могут рассматриваться как весьма перспективные флуоресцентные зонды для обнаружения и изучения структуры амилоидных фибрилл в растворе, а также в биологических тканях .

Список литературы

1. Лавыш, А. В. Торсионная релаксация новых производных тиофлавина Т в возбужденном состоянии / А. В. Лавыш // Веснiк Гродзенскага дзярж. ун-та iм. Я. Купалы, Сер. 2. Матэматыка. Фiзiка. Iнфарматыка, вылiчальная тэхнiка i кiраванне .

– 2015. – № 1 – С. 71–82 .

2. Scatchard, G. The attractions of proteins for small molecules and ions / G. Scatchard // Ann. N.Y. Acad. Sci. – 1949. – V. 51. – P. 660–672 .

3. Kuznetsova, I. M. A new trend in the experimental methodology for the analysis of the thioflavin T binding to amyloid fibrils / I. M. Kuznetsova, A. I. Sulatskaya, V. N. Uversky, K. K. Turoverov // Molecular Neurobiology. – 2012. – V. 45. – P. 488– 498 .

The results of studying the spectral properties of new thioflavin T derivatives in aqueous solution in the presence of insulin amyloid fibrils are presented. It is found that new derivatives effectively incorporate into amyloid fibrils. This leads to large bathochromic shift of absorption spectrum and significant increase of fluorescence intensity of derivatives. Using the Scatchard method the binding constant for interaction between derivatives and fibrils are determined .

Лавыш Андрей Валентинович, аспирант кафедры общей физики физико-технического факультета ГрГУ им. Я. Купалы, Гродно, Беларусь, andrewlavysh@mail.ru .

Научный руководитель – Маскевич Александр Александрович, кандидат физико-математических наук, доцент, заведующий кафедрой общей физики ГрГУ им. Я. Купалы, Гродно, Беларусь, amaskevich@grsu.by .

УДК 544.18 А. В. ЛАВЫШ

КВАНТОВО-ХИМИЧЕСКИЕ РАСЧЁТЫ СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ

НОВОГО ПРОИЗВОДНОГО ТИОФЛАВИНА Т

Представлены результаты квантово-химических расчетов нового флуоресцентного красителя – производного тиофлавина Т в основном и возбужденном синглетных состояниях. Установлено, что в основном состоянии молекула имеет плоскую геометрию. При переходе в возбужденное состояние молекула претерпевает релаксацию в нефлуоресцирующее состояние, которая сопровождается торсионным поворотом фрагментов молекулы друг относительно друга. Результаты расчетов позволили предположить, что данное химическое соединение является молекулярным ротором .

Широко известным флуоресцентным зондом для обнаружения и изучения амилоидных фибрилл (нерастворимых белковых агрегатов) является тиофлавин Т (ThT). Флуоресцентные свойства ThT, являющегося молекулярным ротором, определяются фотофизическими процессами, происходящими в возбужденном состоянии. Установлено, что при фотовозбуждении происходит торсионная релаксация молекулы ThT, которая приводит к образованию нефлуоресцирующего состояния [1, 2]. В настоящее время ведется интенсивная работа по синтезу химических соединений на основе структуры молекулы ThT с целью создания флуоресцентных красителей, которые имели бы спектры поглощения и флуоресценции, значительно смещенные в красную область спектра. Применение таких красителей позволит улучшить чувствительность метода обнаружения амилоидных фибрилл в биологических тканях и в растворе .

В качестве нового флуоресцентного красителя предложен 2-{(E)-2-[4-(диметиламино) фенил] этинил}-1этилнафто [1,2-d] [1,3] тиазол-1-иум. Квантово-химические расчеты данного соединения выполняли с помощью программы Firefly 8.1.0 [3]. В качестве метода расчеты выбран метод теории функционала плотности (DFT) [4] с применением функционала B3LYP и набора базисных функций 3-21G. Расчеты выполняли для молекулы в газовой фазе при отсутствии электромагнитных полей .

Результаты расчетов показали, что в основном состоянии (S0) геометрия молекулы характеризуются плоской конформацией, т.е. фрагменты I, II и III (см. рисунок) лежат в одной плоскости. Оптимизация геометрии молекулы в возбужденном состоянии (S1) показала, что минимуму энергии соответствует структура, в которой фрагмент II повернут относительно фрагмента III на угол 90°. При этом изменение угла между плоскостями фрагментов I и III практически не происходит. Таким образом, при релаксации возбужденного состояния происходят значительные конформационные изменения геометрии молекулы, которые выражены в торсионном повороте фрагмента II относительно остальной части молекулы .

Изучение молекулярной структуры и свойств конденсированного состояния

–  –  –

Для более детального изучения динамики конформационных изменений геометрии молекулы, выполняли расчет ее энергии в состояниях S0 и S1 в зависимости от угла в диапазоне от 0° до 180° с шагом 10° .

Полученные зависимости (см. рисунок) показывают, что в состоянии S0 поворот фрагмента II сопряжен с преодоление достаточно высокого барьера (~6000 см -1). Это указывает на невозможность торсионного вращения фрагментов молекулы друг относительно друга в основном состоянии. Напротив, в возбужденном состоянии при увеличении угла происходит значительное уменьшение энергии молекулы на 9500 см-1. При этом важно отметить, что сила осциллятора перехода S1S0 при увеличении угла резко уменьшается и стремится к нулю уже при 50°. Отсюда следует, что вероятность излучательного перехода S1S0 близка к нулю при 50°. Известно, что вероятность электронного перехода определяется интегралом перекрывания волновых функций в возбужденном и основном состояниях. Анализ квадрата модуля волновой функции показал, что при торсионном повороте фрагмента II относительно остальной части молекулы происходит перераспределение электронной плотности в молекуле. Это перераспределение приводит к тому, что в состояниях S1 и S0 волновые функции локализованы на различных молекулярных фрагментах и их пространственное перекрывание пренебрежимо мало. Можно сделать вывод, что при торсионном вращении фрагментов в возбужденном состоянии молекула переходит в нефлуоресцирующее состояние (так называемое TICT-состояние). Флуоресценция же осуществляется из возбужденного состояния с плоской конформацией (LE-состояния), для которого угол 0°, а сила осциллятора f 1,8. Следует отметить, что для молекулы ThT картина фотофизических процессов подобная [1], однако интересно, что сила осциллятора перехода S1S0 достигает нуля только при 90° .

Таким образом, на основании результатов квантово-химических расчетов можно утверждать, что дезактивация энергии возбужденного состояния может осуществляться по двум основным конкурирующим каналам. Первым каналом является излучательный переход из состояния LE(0°) в франк-кондоновское состояние S0*(0°), которое затем релаксирует в состояние S0(0°). Вторым каналом дезактивации является торсионная релаксация в состояние TICT(90°), которое является нефлуоресцирующим. Переход из TICT(90°) в состояние S0*(90°) происходит без испускания кванта света, после чего происходит торсионная релаксация состояния S0*(90°) в состояние S0(0°) .

Описанные выше фотофизические процессы являются характерными для класса молекул, называемых молекулярными роторами. Следовательно, рассматриваемое нами химическое соединение может быть отнесено к классу роторов .

Список литературы

1. Stsiapura, V. I. Computational study of thioflavin T torsional relaxation in the excited state / V. I. Stsiapura, A. A. Maskevich, V. A. Kuzmitsky, K. K. Turoverov, I. M. Kuznetsova // J. Phys. Chem. A. – 2007. – Vol. 111. – P. 4829–4835 .

2. Stsiapura, V. I. Thioflavin T as a molecular rotor: fluorescent properties of thioflavin T in solvents with different viscosity / V. I. Stsiapura, A. A. Maskevich, V. A. Kuzmitsky, V. N. Uversky, I. M. Kuznetsova, K. K. Turoverov // J. Phys. Chem. B. – 2008 .

– Vol. 112. – P. 15893–15902 .

3. Granovsky, A. A. FireFly version 8.1.0; http://classic.chem.msu.su/gran/firefly/index.html .

4. Kohn, W. Nobel Lectures: Electronic structure of matter – wave functions and density functionals / W. Kohn // Rev. Mod .

Phys. – 1999. – Vol. 71. – P. 1253 .

The results of quantum-chemical calculations of new fluorescent dye, thioflavin T derivatives, in the ground state and first excited singlet state are presented. Established that the molecule in the ground state has a planar conformation. In the excited state the 66 ФКС XXIV: материалы конференции. – Гродно: ГрГУ, 2016 molecule undergo a torsion relaxation to the non-fluorescent state. Quantum-chemical calculations allowed us to classify molecule as molecular rotor .

Лавыш Андрей Валентинович, аспирант кафедры общей физики физико-технического факультет ГрГУ им. Янки Купалы, Гродно, Беларусь, andrewlavysh@mail.ru .

Научный руководитель – Маскевич Александр Александрович, кандидат физико-математических наук, доцент, заведующий кафедрой общей физики ГрГУ им. Я. Купалы, Гродно, Беларусь, amaskevich@grsu.by .

УДК 541.15 О. А. ЛУКАШИК

ИССЛЕДОВАНИЕ МОРФОЛОГИИ ПОВЕРХНОСТИ ПОКРЫТИЙ ZnCo, МОДИФИЦИРОВАННЫХ

ЛАЗЕРНЫМ ИЗЛУЧЕНИЕМ

Исследовано влияние ЛИ на структуру Zn-Co покрытий. Установлено, что обработка поверхности покрытий, осажденных в поле рентгеновского излучения, ЛИ, генерируемым рубиновым лазером ГОР-100М с модуляцией добротности на пассивных затворах из оптического стекла КС-19, позволявшего получать моноимпульсы длительностью ~ 100 нс и энергией в импульсе 5Дж с равномерным пространственным распределением энергии по пятну фокусировки, приводит к формированию однородной мелкодисперсной структуры в зоне обработки .

Направленное изменение физико-механических свойств поверхностного слоя позволяет на качественном уровне решать одну из важнейших задач обеспечение максимально возможной поверхностной прочности изделий. Как известно, практически почти все процессы, приводящие к отказам изделий (износ, коррозия, усталостные явления), начинаются с поверхности и определяются свойствами относительно тонкого поверхностного слоя .

В работе представлены результаты исследования влияния высокоинтенсивного лазерного излучения (ЛИ) на морфологию поверхности покрытий Zn-Co, сформированных методом электролитического осаждения при плотности катодного тока 2 А/дм2 из сульфатных, слабокислых электролитов. Облучение покрытий ЛИ, генерируемым рубиновым лазером ГОР-100М, проводилось в двух режимах: в режиме свободной генерации (длина волны излучения – 694,3 нм, длительность импульса – 1,2 мс, плотность потока от 104 до 106 Вт/см2), облучение в моноимпульсном режиме длительностью ~ 100 нс и энергией в импульсе 5Дж, с равномерным пространственным распределением энергии по пятну фокусировки .

С целью выявления однородности модифицированной поверхности, исследования проводились методом растровой электронной микроскопии в двух точках: на краю и в центре покрытия (рисунок 1) .

–  –  –

На рисунках 2, 3 приведены фотографии морфологии поверхности покрытий ZnCo, сформированных в поле рентгеновского излучения и без, модифицированные ЛИ в режиме свободной генерации и в моноимпульсном режиме .

–  –  –

На рисунке 2 видно, что воздействие ЛИ на покрытия приводит к реструктуризации их поверхности. На поверхности заметны вспученные области, образованные в результате нагрева металла. Обнаружено, что покрытий, сформированных в поле рентгеновского излучения морфология поверхности более мелкозернистая .

Покрытия визуально более плотные, чем контрольные не облучаемые в процессе осаждения рентгеновским излучением образцы .

На рисунке 3 изображена морфология образцов, полученных после облучения ЛИ в моноимпульсном режиме. Видно, что геометрия поверхности контрольных не облучаемых рентгеновским излучением образцов сильно развита. На поверхности присутствуют обширные очаги оплавленного покрытия. На поверхности облучаемых в процессе осаждения покрытий рентгеновским излучением присутствуют мелкие капельки, которые также свидетельствуют об оплавлении покрытия при воздействии ЛИ, работающего в моноимпульсном режиме .

–  –  –

Анализ морфологии поверхности по пятну фокусировки ЛИ показал, что поверхность образцов, обработанная ЛИ в режиме свободной генерации отличается возмущенностью по зонам. Обнаружено, в центре кратера (центр), кристаллическое зерно покрытий существенно меньше, чем у покрытий, не подвергавшихся лазерному облучению. На краю видно присутствие кристаллических образований, похожих на усы, свидетельствующих о начале локальных процессов плавления, происходящих при лазерной обработке, У образцов, обработанных ЛИ в моноимпульсном режиме подобных кристаллических образований не обнаружено .

Таким образом, обнаружены закономерности изменения геометрии поверхности и концентрации элементов, входящих в сплавы, от режимов облучения ЛИ. Установлено, что обработка поверхности покрытий, ЛИ в моноимпульсном режиме приводит к формированию однородной мелкодисперсной структуры с размерами зерен порядка 50 нм, с постоянной концентрацией элементов сплава в зоне обработки покрытия .

После воздействия ЛИ, генерируемым лазером, работающим в режиме свободной генерации, видна реструктуризация поверхности: на поверхности присутствуют вспученные области, образованные в результате нагрева металла, а также обширные очаги оплавления .

Список литературы 1 Валько, Н. Г. Электролитическое осаждение Zn-Co покрытий в поле рентгеновского излучения / Н. Г. Валько, В. В. Война, О. А. Лукашик, Е. Ю. Петрученя // Радиационная физика твёрдого тела : тр. XXV международной конф., Севастополь, 6–11 июля 2015 г. / под ред. Г. Г. Бондаренко. – М. : ФГБНУ «НИИ ПМТ», 2015. – 644 с .

2 Valko, N. G. The Electrodeposition the Zn-Co Alloys in the X-ray irradiation field/ N. G. Valko, V. M. Anishcik, V. V .

Vojna // 5th International conference «Radiation Interaction with materials : fundamentals and applications 2014», 12–15 May. – Р. 108–109 .

The effect of laser radiation on the structure of the Zn-Co coating. It was found that the treatment of surface coatings deposited in the X-ray field of laser radiation, generated by a ruby laser ГОР-100M Q-switched to passive gates of optical glass КС-19, allows you to receive single pulses of ~ 100 ns and a pulse energy of 5 J with a uniform space energy distribution over the focus spot, leading to the formation of a homogeneous fine structure in the treatment zone .

Лукашик Ольга Анатольевна, студентка 5 курса физико-технического факультета ГрГУ им. Я. Купалы, Гродно, Беларусь, olka3333@mail.ru .

Научный руководитель – Война Владимир Васильевич кандидат физико-математических наук, доцент кафедры общей физики ГрГУ им. Я. Купалы, Гродно, Беларусь, nvalko@gmail.com .

68 ФКС XXIV: материалы конференции. – Гродно: ГрГУ, 2016 УДК 621.785:669.14.08.29 А. А МАЛАШЕВИЧ, А. К. КУЛЕШОВ

ТВЁРДЫЙ СПЛАВ Т15К6 С ПОКРЫТИЕМ ИЗ ТИТАНА, МОДИФИЦИРОВАННЫЙ

СИЛЬНОТОЧНЫМИ ЭЛЕКТРОННЫМИ ПУЧКАМИ ПРИ РАЗЛИЧНЫХ РЕЖИМАХ

Проведено исследование фазового состава твердого сплава Т15К6 (TiC – 15 %, Co – 6 %, WC – 79 %) с покрытием из титана, облученного СЭП при различных режимах. В результате анализа изображений поперечных шлифов была оценена толщина модифицированного СЭП слоя и построена зависимость толщины исследуемого слоя от режимов облучения .

Спеченные твердые сплавы, наряду с быстрорежущими сталями, являются одной из основных групп инструментальных материалов. В настоящее время они нашли широкое применение в промышленности (изготовление режущих инструментов различного назначения, оснащение измерительного инструмента) ввиду своей высокой твердости, износостойкости и теплостойкости [1, 2] .

Среди различных методов модификации свойств твердых сплавов особое место отводится СЭП технологии. В результате взаимодействия СЭП с поверхностью твердого сплава формируется модифицированный слой. Образование данного слоя, в первую очередь, обусловлено разогревом поверхности твердого сплава до температур выше температуры плавления карбидов, входящих в состав твердого сплава Т15К6 и сверхбыстрой кристаллизацией. Такая обработка твердых сплавов позволяет значительно улучшать их эксплуатационные характеристики .

В настоящей работе проведен анализ фазового состава и микроструктуры поперечных шлифов твердого сплава Т15К6 с покрытием из титана (Ti), облученного СЭП при различных режимах, Исследуемые образцы облучались СЭП с плотностью энергии 40 Дж/см 2, 60 Дж/см2, 80 Дж/см2 и длительностью импульса 100 мкс, 150 мкс, 200 мкс .

Фазовый состав модифицированных СЭП слоев изучали на дифрактометре Rigaku Ultima IV в фокусировке Брэгга-Брентано с использованием медного излучения. Результаты фазового состава исследуемых образцов представлены на рисунке 1 .

Рисунок 1 – Рентгенограмма а) исходного, необлученного образца, б) образца, облученного с плотностью энергии 40 Дж/cм2 и плотностью энергии 100 мкс Из рисунка 1 видно, что облучение твердого сплава Т15К6 сильноточными электронными пучками приводит к изменению фазового состава, с образованием твердых растворов (Ti,W), (Ti,W)C. Изменения фазового состава поверхностных слоев твердого сплава, прежде всего, обусловлены расплавлением поверхностного слоя, а также его сверхбыстрой кристаллизацией, которая проходит в неравновесных условиях .

Аналогичный фазовый состава был получен для всех образцов, облученных СЭП при других исследуемых режимах .

Далее была проанализирована микроструктура поперечных шлифов твердого сплава, облученного СЭП при различных режимах (рисунок 2). На рисунке 2 можно наблюдать образование поверхностного модифицированного СЭП слоя, толщина которого зависит как от плотности энергии, так и от длительности импульса. Мелкодисперсная структура этого слоя с размером кристаллов менее 0.5 мкм заметно отличается от структурного состояния исходного сплава представляющего собой крупные кристаллические зерна светлого (карбид WC) и серого цвета (карбид (Ti, W)C) размером несколько микрон. За модифицированным слоем расположен частично переплавленный слой, содержащий расплавленные светлые прослойки WC между нерасплавленными зернами (Ti,W)C. Далее следует слой с нерасплавленными зернами как WC, так и (Ti,W)C .

Изучение молекулярной структуры и свойств конденсированного состояния Рисунок 2 – Микроструктура поперечного шлифа: а) образца, облученного СЭП с плотностью энергии 40 Дж/cм2 и длительностью импульса 200 мкс, б) образца, облученного СЭП с плотностью энергии 60 Дж/cм2 и длительностью импульса 200 мкс, в) образца, облученного СЭП с плотностью энергии 80 Дж/cм2 и длительностью импульса 200мкс На рисунке 3 представлены зависимости толщины модифицированного слоя от режимов облучения .

Рисунок 3 – Зависимость толщины модифицированного слоя от режимов облучения

В результате исследований, приведенных в настоящей работе, было установлено, что облучение твердосплавных пластин Т15К6 с титановым покрытием сильноточными электронными пучками формирует модифицированную область, глубина которой растет с 2 до 12 мкм по мере увеличения плотности поглощенной энергии, при постоянной длительности импульса 200 мкс. Глубина модифицированного слоя уменьшается с ростом длительности импульса при всех значениях плотности поглощенной энергии. Фазовый состав модифицированного слоя представляет собой твердые растворы (Ti,W), (Ti,W)C, имеющие мелкодисперсную структуру .

Список литературы

1. Петрушин, С. И. Оптимизация свойств материала в композиционной режущей части лезвийных инструментов :

учеб. пособие / С. Н. Петрушин, Б. Д. Даниленко, О. Ю. Ретюнский. – Томск : изд-во ТПУ, 1999. – 99 с .

2. Яресько, С. М. Физические и технологические основы упрочнения твердых сплавов / С. М. Яресько. – Самара : Издво Самарского научного центра РАН, 2006. – 244 с .

The pulse low energy high current electron beam action on the structure and phase of surface layers of the T15K6 hard alloy is investigated. It is found that the formation of supersaturated on tungsten solid solution (Ti, W)C occurred as a result of carbide melting with the increase of the electron beam energy density .

Малашевич Александр Анатольевич, студент 6 курса физического факультета БГУ, Минск, Беларусь, malalilya@mail.ru .

Научный руководитель – Кулешов Андрей Константинович, кандидат физико-математических наук, заведующий лабораторией ионно-плазменной модификации твердых тел физического факультета БГУ, Минск, Беларусь, kuleshak@bsu.by .

УДК 544.183 Д. Н. МЕНЯЙЛОВА

КВАНТОВО-ХИМИЧЕСКИЙ РАСЧЁТ НИЖНИХ ЭЛЕКТРОННЫХ СОСТОЯНИЙ

И МОДЕЛИРОВАНИЕ РОВИБРОННОГО СПЕКТРА МОЛЕКУЛЫ YbCs

В рамках приближения CASSCF(3,12)/XMCQDPT2 с учетом спин-орбитального взаимодействия рассчитаны функции потенциальной энергии для нижних электронных состояний молекулы YbCs. Получено распределение факторов ФранкаКондона для вибронных переходов между соответствующими рассчитанными состояниями .

70 ФКС XXIV: материалы конференции. – Гродно: ГрГУ, 2016 В настоящее время полярные двухатомные молекулы, содержащие атомы различных щелочных металлов, открывают перспективы для реализации новых форм квантовой материи и использования при разработке квантовых компьютеров [1]. Молекула YbCs это гетероядерный полярный двухатомный димер, который имеет неспаренный электрон. Это придает молекуле парамагнитные свойства и возможность манипулирования магнитными полями. Последние достижения в физике ультрахолодных молекулярных газов позволяют установить связь между конденсированным состоянием и вырожденным молекулярным газом. Более того, экспериментально получен конденсат Бозе-Эйнштейна на основе фермионных атомных пар и делокализованного спаривания фермионов (модель Бардина-Купера-Шриффера). Среди других возможных применений такой молекулы рассматривают экспериментальное исследование постоянного электрического дипольного момента электрона и построение моделей решеток спинов для квантовых вычислений. В таких случаях необходимо знать точные формы функций потенциальной энергии (ФПЭ) электронных состояний, а также спектральные, энергетические и динамические характеристики их ровибронных состояний. Ab initio расчеты электронных термов позволяют рассчитать все необходимые характеристики ровибронных состояний .

Чтобы предсказать наиболее вероятные вибронные переходы необходимо знать их интенсивность .

Интенсивность таких переходов пропорциональна произведению факторов Франка-Кондона (ФФК) и четвертой степени частоты переходов. Таким образом, ФФК имеют решающее значение для моделирования спектра .

Система электронных состояний молекулы YbCs не исследована экспериментально и поэтому ab initio расчеты и моделирование спектра являются актуальной задачей .

В данной работе представлены термы, соответствующие двум асимптотическим пределам:

Yb(6s 2 ) Cs(6s), который включает в себя основное состояние X 2, и Yb(6s 2 ) Cs(6p), включающий 2 2 и 12 состояния. При учете спин-орбитального взаимодействия (СОВ) 2 2 состояния не расщепляются, а 12 состояние расщепляется на 12 1/ 2 и 12 3/ 2 (рисунок 1). Термы молекулы получены на SACASSCF(3,12)/XMCQDPT2 уровне теории, СОВ рассчитано с помощью одноэлектронного оператора ПаулиБрейта. Такие расчеты были проведены в работах [3-4] для молекул KRb и YbRb и показали хорошее согласие с экспериментальными данными. Поэтому для молекулы YbCs также можно ожидать согласия с асимптотическим поведением. В расчетах используются Stuttgart RSC ECP. В диссоциационном пределе энергии нижних возбужденных состояний по отношению к основному состоянию составляют 11178.3 и 11732.3 см–1 с СОВ, равным 554.0 см–1. Соответствующие рассчитанные энергии нижних термов относительно основного состояния на расстоянии 17 : 11177.8 ( 1/ 2) и 11732.3 см–1 ( 3 / 2) с СОВ, равным 554.5 см–1. Эти результаты показывают, что расчеты отлично согласуются с экспериментальными энергиями .

Глубина потенциальной ямы основного состояния 158.7 см -1, равновесное межъядерное расстояние составляет 5.775 .

Рисунок 1 Рассчитанные в CASSCF(3,12)/XMCQDPT2 приближении с учетом СОВ нижние термы молекулы YbCs ФФК были рассчитаны для вибронных переходов между соответствующими ab initio состояниями. Эти расчеты выполнены между фиксированным вибронным уровнем верхнего возбужденного электронного состояния и вибронным уровнем основного состояния (с применением правил отбора 0, 1 ). ФФК для 22 1/ 2 X 2 1/ 2, 12 1/ 2 X 2 1/ 2 и 12 3/ 2 X 2 1/ 2 переходов показаны на рисунке 2 .

Изучение молекулярной структуры и свойств конденсированного состояния

Рисунок 2 ФФК для 22 1/ 2 X2 1/ 2 перехода (a): 103, 108, 113 2436 ; 12 1/ 2 X2 1/ 2 перехода (b):

133, 136, 142 2536 ; 12 3 / 2 X2 1/ 2 перехода (c): 131, 133, 136 2736 Равновесные межъядерные расстояния для X 2 1/ 2, 22 1/ 2, 12 1/ 2, 12 3/ 2 составляют 5.775, 4.950,

4.025 и 4.100 соответственно. Из распределения ФФК (рисунок 2) видно, что наиболее вероятные вибронные переходы наблюдаются для состояний вблизи диссоциационных пределов. Для 12 3/ 2 X 2 1/ 2 переходов ненулевые ФФК имеют распределение с большими значениями, чем для других рассматриваемых переходов .

Список литературы

1. Dulieu, O. The formation and interactions of cold and ultracold molecules: new challenges for interdisciplinary physics / O .

Dulieu, C. Gabbanini // Rep. Prog. Phys. – 2012. – № 72, P. 086401108640110 .

2. Granovsky, A. A. Extended multi-configuration quasi-degenerate perturbation theory: The new approach to multi-state multi-reference perturbation theory / A. A. Granovsky // J. Chem. Phys. – 2011. № 134, P. 214113121411314 .

3. Ab initio multi-reference perturbation theory calculations of the low-lying singlet and triplet states of the KRb molecule:

Abstracts of 2nd School-Conference on Atomistic Simulation of Functional Materials (ASFM 2015 Summer), Moscow, 2324 June / Photochemistry Centre RAS; Bagaturyants [and others]. – PCRAS, 2015. – P. 11 .

4. Ab initio multi-reference perturbation theory calculations of the ground and some excited states of the YbRb molecule:

Abstracts of 3rd School-Conference on Atomistic Simulation of Functional Materials (ASFM 2015 Fall), Moscow, 67 October / Photochemistry Centre RAS ; Bagaturyants [and others]. – PCRAS, 2015. – P. 34 .

The potential energy curves were calculated at the CASSCF (3, 12) / XMCQDPT2 level of theory taking into account the spinorbit splitting for the low-lying electronic states of YbCs molecule. The distribution of the Franck-Condon factors for vibronic transitions between the relevant states calculated was performed .

Меняйлова Дарья Николаевна, магистрант физического факультета БГУ, Минск, Беларусь, darhon.yo@gmail.com .

Научный руководитель Шундалов Максим Борисович, кандидат физико-математических наук, доцент кафедры физической оптики физического факультета БГУ, Минск, Беларусь, shundalov@bsu.by .

УДК 537.226(078.8) А. А. МУЛЯРЧИК

МОДИФИЦИРУЮЩЕЕ ДЕЙСТВИЕ НАПОЛНИТЕЛЕЙ С РАЗЛИЧНОЙ НАНОРАЗМЕРНОСТЬЮ

ИХ ЧАСТИЦ Анализируются модифицирующие свойства наноразмерных частиц с различной формой: наносферы, наностержни и нанопластинки. Эти частицы описываются различным числом наноразмерных параметров. Для трех наноразмерных частиц

– это радиус сферы, у двух наноразмерных наностержней – радиус поперечного сечения, у нанопластин – их толщина .

Целью исследований являлся анализ модифицирующих свойств наночастиц с различной формой в зависимости от их геометрических параметров и толщины модифицированного слоя .

Композиционные материалы различного назначения представляют собой сочетание двух фаз:

непрерывного вещества основы (матрицы) и дисперсного распределения частиц наполнителей различного назначения (рисунок 1) [1] .

72 ФКС XXIV: материалы конференции. – Гродно: ГрГУ, 2016 Рисунок 1 – Строение композиционного материала:

- – вещество основы, • – частица модификатора Изменение параметров наноразмерных материалов по сравнению с аналогичными значениями для вещества основы обусловлено тем, что в приповерхнотсном слое частиц наполнителя происходит возникновение) межмолекулярного взаимодействия между наполнителем и матрицей. Это приводит к появлению приповерхностного модифицированного слоя. В композите существует три типа структурнохимических областей: модификатора, частиц вещества основы и модифицированный приповерхностный слой вещества основы. Граница между модифицированным слоем и частицей определяется ее поверхностью. Между модифицированным слоем и веществом основы резкой границы нет. С некоторыми допущениями можно ввести понятие приповерхностного модифицированного слоя .

Для анализа влияния формы наночастиц на коэффициент модифицирования величину рассмотрим три простых случая: наночастицы имеют форму сферы, наностержня с круговым сечением и нанопластинки. Эти частицы являются трех, двух и одноразмерным нанообъектом соответственно, то есть для сферы |r|Lo, для наностержня радиус сечения r’Lo, для чешуйки hLo, где Lo-размерная граница между нано- и макросостоянием равная Lo=230-1/2D [нм], где D-дебаевская температура, коэффициент 230=, имеет размерность [нм К1/2], h,k,m-постоянные Больцмана, Планка и масса электрона соответственно [2] .

Рассмотрим модифицирующую активность наночастиц с формами наносфер, наностержней и нанопластинок .

Пусть частицы соответствующих форм имеют определенные размеры с одинаковыми для каждого типа наночастиц значениями. Эти геометрические параметры можно рассмотреть как усредненные значения .

Геометрические параметры наночастиц их модифицирующей основы приведены в таблице 1 .

Таблица 1 – Модифицирующие характеристики сферических, вискерных (наностержней), чешуйчатых частиц наполнителей-модификаторов

–  –  –

В этой таблице, в соответствии с ее столбцами и строчками приведены следующие величины. I частица: 1Сф (наносфера), 2-Ст (наностержень), 3-Пл (наночастица). II Геометрические параметры наночастиц:

НП-нанопараметры, r1-радиус сферы, r2-радиус поперечного сечения наностержня, t-толщина нанопластины .

ДП-другие параметры, l-длина наностержня, S-площадь наночастицы, V-объем наночастицы. III-объемная концентрация: С1,С2,С3-сферических частиц, наностержней, нанопластин соответственно. IV-число частиц наполнителя в единице объема: n1,n2,n3-сфер, наностержней и нанопластинок соответственно. V-параметры модификации. h=hi (i=1,2,3)-толщина модифицируемого слоя на поверхности частицы. i-объем основы (матрицы), модифицируемой одной частицей, )- объем модифицирующего кластера с учетом объема расположенной в нем частицы .

Частицы наномодификаторов композитов могут иметь различную форму в зависимости от структуры их объемного аналога и метода их получения. Точечная группа симметрии кристалла является подгруппой точечной группы формы частиц. Следовательно, в зависимости от сингонии макрокристалла его нанокристаллы могут иметь форму сфер, эллипсоидов, стержней и пластинок. Последние две являются частыми случаями эллипсоидов в зависимости от взаимоотношения их осей: у стержня сa,b, у пластинок сa,b. Нанопластины, наностержни и наносферы являются соответственно одномерными, двухмерными и трехмерными наноразмерными частицами. Параметр наноразмерности указывается числом наноразмерных величин форм вдоль трех координатных осей. При внесении частицы модификатора в вещество (матрицу) основы на поверхности частицы образуется модифицированный слой, то есть возникают модифицирующий кластер, внутри которого находится частица наномодификатора. На основе геометрических параметров наночастиц и толщины модифицированного слоя рассмотрен метод определения коэффициента модификации для малых объемных концентраций модификатора. Если функциональные свойства улучшаются при увеличении концентрации наполнителя, то это наблюдается до определенного значения этой концентрации. Дальнейшие увеличение этого параметра может резко ухудшить свойства композита. Это будет наблюдаться в случае когда модифицированные объемы начнут соприкасаться друг с другом. При несферических формах частиц нанонаполнителей эти частицы могут формировать структуры по типу жидких кристаллов. Если распределение наностержней или нанопластинок соответствуют смектическим или холестерическим аналогам, то свойства таких кристаллов будут анизотропными. Например, для тензоров второго ранга эти коэффициенты взаимосвязаны:. Если несферические частицы различаются по типу нематического жидкого кристалла, а также при статистическом распеределении сферических частиц, то композит является изотропным веществом. Следовательно, тензоры второго ранга имеют значения t11=t22=t23, а остальные равны нулю. Но и для этих случаев можно создать анизотропные композиты, если они имеют сэндвичевую структуру, в которой чередуются слои с большой и меньшей концентрацией частиц наполнителя .

Список литературы

1. Авдейчик, С. В. Введение в физику нанокомпозиционных машиностроительных материалов / С. В. Авдейчик, В. А. Лиопо, А. А. Рыскулов, В. А. Струк ; под науч. ред. В. А Лиопо, В. А. Струка. Гродно : ГГАУ, 2009. 43 с .

2. Полимер-силикатные машиностроительные материалы, физико-химия, технология, применение / С. В. Авдейчик [и др.] ; под ред. В. А. Струка, В. Я. Щербы. – Минск : Тэхналогiя, 2007. – 431 с .

Analyzed modifying the properties of nano-sized particles of different shapes: nanospheres, nanorods and nanoplatelets and these particles are described by different numbers of nanoscale parameters .

Мулярчик Андрей Анатольевич, магистрант физико-технического факультета ГрГУ им. Я. Купалы, Гродно, Беларусь, life1993.93@mail.ru .

Научный руководитель – Лиопо Валерий Александрович, доктор физико-математических наук, профессор, профессор кафедры теоретической физики и теплотехники ГрГУ им. Я. Купалы, Гродно, Беларусь, liopo@grsu.by .

УДК 621.793.2:539.234

НГУЕН НГОК ТУ

РЕАКТИВНЫЙ ИОННО-ЛУЧЕВОЙ СИНТЕЗ ТОНКОПЛЕНОЧНЫХ ПОКРЫТИЙ ИЗ TiBN

Исследованы процессы формирования тонкопленочных покрытий из TiBN реактивным ионно-лучевым распылением мишени из диборида титана. Установлены зависимости скорости нанесения, удельного объемного сопротивления и температурного коэффициента сопротивления от парциального давления азота в рабочем газе и температуры подложки .

Для получения пленочных структур с различными свойствами и для различных целей используется большое многообразие материалов. Покрытия из TiBN и TiBC обладают уникальным сочетанием экстремальных термомеханических свойств, радиационной стойкости, электрофизических параметров в 74 ФКС XXIV: материалы конференции. – Гродно: ГрГУ, 2016 сочетании с высокой твёрдостью и прочностью, технологической и коммерческой значимостью [1]. Широко известны примеры эффективного использования TiBN и TiBC в качестве материалов атомной, химической индустрии, для получения конструкционной керамики, при производстве абразивов, защитных покрытий, износостойких материалов. Эти соединения также примечательны тем, что обладают целым набором свойств, которые необходимы при получении пленочных структур: тугоплавкость, химическая инертность и стойкость, высокие электро- и теплопроводность, износостойкость, пластичность [2] .

Формирование покрытий из TiBN осуществляли на модернизированной установке вакуумного напыления УРМ 3.279.017. В качестве ионного источника использовался двухлучевой плазменный ускоритель с анодным слоем. Он позволяет формировать два независимых пучка ионов: из верхней ступени в виде полого цилиндра и конусообразный из нижней ступени. Первый пучок предназначен для ионной очистки, второй – для распыления мишени. Вакуумный объём откачивался диффузионным насосом, что обеспечило получение остаточного вакуума (2–3)·10–3 Па. Покрытия из TiBN наносились на подложки из стекла, окисленного кремния, кремния ис использованием метода реактивного ионно-лучевого распыления мишени из TiB2 в среде аргона и азота. В качестве рабочих газов использовались аргон газообразный, чистый марки «А», ГОСТ 10157-73 и азот ГОСТ 9293-74 .

Скорость нанесения тонкоплёночных покрытий Vн является важным параметром, характеризующим как сам метод нанесения, так и наносимый материал. На скорость нанесения при ионно-лучевом методе оказывают параметры ионного пучка, а именно, энергия ионов и величина ионного тока, а также род рабочего газа .

Таблица 1 – Результаты исследования влияния парциального давления азота на процесс нанесения покрытий из TiBN

–  –  –

Исходя из данных, приведенных в таблице, скорость нанесения пленок сложным образом зависит от давления азота. Рост скорости нанесения объясняется формированием нитрида бора BN, который имеет низкую плотность (2,18 г/см3). Дальнейшее увеличение парциального давления азота приводит к снижению Vн из-за меньшей массы ионов азота, по сравнению с ионами аргона .

При увеличении давления азота удельное объемное сопротивление пленки TiBN сильно растет (рисунок 1 а). Это можно объяснить ростом фазы BN, что приводит к повышению удельного сопротивления. На рисунке 1 б представлена зависимость удельного объемного сопротивления пленок TiBN от температуры подложки Тп .

Парциальное давление азота составляло 1,1·10–2 Па. Установлено, что v монотонно снижается при повышении Тп. Это можно объяснить некоторым ростом размеров зерна, уплотнением структуры покрытия, десорбцией аргона и активных газов из пленки .

Температурный коэффициент сопротивления (ТКС) характеризует зависимость электрического сопротивления от температуры и рассчитывался по формуле, (1) TKC 1 T2 T где 1,2 – начальное и конечное значение удельного поверхностного сопротивления, T1,T2 – начальная и конечная температура измерения .

–  –  –

При увеличении давления азота абсолютное значение ТКС пленок TiBN увеличивается. Этот результат, а также отрицательный знак ТКС можно объяснить ростом диэлектрической фазы (BN). При увеличении температурв подложки ТКС пленок уменьшается. Это можно связать с упорядочением структуры покрытия, отжигом дефектов, ростом размеров зерна и как, следствие, уменьшением площади межзеренных границ .

–  –  –

Следует отметить, что ТКС у TiBN имеет отрицательный знак и относительно небольшую величину, что делает эти материалы весьма перспективными для производства высокостабильных тонкопленочных резисторов .

Список литературы

1. Garca-Gonzalez, L. Structure and mechanical properties of TiBN coatings fabricated by dc reactive sputtering technique / L. Garca-Gonzalez, J. Hernandez-Torres, P. J. Garca-Ramrez, J. Martnez-Castillo, A. Sauceda, A. L. Herrera-May, F. J. EspinozaBeltran // Journal of Materials Processing Technology. – 2007. – V. 186. – P. 362–366 .

2. Mollart, T. P. Nanostructured titaniumboronnitride coatings of very high hardness / T. P. Mollart, M. Baker, J. Haupt, A. Steiner, P. Hammer, W. Gissler. // Surface and coatings technology. – 1995. – V. 74–75. – P. 491–496 .

Processes of formation of thin-film coatings from TiBN by a reactive ion-beam sputtering of titanium diboride target are explored. Dependences of deposition rate, specific volume resistance and a temperature coefficient of resistance on partial pressure of nitrogen in working gas and substrate temperatures are established .

Нгуен Нгок Ту, студент БГУИР, Минск, Беларусь, ngngt@gmail.ru .

Научный руководитель – Телеш Евгений Владимирович, старший преподаватель БГУИР, Минск, Беларусь, etelesh@mail.ru .

УДК 538.955

НГУЕН ТХИ ТХАНЬ БИНЬ

ОСОБЕННОСТИ ПАРАМАГНИТИЗМА ДЕТОНАЦИОННОГО НАНОАЛМАЗА

И ОБЛУЧЁННОГО НЕЙТРОНАМИ ПОЛИКРИСТАЛЛИЧЕСКОГО АЛМАЗА

Методом электронного парамагнитного резонанса (ЭПР) измерялась дисперсия магнитной восприимчивости порошка детонационного наноалмаза (ДНА). Результаты позволяют предположить сходство структурного состава образцов ДНА и CVD-алмаза, облученного нейтронами флюенсом 51020 см-2 .



Pages:   || 2 |
[ СКАЧАТЬ ОРИГИНАЛ ДОКУМЕНТА .pdf


Похожие работы:

«fuse.on Die technische Hintergrundinfo von SIBA: издание Know-how rund um die elektrische Sicherung 1/2010 Маленькая деталь, высокая безопасность Предохранители SMD для „правильных коротких замыканий”: Новое исполнение, способное отключать 4000 A Sie profitieren. Mit Sicherheit. Ваша прибыль под защитой. 1/2010 fuse.on страница 2 Маленькая деталь...»

«ВОЗНИКНОВЕНИЕ, РАЗВИТИЕ И РАЗРЕШЕНИЕ КОНФЛИКТОВ ДВА АСПЕКТА ПРОБЛЕМЫ Каждый читатель, я думаю, согласится с тем, что в нашей жизни конфликтные ситуации возникают слишком часто. Если говорить, например, о работе руководителя, то 70-80% ее находится п...»

«АВТОДОРОЖНЫЕ ЗАГАДКИ Раньше счёта и письма, Рисованья, чтенья, Всем ребятам нужно знать Азбуку. (Движенья.) Не живая, а идет, Неподвижна а ведет . (Дорога.) Высоких деревьев длинней, Травиночки малень...»

«Итоговая работа по русскому языку в 7 классе в форме ОГЭ. Вариант 1 Часть 1 При выполнении заданий этой части (А1 – А15) обведите кружком номер правильного ответа в экзаменационной работе. А1 В каком ряду во всех трёх с...»

«Маркировка опасных зон Маркировка опасных зон Оглавление Нормативная документация Сигнальная разметка производственных и складских помещений Антискользящие покрытия Знаки безопасности И...»

«САПФИР 2016 организаторы: ООО "Лира сервис" ООО "ЛИРА САПР" докладчик: Палиенко Олег Игоревич www.liraland.ru www.rflira.ru (495) 730-01-33 Москва, 2016 Новая версия САПФИР 2016 2 Что такое САПФИР Новое развитие...»

«Ч а с т ь 1. Н А Б Л ЮД Е Н И Я Рис. 38. Формирование пирокластического потока в 12 ч 50 мин 17 декабря 1986 г. Расстояние от точки съемки (лагерь Нижний) до центра извержения 8 км. должительность формирования пирокластического по...»

«vladimir_poselyagin_osvobozhdennyj_2_kniga.zip Вы накрасите как припомнить подгон выготского плутония с посыланием правил мифотворчества и всех спецсталей мастерового языка....»

«United Nations Nations Unies United Nations Office on Drugs and Crime Regional Office for Central Asia Programme Office in Tajikistan REQUEST FOR EXPRESSION OF INTEREST (EOI) Title of the EOI: Refurbishment of library of DCA Tajikistan / Капитальный ремонт помещения библиотеки в здании АКН...»

«Регион Тарифный план действует для абонентов, заключивших договор об оказании услуг связи на территории Республики Татарстан Тарифный план действует на территории Республики Татарстан Авансовая система расчетов 0,00р. Ежемесячная абонентская плата Стоимость звонков на территории Д...»

«1 СОДЕРЖАНИЕ 1 Перечень компетенций с указанием этапов их формирования в процессе освоения образовательной программы 4 2 Описание показателей и критериев оценивания компетенций на различных этапах их формиро...»

«ПОЛИТИКА КОНФИДЕНЦИАЛЬНОСТИ г. Город " " г. Настоящая Политика конфиденциальности персональных данных (далее – Политика конфиденциальности) действует в отношении всей информации, которую сайт с формой заказа "Яхта", расположенный на доменном имени http://yachta-hotel.ru/index.php, может получить о Заказчике во врем...»

«Приведенный выше небольшой пример отражения в книге Р. Г. Кузеева некото­ рых моментов башкирско-узбекских этнических взаимосвязей дает основание утвер­ ждать, что это добротное исследование, содержащее зрелые теоретические обобщения и выдвигающее новые...»

«КАТАЛОГ ООО "ЛАНС" Тел: +38(095) 6612143.СОДЕРЖАНИЕ: Наименование продукции страницы Циклон ЦН-11 3 Циклон ЦН-15 4 Циклон ЦН-15у 8 Циклон ЦН-24 9 Циклон ЦМС-27 10 Циклон ЦП-2 11 Циклон СДК-ЦН-33 12 Циклон СК-ЦН-34 13 Ци...»

«УЧЕНЫЛЪ НОІІТЁТОІЪ КОРПУСА \ ГОРНЫ ХЪ И Н ІЕ Н Е Р О В Ъ ЧАСИ" " 9\ САНКТПЕТЕРБУРГЪ. Ііт, ГІ. П. Р ей х е л ь т а, типографги і/ ” " : ' \ ОГЛАВЛЕНІЕ Ч ЕТВЕРТО Й Ч АСТИ Г О Р Н А Г О Ж У Р ІІА Л А ЗА 1864 годъ. I. ОФФИЦІАЛЬНЫЙ ОТДЛЪ. С тр. Приказы по корпусу горныхъ инженеровъ Узаконенія и распоряжеиія правите.іьства II. ГОРЕОЕ И ЗАВ0ДСК0Е ДВЛО. Объ у...»

«ПроектироВаНие Вейн Паллием (Перевод Ю. Потапова) Проектируем Платы с BGA В декабре 2007 года в Москве прошел очередной семинар компании ПСБ технолоджи. Доклады и материалы, содержащиеся на CD-диске Проектирование многослойных печатных п...»

«Микропроцессорный регулятор TIS-tronic 28 Инструкция по эксплуатации ВНИМАНИЕ! Электрооборудование под напряжением! Перед началом каких-либо действий, связанных с питанием (подключение проводов, установка оборудования и т.п.) следует убедиться, что регулятор не подключен к эл...»

«D.I.P. Modular System CS 1DP4C1-1 Преобразователь SDI в аналоговые видеосигналы CS 1DP4C1-1 1. Назначение Преобразование цифрового последовательного сигнала SDI в аналоговые видеосигналы: компонентные сигналы YPrPb/RGBS, аналоговые композитные сигналы PAL, сигналы Y/C. С возможностью синхронизации выходных си...»

«те ДЕПАРТАМЕНТ ПО ТАРИФАМ ПРИМОРСКОГО КРАЯ ПОСТАНОВЛЕНИЕ 30 декабря 2016 года г. Владивосток 77/14 Об установлении цен (тарифов) на электрическую энергию (мощность), поставляемую покупателям Приморского края на территориях, объединенных в неценовые зоны оптового рынка, за исключением электрической энергии (мощности), поставляемой населению и...»

«samyj_prostoj_i_nedorogoj_recept_torta.zip Установите режим "Выпечка" или "Мультиповар" на 50 минут, а затем "Подогрев" еще на четверть часа.Ингредиенты:Сгущенка обычная и сгущенка вареная – по одной банке.Палочки достаньте...»

«КРАТКОЕ РУКОВОДСТВО ПО ИСПОЛЬЗОВАНИЮ Satcon RUB-DRE LP800 www.satcon.ru Возможны изменения, см. на Видео-инструкция работы с комплектом доступна на www.satcon.ru Термины Пульт – пульт RUB-DRE, умеющий работать в режиме Радио Пульта. Радио Пульт – радиопульт-передатчик, который при нажатии на кнопки излучает радиокоманды. База п...»

«ПРЕДВАРИТЕЛЬНОЕ ОБОСНОВАНИЕ РАДИАЦИОННОЙ БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ РЕАЛИЗАЦИИ ТЕХНОЛОГИИ РАЗДЕЛКИ КАССЕТ С ОЯТ РЕАКТОРОВ АМБ В УСЛОВИЯХ БЕЛОЯРСКОЙ АЭС (Смирнов В.П., Нехожин М.А., Семеновых С.В., Гаязов А.З. ФГУП "ФЦЯРБ"; Комаров С.В., Серебряков В.В. ООО НПФ "Сосны") ППСР-2009г. Предварительное об...»

«Программа устойчивости жизни В. Г. Горшков, А. М. Макарьева Аннотация Сложность жизни определяется сложностью управления ею окружающей средой. Программа сохранения сложности жизни записана четырехбуквенным молекулярным алфавитом в макромолекулах ДНК. При произв...»




 
2019 www.mash.dobrota.biz - «Бесплатная электронная библиотека - онлайн публикации»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.