ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫ СОВРЕМЕННОГО МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЯ

ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ ПЛАЗМЫ CF4 НА СМАЧИВАЕМОСТЬ ПОВЕРХНОСТИ УГЛЕПЛАСТИКА

2025-06-04T08:14:59+00:00

В работе проведены исследования воздействия плазменной обработки в индуктивно-связанной плазме CF₄ на смачиваемость поверхности карбонового углепластика. Обработки проведены в плазме мощностью 200 Вт при скорости потока газа 100 см³/мин. Длительность обработки составляла от 5 минут до 40 мин. Для анализа элементного состава поверхности использовался метод рентгеновской энергодисперсионной спектроскопии. Морфология поверхности изучалась с помощью электронной и атомно-силовой микроскопии. Также были исследованы спектры комбинационного рассеяния, интенсивность фотолюминесценции и контактные углы смачивания. Содержание фтора на поверхности после 20-минутной обработки составляет 27 ат.% и при увеличении времени обработки до 40 мин незначительно возрастает. Обнаружено изменение состояния поверхности углепластика от гидрофильного до гидрофобного после плазменной обработки. Измерения контактного угла смачивания после фторирования в плазме CF₄ показали возрастание на 60-65^о от исходных значений. Показана прямая зависимость между длительностью плазменного воздействия и углом смачивания. Максимальное значение краевого угла смачивания равное 135^о достигнуто при времени обработки 40 мин. Наблюдаемый эффект в работе объясняется уменьшением поверхностной энергии за счет формирования С-F-связей при плазменном фторировании. Дополнительный вклад в усилении гидрофобных свойств дает изменение морфологии поверхности, вызванное плазменным травлением. В данном случае теоретической моделью описывающей гидрофобные свойства поверхности может служить модель Кэсси-Бакстера и/или её модификация, предложенной Мармуром.

ОБЗОР ИССЛЕДОВАНИЙ ПО АНАЛИЗУ, ТЕСТИРОВАНИЮ И МАШИННОМУ ОБУЧЕНИЮ МЕЖАТОМНЫХ ПОТЕНЦИАЛОВ С ПРИМЕНЕНИЕМ ДЕЛОКАЛИЗОВАННЫХ НЕЛИНЕЙНЫХ КОЛЕБАТЕЛЬНЫХ МОД

2025-12-24T08:25:40+00:00

Молекулярная динамика (МД) – мощный инструмент для исследования материалов, позволяющий работать с миллионами и более атомов. Однако в молекулярной динамике качество межатомного потенциала имеет ключевое значение. Для анализа и тестирования широкого спектра потенциалов предлагается использовать делокализованные нелинейные колебательные моды (ДНКМ). ДНКМ представляют собой точные решения уравнения движения атомов, полученные на основе симметрии структуры, и, в отличие от анализа, основанного исключительно на фононных модах, допускают колебания в широком диапазоне амплитуд и включают как линейную (фононную), так и нелинейную части колебания. Такой подход позволяет тестировать потенциалы как с точки зрения линейной, так и нелинейной физики. Потому в данной работе представлен обзор на две работы с исследованием ДНКМ в ОЦК вольфраме. В одной из которых проводится сравнение существующих потенциалов относительны данных ab initio, а в другой уже представлен машинно-обученный потенциал с применением ДНКМ и показана разница в воспроизводимости ДНКМ в широком спектре амплитуд

ФОРМИРОВАНИЕ АТОМНОГО УПОРЯДОЧЕНИЯ ПРИ НАГРЕВЕ И ОТЖИГЕ СПЛАВА NiAl3

2025-10-21T07:14:45+00:00

Интерметаллические соединения системы Ni-Al, образующиеся в области фазовой диаграммы богатой алюминием, а именно NiAl₃и Ni₂Al₃, остаются малоизученными. К причинам, ограничивающим проведение экспериментальных и теоретических исследований данных соединений, можно отнести их сложную кристаллографическую структуру и относительно низкие температуры плавления. В данной работе с использованием метода молекулярной динамики проведено исследование формирования атомной структуры в процессах нагрева и отжига интерметаллида NiAl₃ со сверхструктурой D0₁₁. Расчетная ячейка состояла из 16000 атомов. Межатомные взаимодействия задавались в приближении потенциала погруженного атома, который был разработан Мишиным с соавторами. Анализ распределения атомов в кристалле проведен с помощью параметра ближнего порядка Каули и метода рентгеновской дифракции. Оценка значений параметра Каули приведена для нескольких координационных сфер при различных температурах, что позволяет наблюдать изменение атомного упорядочения с повышением температуры. Построены профили линий рентгеновской дифракции в процессах нагрева и отжига. Показано удовлетворительное соответствие значений межплоскостных расстояний, рассчитанных для виртуальных дифрактограмм, экспериментальным значениям.

КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРОННОЙ СТРУКТУРЫ И РЕАКЦИОННОЙ СПОСОБНОСТИ МОДИФИЦИРОВАННЫХ ФУЛЛЕРЕНОВ C60Xn (n = 2, 4, 6) С ПРИМЕНЕНИЕМ КОНЦЕПТУАЛЬНОЙ ТЕОРИИ ФУНКЦИОНАЛА ПЛОТНОСТИ

2025-09-02T13:01:03+00:00

Проведено комплексное компьютерное моделирование серий производных фуллерена C₆₀, модифицированных двумя, четырьмя и шестью идентичными функциональными группами X различной природы (X = -CH₃, -C₂H₅, -C₃H₇, -F, -Cl, -Br, -OH, -OCH₃, -OC₂H₅, -SH, -SCH₃, -SC₂H₅, -NH₂, -NO₂, -COOH, -COCl, -CONH₂, -CN). Целью работы являлось установление зависимостей между строением молекул и их ключевыми электронными и реакционными дескрипторами. Расчеты выполнены с помощью программных пакетов ORCA 6.1 и Multiwfn 3.8 в рамках теории функционала плотности (DFT) с использованием гибридного функционала PBE0-D4 и базисных наборов def2-SVP (оптимизация структур) и def2-TZVPD (расчет электронных и реакционных дескрипторов). В рамках концептуальной DFT проанализированы химический потенциал μ, жесткость η, электрофильность ω, нуклеофильность N, энергии ионизации I и сродства к электрону A. Впервые для данных систем предложены относительные шкалы электронного химического потенциала <δμ> и жесткости <η>, позволяющие классифицировать группы по силе и направленности их влияния на донорно-акцепторные свойства фуллереновых структур. Обнаружено кумулятивное усиление влияния заместителей при переходе от ди- к тетра-производным и отклонение от линейности для гекса-замещенных структур, обусловленное стерическими эффектами. Установлено, что объемные группы с гетероатомами (S, O, N) могут становиться новыми реакционными центрами. Результаты работы позволяют прогнозировать редокс-активность и связанные с ней свойства модифицированных фуллеренов и являются основой для целенаправленного дизайна структур с заданными свойствами.

ОСОБЕННОСТИ ПЕРЕНОСА ТЕПЛА В УГЛЕРОДНЫХ АЛМАЗОПОДОБНЫХ ТОНКИХ ПЛЕНКАХ

2025-08-21T09:01:55+00:00

Аннотация
Считается, что теплопроводность неметаллических, в том числе и алмазных материалов осуществляется в основном фононами. Однако в углеродных алмазоподобных пленках ситуация сложнее. Казалось бы, что в монофазных алмазных пленках фононный механизм теплопроводности очевиден. Однако множесвенность границ раздела и наличие большой концентрации водорода снижают коэффициент теплопроводности до 0,2 – 3,0 Вт/(мК) в алмазных пленах, то есть на три, четыре порядка по сравнению с теплопроводностью алмазного монокристалла. Лишь в микронных алмазных пленках коэффициент теплопроводности приближается к теплопроводности алмазного монокристалла. Сложность обоснования механизма теплопроводности в углеродных тонких (нанометровых) пленках заключается в особенностях структуры, представляющей собой фактически тонкопленочный композит из алмазоподобных и графитоподобных кластеров, размер которых составляет 0,5 – 1,0 нм. Таким образом, такой композит представляет собой совокупность областей, обладающих разными механизмами теплопроводности – в алмазоподобных кластерах действует фононный механизм, в графитоподобных кластерах преобладает электронный механизм переноса тепла. То есть на границе раздела наблюдается смена переноса тепла с фононного на электронный. Однако в углеродных алмазоподобных пленках границы раздела отсутствуют, алмазоподобные и графитоподобные кластеры связаны sp3- и sp2- связями, что сопровождается появлением локализованных электронных состояний в запрещенной зоне алмазоподобного кластера вплоть до ее полного заполнения. Фактически алмазоподобный кластер становится электропроводящим кластером. Такой эффект значительно усложняет механизм теплопроводности.

КОМПОЗИЦИОННЫЕ БИОСОВМЕСТИМЫЕ МАТЕРИАЛЫ НА ОСНОВЕ ХИТОЗАНА И ФОСФАТОВ КАЛЬЦИЯ ДЛЯ РЕКОНСТРУКЦИИ КОСТЕЙ

2025-10-23T11:56:16+00:00

Материалы для костных имплантатов играют значительную роль в современном биомедицинском материаловедении в связи с ростом заболеваний костей. Одним из перспективных материалов в этой области являются биокомпозиты на основе фосфатов кальция. Однако эти материалы в чистом виде имеют ряд недостатков, таких как недостаточная биологическая активность, что открывает возможность модификации кальций-фосфатных цементов полимерными материалами, способными улучшить физико-химические и биологические свойства этих материалов. Таким образом, в данной работе был синтезирован композиционный материал на основе брушита/хитозана и гидроксиапатита/хитозана с массовым содержанием хитозана 0,05 мас.%; 0,2 мас.%; 0,4 мас.%. Фазовый и компонентный составы определяли методами рентгенофазового анализа (РФА) и инфракрасной Фурье-спектроскопии (ИК-Фурье). Морфологию и структуру композитов характеризовали с помощью сканирующей электронной микроскопии (СЭМ). Краевой угол смачивания и поверхностную энергию измеряли методом лежащей капли. Растворимость оценивали путем инкубации образцов в физиологическом растворе с последующим титрованием. Биосовместимость проверяли на моноцитах человека.

МОЛЕКУЛЯРНО-ДИНАМИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ ВАКАНСИЙ НА МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА α-TI, АРМИРОВАННОГО УНТ, ПРИ ОДНООСНОМ РАСТЯЖЕНИИ

2025-09-07T17:57:26+00:00

Целью данного исследования являлось проведение сравнительного анализа влияния концентрации точечных дефектов (вакансий) и армирования углеродными нанотрубками (УНТ) на деформационное поведение и механические свойства монокристалла титана (α-Ti) при одноосном растяжении. Исследование выполнено методом молекулярной динамики в программном комплексе LAMMPS. Для всех моделей проведено одноосное растяжение с постоянной скоростью деформации при температуре 300 K. Определены ключевые механические характеристики: предел прочности, предел текучести и модуль Юнга. Установлено немонотонное влияние вакансий на прочность α-Ti. Показано, что концентрация вакансий равная 0,5% приводит к дисперсионному упрочнению матрицы (предел прочности =14.75 ГПа, для бездефектного кристалла = 14.43 ГПа). Введение УНТ стабилизирует предел прочности на уровне ~12 ГПа для всех концентраций вакансий, нивелируя их влияние. Обнаружено, что модуль Юнга композита возрастает с увеличением доли вакансий (до 103.13 ГПа при 1.0%), что свидетельствует о доминирующей роли УНТ в упругой деформации. Выявлено, что разрушение композита происходит по механизму интерфазного отслоения на границе раздела, что приводит к снижению предела текучести. Для моделей с внедренной УНТ ключевым фактором, определяющим механические свойства композита, является прочность границы раздела «матрица-УНТ».

ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЛАНТАНА, ПРАЗЕОДИМА И ОЦЕНКА ТЕПЛОВЫХ СВОЙСТВ ИХ СПЛАВОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПРАВИЛА СМЕШЕНИЯ КОМПОНЕНТОВ

2025-10-15T10:45:03+00:00

Несмотря на распространенное практическое использование редкоземельных металлов, в научной литературе почти отсутствуют сведения о теплофизических свойствах редкоземельных металлов и их сплавов. Существующие термодинамические модели обладают как достоинствами, так и недостатками, но ни одна из них не описывает поведение тепловых свойств редкоземельных металлов в температурной области конденсированного состояния с помощью одной непрерывной функции. В этой связи был предложен новый подход к теоретическому отображению реальных систем. В рамках исследуемой модели был проведен расчет таких теплофизических характеристик лантана и празеодима, как теплоемкость, коэффициент теплового линейного расширения, плотность, теплопроводность, температуропроводность и удельное электросопротивление. Полученные температурные зависимости адекватно описывают экспериментальные данные. С помощью правила смешения компонентов получены оценки тепловых свойств ряда сплавов лантана с празеодимом. Тепловые свойства сплавов ограничены соответствующими характеристиками лантана и празеодима. В процессе расчетов подтвержден эффект наследования сплавами ряда особенностей поведения температурных кривых компонентов. Однако выдвинуто предположение, что более строгий расчет может привести к нивелированию этого эффекта и к появлению в результате смешения взаимодействующих компонентов новых фазовых превращений и структур.

ОЦЕНКА ПРОСКАЛЬЗЫВАНИЯ ОБРАЗЦА ПРИ ИНТЕНСИВНОЙ ПЛАСТИЧЕСКОЙ ДЕФОРМАЦИИ КРУЧЕНИЕМ С ПОМОЩЬЮ ВЫРЕЗОВ И МАРКЕРОВ

2025-11-21T06:57:28+00:00

В статье рассматривается эффект проскальзывания при интенсивной пластической деформации кручением (ИПДК) образцов титана марки Grade-4 с использованием общепринятых методик нанесения маркеров, а также выреза о образце. На начальном этапе ИПДК (угол поворота бойков j_t = 36^°) проскальзывание (L), оценённое по сдвигу маркеров составило 35%. В образец Ti после предварительного ИПДК nS»2,5 был сделан врез, куда вставлена медная вставка, и затем образец подвергнут ИПДК с j_t = 54^°. Сдвиг тела медной вставки оказался значительно меньше ожидаемого, и по основному объёму образца проскальзывание составило L = 96%. Однако в верхнем правом углу медной вставки отчетливо виден захваченный при кручении «язык» меди толщиной около 15 мкм, растёкшийся по поверхности Ti. Это может свидетельствовать, что при ИПДК течение происходит преимущественно в локальной зоне контакта «боек-поверхность образца». Можно предположить, что локализация сдвига на поверхности искажает результаты оценки проскальзывания «методом нанесения маркеров на поверхность образцов перед ИПДК». Это объясняет разницу в величине проскальзывания, фиксируемого по маркеру на поверхности, и «методом выреза в образце» (или «методом совместного ИПДК двух половин диска»).

ИЗМЕНЕНИЕ ПОД ВОЗДЕЙСТВИЕМ ИМПУЛЬСНОГО МАГНИТНОГО ПОЛЯ МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ОБРАЗЦОВ ИЗ СПЛАВА Al-10Si-Mg, ПОЛУЧЕННЫХ С ПОМОЩЬЮ СЕЛЕКТИВНОГО ЛАЗЕРНОГО СПЛАВЛЕНИЯ

2025-10-15T14:41:41+00:00

Актуальность исследования связана с обеспечением механических свойств образцов из алюминиевых сплавов, полученных селективным лазерным сплавлением. Получены пластины толщиной около 1 мм из порошкового алюминиевого сплава Al-10Si-Mg (RS300), проведена магнитно-импульсная обработка с силой тока 11…21 кА. Экспериментально подтверждено предположение, что под воздействием импульсного магнитного поля в образцах наводятся вихревые токи в несколько десятков килоампер, вызывающие неравномерное выделение тепла по материалу образца из-за большего уровня электросопротивления по границе зерен, которое приводит к мгновенному локальному выделению количества тепла, способного привести к микрооплавлению материала по границам частиц металлопорошковой композиции. Это, вероятно, может привести к изменению металлических связей между частицами, что в целом должно привести к повышению механических свойств изделия. Проведены испытания на одноосное растяжение и измерение микротвёрдости, выполнены металлографические исследования, которые показали изменение структуры по границам зерен и повышение механических свойств материала на 20-30%. Определены направления дальнейших исследований для объяснения изменения механических свойств после воздействия на алюминиевый сплав импульсным магнитным полем.

МОДИФИЦИРОВАНИЕ ПОВЕРХНОСТИ ЖАРОПРОЧНОГО СПЛАВА ВХ9Л ЛАЗЕРНЫМ ИМПУЛЬСНЫМ ОКСИДИРОВАНИЕМ НА ВОЗДУХЕ

2025-10-06T10:51:24+00:00

Выполнены экспериментальные исследования процесса лазерной термической обработки поверхности жаропрочного литейного сплава ВХ9Л в режиме импульсной генерации излучения. Путем лазерного импульсного сканирования получены оксидные покрытия толщиной 20-30 мкм с микротвердостью 8-11 ГПа. Методом растровой электронной микроскопии исследована структура сформированных термических оксидов в зависимости от мощности импульсного излучения. Построена кинетическая модель лазерного оксидирования металлов в составе сплава ВХ9Л на воздухе по механизму поверхностного зародышеобразования. При увеличении мощности лазера с 150 Вт до 200 Вт степень оксидирования металлической поверхности уменьшается с 26% до 12% вследствие повышения температуры металла и тенденции формируемого оксида к разложению. Расчетные значения соответствуют полученным экспериментальным данным при размере критических зародышей 0,3 нм, теплоте десорбции атомарного кислорода 350000 Дж/моль и общем времени обработки 0,02 с. Установлено, что при лазерном оксидировании образцов из сплава ВХ9Л образованная оксидная фаза включает, в основном, оксиды хрома и титана. Содержание в составе модифицированной поверхности оксидов железа и никеля незначительна и соответствует «следовым» микроколичествам. Показано, что лазерное импульсное оксидирование может применяться как перспективный способ модифицирования при получении на изделиях механически прочных и коррозионноустойчивых металлооксидных пленок и покрытий.

К ВОПРОСУ ПРИМЕНЕНИЯ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ОБРАБОТКИ ДЛЯ ПОЛИМЕРНЫХ ПОЛИГРАФИЧЕСКИХ КОМПОЗИЦИЙ

2025-10-25T15:40:48+00:00

Развитие современных технологий обусловливает активное внедрение новых эффективных решений в промышленное производство, включая использование полимерных композиционных материалов. Эти материалы отличаются сочетанием различных компонентов, обеспечивающих уникальные физико-механические свойства, такие как устойчивость к воздействию внешних факторов, высокой температуре и механическому воздействию. Полимерные композиты применяются в различных областях промышленности благодаря своей способности адаптироваться к специфическим условиям эксплуатации. Важность правильного выбора связующего вещества подчеркивается необходимостью учитывать разнообразие механизмов разрушения и проводить испытания, соответствующие условиям реальной эксплуатации изделий. Современная модификация полимерных матриц с помощью химических добавок и специальных физических воздействий способствует улучшению эксплуатационных характеристик материалов. Особое внимание уделяется разработке экологически чистых и экономичных решений, удовлетворяющих потребности промышленного производства, включая полиграфическое производство, где востребованы стойкие и безопасные лакокрасочные материалы и клеевые составы.