SCI Библиотека

The possibility of synthesising ion-substituted forms of hydrated silver antimonates Ag2γH2-2γSb2O6·2H2O has been studied. For the synthesis, the method of mechanochemical activation of the components of an inorganic mixture consisting of polyantimonic acid (PAA) with H2Sb2O6·2H2O composition and silver nitrate with the concentration range (γ) from 0.0 to 1.0 has been applied. The results of studies of the phase composition of the synthesized compounds and their structural features are presented. Using the Rietveld method, the parameters of the crystal lattice of PAA hydrated ionsubstituted silver forms with a pyrochlore-type structure have been refined. The model for the occupation of metal ions by crystallographic positions has been proposed: the framework of the structure of the compounds is formed by 16c- and 48f -positions, in which Sb5+ and O2- are statistically located; hydrated oxonium ions (H3O+) and silver ions occupy 16d- and 8b-positions respectively. It has been shown that the synthesis of silver forms of PAA is preferably carried out by the mechanochemical synthesis, which results in the complete substitution of proton groups by silver ions in the structure of the compounds.

Данная работа посвящена исследованию энергии симметричных границ зёрен наклона и поворота в диапазоне углов разориентировки зёрен от 0 до 180◦ и температур от 100 до 700 K в чистом алюминии. Путём молекулярно-динамического моделирования несколько бикристаллических систем с различными углами наклона/поворота зёрен поддерживаются при постоянной температуре 100, 400 или 700 K и вычисляется энергия каждой границы зерна. Полученные результаты показывают, что минимальная энергия границ уменьшается при возрастании температуры от 100 до 400 K, а при дальнейшем нагреве до 700 K может уменьшаться, практически не меняться и даже увеличиваться. Средняя энергия, полученная усреднением энергий возникающих вариаций структуры границы зерна при постоянной температуре, увеличивается с ростом температуры от 100 до 700 K для случайных границ с изначально высокой энергий. В случае специальных границ зёрен с малым значением Σ средняя энергия практически не изменяется. Чтобы описать непрерывную зависимость энергии симметричных границ наклона и поворота от температуры предлагается аппроксимация искусственной нейронной сетью прямого распространения. Нейронная сеть обучается и тестируется на данных атомистического моделирования и показывает высокую предсказательную способность на тестовых данных и для описания энергии в диапазоне температур от 100 до 700 K.

Выполнено первопринципное исследование структуры и свойств алмазоподобных углеродных нанотрубок, формируемых в процессе сворачивания алмазоподобного слоя L4. В результате расчётов методом теории функционала плотности установлено, что только алмазоподобные нанотрубки (n,0)L4, имеющие полипризматическую форму, могут устойчиво существовать. Точечная группа симметрии этих нанотрубок - n/mmm. Значение параметра трансляции находится в диапазоне от 1.6224 до 1.6342 ˚A. Молекулярно-динамические расчёты показали, что нанотрубка (5,0)L, имеющая минимальную полную энергию, должна быть устойчивой до 150 К. Изолированная нанотрубка (5,0)L4 обладает высоким значением модуля Юнга (890 ГПа) и шириной запрещённой зоны в 0.6 эВ, характерной для полупроводника. Материал на основе жгутов алмазоподобных нанотрубок (5,0)L4 с плотной упаковкой можно экспериментально идентифицировать при использовании рассчитанной порошковой рентгенограммы.

Методом теории функционала плотности с использованием обобщённого градиентного приближения проведено теоретическое исследование электронных и физических свойств функционализированных гидроксильной (-OH) группой слоёв графена 5-7 типа Т1 (COH - L5-7-T 1) с типами присоединения -OH T1 и Т2 и слоя графена 3-12 (COH - L3-12) с единственным типом функционализации. В результате оптимизации слой на основе графена 3-12 с гексагональной минимальной элементарной ячейкой оказался неустойчивым. Два функционализированных слоя с моноклинной примитивной элементарной ячейкой на основе графена 5-7 структурного типа T1 являются устойчивыми с большими величинами длин углерод-углеродных связей и элементарных трансляций сравнительно с чистым графеновым слоем и слоем, функционализированным фтором. Из них тип присоединения -OH T1 обладает слоевой плотностью 1.61 мг/м2, а тип присоединения T2 1.67 мг/м2. В слоях 5-7 с адсорбированной -OH-группой тип T1 обладает энергией сублимации 18.20 эВ/(COH). Энергия сублимации типа T2, равная 18.72 эВ/(COH), больше энергии сублимации для одного из типов функционализированного -OH гексагонального графена, что свидетельствует о высокой термической стабильности. Ширина запрещённой зоны слоёв равна 3.74 и 3.95 эВ для типов T1 и T2 соответственно. Диапазон изменения ширины запрещённой зоны в сравнении с диапазоном для аналогичных слоёв 5-7 фторографена является более узким с меньшим верхним пределом и более высоким нижним пределом.

The analysis and generalization of the calculation results of the structure, electronic and energy characteristics of graphene monolayer polymorphs L6, L4-8, L3-12, L4-6-12, L5-7 functionalized with fluorine, hydrogen and hydroxyl group atoms has been carried out. It has been established that in graphanes and fluorographenes, as the deformation parameter increases, the sublimation energy decreases and the lattice constant increases. The sublimation energy decreases in the sequence: hydroxygraphenes, fluorographenes, graphanes. The studied materials have a band gap ranging from 1.93 to 6.46 eV. It has been established that the band gap decreases with increase of sublimation energy. With an increase of the electronegativity of the attached atoms (groups), the sublimation energy increases, and the band gap decreases. Graphanes have the lowest sublimation energy and the largest band gap.

Выполнено полуэмпирическое и первопринципное исследование углеродных соединений, состоящих из взаимопроникающих графиновых слоёв, называемых автоинтеркалированными. В результате расчётов изучена возможность формирования одномерных автоинтеркалированных наноструктур и трёхмерных фаз с упорядоченной структурой на основе шести основных типов графиновых слоёв. Наиболее устойчивые автоинтеркалированные наноструктуры могут быть сформированы только из слоёв α-графина-1 и β1-графина-2, которые характеризуются параметрами трансляции 6.89 и 14.6 ˚A соответственно. Трёхмерные фазы из этих автоинтеркалированных слоёв должны обладать тетрагональной I4/mcm (№ 140) или ромбической Ibam (№ 72) симметрией, размерами каналов от 6.00 до 9.42 ˚A и плотностью от 0.69 до 1.26 г/см3. Молекулярно-динамические расчёты показали, что при температуре 400 К графиновые слои в структуре автоинтеркалированных фаз могут волнообразно деформироваться. Экспериментальную идентификацию новых трёхмерных автоинтеркалированных фаз можно выполнить с помощью расчётных рентгенограмм и абсорбционных рентгеновских спектров.

The problem of finding equilibrium configurations of one-component charged particles, induced by external electrostatic fields in planar systems, is a subject of active studies in fundamental as well in experimental investigations. In this paper the results of numerical analysis of the equilibrium configurations of charged particles (electrons), confined in a circular region by an infinite external potential at its boundary are presented. Equilibrium configurations with minimal energy are searched by means of special calculation scheme. This computational scheme consists of the following steps. First, the configuration of the system with the energy as close as possible to the expected energy value in the ground equilibrium state is found using a model of stable configurations. Next, classical Newtonian molecular dynamics is used using viscous friction to bring the system into equilibrium with a minimum energy. With a sufficient number of runs, we obtain a stable configuration with an energy value as close as possible to the global minimum energy value for the ground stable state for a given number of particles. Our results demonstrate a significant efficiency of using the method of classical molecular dynamics (MD) when using the interpolation formulas in comparison with algorithms based on Monte Carlo methods and global optimization. This approach makes it possible to significantly increase the speed at which an equilibrium configuration is reached for an arbitrarily chosen number of particles compared to the Metropolis annealing simulation algorithm and other algorithms based on global optimization methods.

Под воздействием лазерных импульсов возможны значительные изменения микроструктуры поверхностных слоев материалов, в частности под облученной поверхностью может наблюдаться протяженный дислокационный слой. При этом предлагаются различные механизмы образования дислокаций в данном случае. Очевидно, что более полное понимание первопричин возникновения дислокаций является актуальной задачей и ее решение может найти свое практической применение. Сложность прямых наблюдений изучаемых процессов не позволяет проводить всестороннее исследование, поэтому в данном случае с успехом применяются численные эксперименты с применением методом компьютерного моделирования. В данной работе представлены результаты моделирования структурных изменений, возникающих при имитации воздействия на поверхность кристалла железа лазерных импульсов с различной плотностью энергии, и сопровождающихся образованием дислокаций. В основе модели лежит приближение, которое предполагает, что воздействие лазера приводит лишь к нагреву облученного материала. Для проведения исследования применялся метод молекулярной динамики с использованием потенциала межчастичного взаимодействия, рассчитанного в рамках метода погруженного атома. В ходе моделирования в расчетной ячейке возникала межфазная граница, которая является источником механических напряжений. Ее особенностью является наличие кривизны поверхности, приводящей к неравномерности распределения напряжений. Высказывается предположение, что именно благодаря этому создаются необходимые условия для образования дислокаций. В работе визуализирован процесс зарождения и последующего роста дислокаций, а также дислокационная реакция. Выполнены оценки изменения длины дислокаций при различных вариациях начальных условий и параметров моделирования. Возможно, результаты исследования найдут свое применение при описании процессов, протекающих при высокоэнергетическом воздействии на твердое тело.

Известно, что воздействие лазерных импульсов на поверхность металла сопровождается такими процессами как локальный нагрев, плавление и даже испарение металла, что приводит к различным структурным изменениям поверхности. Очевидно, что в связи с широким применением лазера в качестве инструмента обработки материалов исследование процессов, сопутствующих его воздействию, является актуальной задачей, которую, впрочем, не всегда удается решить исключительно экспериментальным путем и в данном случае требуется применение дополнительных методов исследования. В представленной работе методом молекулярной динамики изучаются структурные изменения, происходящие в монокристалле железа, подвергнутому относительной деформации различной величины, при моделируемом воздействии лазерного импульса. Предполагается, что подобное воздействие сопровождается лишь разогревом облученного материала до достаточно высоких температур. Показано, что в результате последующей структурной релаксации в кристалле образуются дислокации, являющиеся откликом на внешнее воздействие, а по мере роста величины деформации формируются области разориентации. При этом для разориентации в данном случае не требуются большие деформации, а необходимо наличие жидкой фазы, а также избыточный свободный объем. Высказывается предположение, что возникновению областей разориентации также способствуют касательные напряжения, создаваемые межфазной границей.

Представлены результаты лабораторных исследований окисления рельсовой стали марки Э90ХАФ при нагреве до температур 800 - 1200 °С. Угар стали определяли с помощью гравиметрического метода (по потере массы образцов). При проведении лабораторных экспериментов использовали образцы размером 10 ´ 10 ´ (2 ÷ 26) мм. Нагрев образцов проводили в электрической печи сопротивления СУОЛ-0,25.1/12,5-И1 с нагревателями из карбида кремния в атмосфере воздуха. Нагрев проводили до температур 800, 850, 900, 950, 1000, 1050, 1100, 1150 и 1200 °С и выдерживали при постоянной температуре в течение 10, 30 и 50 мин. Для прогнозных расчетов угара получена зависимость, позволяющая определить потери массы стали в зависимости от температуры и времени нагрева. Установлено, что увеличение температуры от 800 до 1200 °С и времени выдержки от 10 до 50 мин. приводит к росту угара с 0,004 до 0,199 г/см2, то есть фактически в 50 раз. Наибольший эффект оказывает рост температуры. Закономерности влияния температурно-временного фактора на угар рельсовой стали хорошо согласуются с теоретическими представлениями о высокотемпературном окислении железо-углеродистых сплавов.