Учебное пособие 1936

УДК 538.9 (06) ББК 22.3я4

П992

58 Отчетная научно-техническая конференция профессорскопреподавательского состава, сотрудников, аспирантов и студентов. Секции «Физика твердого тела», «Физика и техника низких темпера- П992 тур»: тез. докл. [Электронный ресурс]. – Электрон. текстовые и граф. данные (3,03 Мб). – Воронеж: ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет», 2018. – 1 электрон. опт. диск (DVD-ROM): цв. – Систем. требования: ПК 500 и выше; 256 Мб ОЗУ; Windows XP; SVGA с разрешением 1024x768; Adobe Acrobat; DVD-

ROM дисковод; мышь. – Загл. с экрана.

В представленных докладах нашли отражение результаты экспериментальных исследований и компьютерного моделирования структуры и физических свойств различных конденсированных сред, проводимых учеными, аспирантами и студентами старших курсов кафедры физики твердого тела Воронежского государственного технического университета.

Опубликованные материалы соответствуют научному направлению «Физика и технология наноструктурированных материалов» и перечню критических технологий Российской Федерации, утвержденному Президентом Российской Федерации.

УДК 538.9 (06) ББК 22.3я4

Редакционная коллегия:

Ю.Е. Калинин - д-р физ.-мат. наук, проф. – ответственный редактор, Воронежский государственный технический университет;

С.А. Гриднев - д-р физ.-мат. наук, проф., Воронежский государственный технический университет;

Л.Н. Коротков - д-р физ.-мат. наук, проф., Воронежский государственный технический университет;

А.В. Ситников - д-р физ.-мат. наук, проф., Воронежский государственный технический университет;

О.В. Стогней - д-р физ.-мат. наук, проф. – ответственный секретарь, Воронежский государственный технический университет

Рецензенты: кафедра физики твердого тела и наноструктур Воронежского государственного университета (зав. кафедрой, д-р физ.-мат. наук, проф. Э.П. Домашевская); д-р физ.-мат. наук, проф. С.Б. Кущев

© ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет», 2018

УДК 533.24

СЖИЖЕНИЕ ГАЗОВ. МЕТОД ЛИНДЕ

Е.С. Григорьев, А.С. Овчинников, Е.В. Щеняев

Кафедра физики и химии, ВУНЦ ВВС «ВВА имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина»

Любой газ можно превратить в жидкость простым сжатием, если температура газа ниже критической. Углекислый газ, например, можно сжижить при комнатной температуре, поскольку его критическая температура равна 31°С. То же, можно сказать и о таких газах, как аммиак и хлор. Но есть и такие газы, которые при комнатной температуре нельзя перевести в жидкое состояние. К таким газам относятся воздух, а также его составные части – азот, кислород и аргон; водород и гелий, у которых критические температуры значительно ниже комнатной. Для сжижения таких газов их необходимо предварительно охладить до температуры несколько ниже критической, после чего повышением давления газ может быть переведён в жидкое состояние.

Явление изменения температуры газа при его адиабатном расширении дросселированием от одного постоянного давления к другому называется эффектом ДжоуляТомсона [1]. Наиболее простым и безопасным является метод Линде.

В исторически первой машине для сжижения газов в технических масштабах для охлаждения газов ниже критической температуры и последующего сжижения использовался метод дросселирования. В машине Линде (рису) помимо эффекта Джоуля – Томсона применён важный конструктивный принцип противоточного теплообмена.

Воздух поступает в компрессор K, в котором он сжимается до 200 атм. После этого он проходит через змеевик, охлаждаемый проточной водой, где он отдаёт тепло, выделившееся при сжатии. Таким образом, в дальнейший путь к сжижению

лировании начнёт частично сжижаться и накапливаться в приёмнике f, откуда он может быть слит через кран V2 в сосуд для хранения сжиженных газов – сосуд Дьюара.

Сжиженные газы находят широкое применение в технике. Кислород в смеси с ацетиленом или водородом даёт пламя очень высокой температуры, применяемое для резки и сварки металлов; используется в качестве окислителя для двигателей космических ракет.

Литература 1. Кикоин А.К., Кикоин И.К. Общий курс физики. Молекулярная физика. – М.: Наука,

1976. – 480 с.

3

УДК 621.59

КРИОГЕННОЕ ХРАНИЛИЩЕ БИОЛОГИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

А.С. Баркалова, студент гр. ЯЭ-141, А.В. Сергеев

Кафедра физики твердого тела

Криоконсервация – метод заморозки биологического материала при помощи жидкого азота, который обеспечивает сохранение и жизнеспособность клеток после этапа разморозки. Температура при такой заморозке достигает – 196 °С. Процедура выглядит следующим образом: капсулы с биоматериалом помещаются в жидкий азот, где подвергаются быстрой заморозке. Именно такая низкая температура дает возможность приостановить

в клетках все биохимические процессы, и позволяет хранить их долгое время.

Разработана конструкция хранилища с полезным объемом 100 литров для транспортировки при криогенных температурах предварительно замороженных биологических материалов. Основной особенностью данного криохранилища является автономное хранение объектов в течение длительного времени (до 60 суток) без дозаправки криоагентом, что обеспечивается малым значением теплопритоков за счет применения высокоэффек-

Криогенное хранилище в разрезе тивной тепловой изоляции [1].

Биологический материал может быть погружен как в жидкий азот, так и в его пар. Питающая линия азота для постоянного хранения может быть подключена через штуцер, расположенный в задней части криохранилища. Основные параметры разработки приведены в таблице.

Основные параметры

Литература 1. В. А . Гарии, В.Т. Гудилин, и др. Криогенное оборудование, М (1988).

5

УДК 537.228

ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ И ТЕПЛОВЫЕ СВОЙСТВА НАНОКОМПОЗИТОВ Rb2ZnCl4 - SiO2

Л.С. Стекленева1, Л.Н. Коротков1, А.Н. Рябцев1, студент гр. ТФ-141, Н.А. Азарных1, студент гр. НМ-151, И.Н. Флеров 2

1Кафедра физики твердого тела

2ИФ им. Киренского СО РАН, Красноярск

Физические эффекты, реализующиеся в канонических наноразмерных сегнетоэлектриках, на сегодняшний день, в той или иной степени изучены. Вопросы, связанные с возникновением несоразмерной фазы, ее температурной эволюцией и переходом в соразмерную полярную фазу в условиях ограниченной геометрии практически не рассматривались.

Целью данной работы стало экспериментальное исследование влияния «ограниченной геометрии» на фазовые переходы в сегнетоэлектрическом кристалле с несоразмерной фазой Rb2ZnCl4.

Для эксперимента использовали композиционные материалы, полученные путем внедрения тетрахлорцинката рубидия в пористые стеклянные матрицы со средним диаметром сквозных пор 23, 46, 160 и 320 нм (RS-23, RS-46, RS-160 и RS-320). В ходе исследований были изучены температурные зависимости диэлектрической проницаемости (ε) для образцов RS-23, RS-160 и RS-320, а для RS-46 – изучена температурная зависимость теплоемкости (Ср). Полученные результаты частично представлены на рис. 1 и 2.

Установлено, что для композитов RS-23, RS-160 и RS-320 на температурных зависимостях диэлектрической проницаемости наблюдаются три аномалии при температурах около 160, 246 и 302 К (рис. 1).

Слабый максимум при Ti1 302 К приблизительно совпадает с температурой перехода из несоразмерной в параэлектрическую фазу в объемном Rb2ZnCl4. Ей соответствует размытый максимум теплоемкости (рис. 2). Более отчетливый пик Ср наблюдается при температуре Тc2 232 К. Он сопровождается ступенькообразной аномалией (рис.1). Обе эти аномалии, по-видимому, связанны с сегнетоэлектрическим фазовым переходом, который монокристаллический образец претерпевает при ТС ≈ 195 К.

Размытый максимум вблизи Т* = 160 К не сопровождается какими-либо особенностями на зависимости Ср(Т). Это позволяет предположить, что он обусловлен фазовым переходом в доменной структуре, который в объемном Rb2ZnCl4 реализуется в окрестностях 153 К [1].

Литература 1. С.А. Гриднев, В.В. Горбатенко, Б.Н. Прасолов. //Кристаллография. 197. Т.42.№4. С. 730

– 734.

6

УДК 537.9

ОСОБЕННОСТИ РАЗМЫТИЯ ФАЗОВОГО ПЕРЕХОДА В ТВЕРДОМ РАСТВОРЕ (1-x)PbTiO3 - xPbCd1/3Nb2/3O3

А.В. Миловкин, студент гр. ТФ-141, А.А. Камынин, М.В. Хахленков, С.А. Гриднев

Кафедра физики твердого тела

При исследовании поликристаллических сегнетоэлектриков и твердых растворов на их основе в ряде случаев отмечается сильное размытие фазового перехода. Основными причинами размытия обычно считают наличие примесей в кристалле, неоднородность физического состояния, влияние внешних полей, термодинамические флуктуации и др.

Для проведения исследований в данной работе был выбран сегнетокерамический твер-

дый раствор (1-x)PbTiO3 - xPbCd1/3Nb2/3O3 с концентрациями кадмониобата свинца x = 0,2, 0,15 и 0,1, в

котором можно получить материалы с высокими точками Кюри TК. Интерес к составам на основе РbТiO3 обусловлен тем, что керамика чистого РbТiO3 не находит практического применения, так как при охлаждении ниже TК растрескивается. Для предотвращения разрушения образцов обычно модифицируют РbТiO3 различными добавками, уменьшающими величину спонтанной деформации, но при этом размывается фазовый переход.

Целью данной работы являлось изучение

Для проверки этой модели в области размытия фазового перехода в образце с х = 0,2 была построена зависимость, показанная на вставке к рисунку 2. Видно, что точки хорошо ложатся на прямую, из наклона которой оценен параметр размытия σ = 41 °С.

Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ, грант № 16-02-00072.

Литература

[1] G.A. Smolenskii, V.A. Bokov, V.A. Isupov et al. Ferroelectrics and Related Materials. – New York: Gordon and Breach, 1984. – 396 p.

7

УДК 538.956

ПОЛУЧЕНИЕ И СТРУКТУРНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ НОВЫХ КЕРАМИЧЕСКИХ

МАТЕРИАЛОВ Sr2+xBi4-xTi5-xTaxO18

А.А. Беликова, студент гр. ТФ-141, А.И. Бочаров, Н.А. Толстых Кафедра физики твердого тела

Исследуемые образцы слоистого перовскита с общей формулой Sr2+xBi4-xTi5-xTaxO18 (где х=0; 0,2; 0,4; 0,6; 0,8 и 1) были получены методом твердофазного синтеза. В качестве исходных компонентов были использованы SrCO3, Bi2O3, TiO2, Ta2O5, взятые в заданном стехиометрическом соотношении.

Смешивание шихты проводилось с использованием планетарной шаровой мельницы в стаканах из оксида циркония в среде ацетона в течении 2 часов. Затем шихту высушивали при температуре 100 °C. Для синтеза слоистых перовскитов высушенную шихту подвергали прессованию с помощью ручного гидравлического одноосного пресса. Спрессованные заготовки цилиндрической формы подвергали многоступенчатому обжигу в муфельной печи со следующими температурными режимами: при 150 °С (20 мин) → 650 °С (1 час) → 750 °С (2 часа) → нагрев до 800 °С со скоростью 50 град/час и выдержке 4 часа.

Цилиндрические заготовки синтезированных составов подвергали помолу в планетарной мельнице в течении 2 часов в среде дистиллированной воды. После высушивания синтезированных материалов в них вводили 10% трехпроцентного поливинилового спирта в качестве связки. Для грануляции шихты проводилось просеивание помолотого материала через лавсановое сито с размером ячейки 101 мкм. Гранулированную шихту формовали в диски размером 1 см × 0,5 мм.

Спекание образцов проводили в муфельной печи при температуре 1160 °С в течении 5 часов со скоростью нагрева 300 град/час и остыванием в печи. Плотность полученных керамических образцов лежит в диапозоне от 5,14 до 5,5 г/см3

Рентгеноструктурный анализ образцов слоистого перовскита проводился для того, чтобы определить фазовый состав и степень гомогенности системы. Из результатов исследования следует, что все образцы принадлежат орторомбической группе симметрии и являются однофазными за исключением образцов с x=0,8 и x=1, в этих образцах наблюдается возникновение незначительной примесной фазы. Рентгеновские дифрактограммы исследуемых материалов с x=0 (а) и x=0,2 (б) приведены на рисунке.

Рентгеновская дифрактограмма образцов керамики с формулой

Sr2+xBi4-xTi5-xTaxO18 (а – x=0; б – x=0,2)

Работа выполнена при поддержке Российского фонда фундаментальных исследо-

ваний, грант 16-02-00072 А.

8

УДК 537.228.1

ДИЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ НЕЛИНЕЙНОСТЬ КЕРАМИЧЕСКОГО ТИТАНАТА БАРИЯ

В. В. Запорожский, студент гр. ПФм-171, Д.А. Лисицкий, Л.Н. Коротков

Кафедра физики твердого тела

Известно, что диэлектрическая проницаемость сегнетоэлектриков зависит от амплитуды измерительного поля, т.е. является нелинейной величиной. Одним из наиболее удобных способов изучения диэлектрической нелинейности является гармонический анализ.

Целью данной работы стало изучение диэлектрической нелинейности керамического титаната бария методом гармонического анализа.

Функциональная схема экспериментальной установки представлена на рис. 1. Она включает в себя: исследуемый образец Сх генератор, токовый резистор, соединенные последовательно.

Напряжение синусоидальной формы частотой 1 кГц, вырабатываемое генератором (1) подавали на образец, импеданс которого существенно превосходил сопротивление токового резистора R. Напряжение, выделяемое на резисторе R, измеряли вольтметром V1 (его показания преимущественно определяются напряжением первой гармоники). Для измерения токов второй и третьей гармоник применяли селективные вольтметры (V2 и V3) типа В6-9, настроенные, соответственно, на частоты второй и третьей гармоник. Для уменьшения влияния первой гармоники сигнал на селективные вольтметры подавали через режекторный фильтр (2).

Для экспериментов использовали образец титаната бария, полученный по стандартной керамической технологии. Образец имел форму диска диаметром 8,3 мм и толщиной 1 мм. Измерения проводили в интервале температуре 20-170 °С при амплитуде измерительного поля около 240 В/см. Полученные результаты представлены на рисунке 2.

Видно, что амплитуда гармоник достигает наибольшего значения в окрестностях температуры Кюри (ТС), соответствующей максимуму первой гармоники. Максимум амплитуды третьей гармоники V3 лежит немного ниже Тс. Выше Тс величина V3 быстро снижается до нуля. Полученные результаты обсуждаются в предположении того, что наибольший вклад в диэлектрическую нелинейность ниже ТС дает доменный механизм.

9

10