tezisu

УДК 538.911

СТРУКТУРА НОВЫХ УГЛЕРОДНЫХ ФАЗ, СОСТОЯЩИХ ИЗ SP2 И

SP3 ГИБРИДИЗИРОВАННЫХ АТОМОВ

Тиньгаев М. И., Беленков Е.А.

Челябинский государственный университет, г. Челябинск, Россия

Разработка технологий синтеза материалов с заданными свойствами – основная задача современного материаловедения. Варьировать свойства материалов возможно без изменения химического состава за счет изменения структуры. Например, графит и алмаз состоят из атомов углерода, но имеют совершенно различные свойства. В графите атомы углерода находятся в состояниях sp2 гибридизации, в алмазе в состоянии sp3. Возможно создание углеродных материалов, состоящих из атомов обоих типов. Свойства таких гибридных материалов должны изменяться в зависимости от изменения соотношения атомов в разных состояниях. Закономерности формирования таких фаз до сих пор слабо изучены. В данной работе выполнен теоретический анализ закономерностей формирования sp2-sp3 соединений и сделаны модельные расчеты структур гибридных фаз.

Анализ, выполненный в работе, показал, что структуры гибридных sp2- sp3 фаз возможно получить путем совмещения или сшивки углеродных структур-предшественников, состоящих из sp2 атомов. В работе были модельно исследованы углеродные фазы, получаемые из графеновых слоев L6 и однослойных углеродных нанотрубок. Сшивка графеновых слоев и углеродных нанотрубок (УНТ) выполнялась так, что часть атомов оставалась в sp2, а другая часть переходила в sp3 состояние. После сшивки структуры подвергались оптимизации методами ММ+, AM1, PM3 или MNDO. В результате были рассчитаны геометрически оптимизированные структуры 37 фаз, полученных из нанотрубок и 8 фаз полученных из графеновых слоев L6.

Таким образом, была установлена возможность существования ряда новых гибридных углеродных sp2-sp3 соединений и разработан метод модельного получения структуры sp2-sp3 фаз, в которых все позиции sp2 или sp3 атомов кристаллографически эквивалентны. Для всех гибридных соединений также были вычислены параметры элементарных ячеек, энергии сублимации и структурные параметры Уэллса. Энергии сублимации таких соединений меньше чем у графита, однако больше энергий сублимаций экспериментально синтезированных фуллеренов. Это указывает на то, что такие фазы должны быть устойчивыми при нормальных условиях. Соотношение sp3 и sp2 атомов в изученных фазах изменяется от 2:1 до 1:4, значения углов между связями у sp3 атомов от 60° до 130.72°, для sp2 атомов

– от 108.65° до 126.89°. Плотности изученных sp2-sp3 фаз лежат в диапазоне значений от 1.72 до 3.24 г/см3. © Тиньгаев М.И., Беленков Е.А., 2014 г.

41

УДК 539.2

ЭФФЕКТ ВРАЩЕНИЯ КАПЕЛЬ НЕМАТОХОЛЕСТЕРИКА

ВПОСТОЯННОМ ЭЛЕКТРИЧЕСКОМ ПОЛЕ

Басырова Е.Р., Тимиров Ю. И., Скалдин О.А. ИФМК УНЦ РАН, г.Уфа, Россия

Впоследнее время особый интерес вызывают наблюдаемые в жидких кристаллах эффекты вращения микрокапель под действием внешних воздействий в анизотропных системах, обладающих хиральностью [1]. Хотя работа положившая начало этому направлению была сделана достаточно давно [2], единой теории по объяснению механизма вращения до сих пор не построена. В связи с этим в данной работе экспериментально изучается динамика ориентационных превращений в нематохолестерических каплях (НХЖК), находящихся в изотропном окружении, под действием внешнего постоянного электрического поля. Рассматриваются капли с равновесным

значение напряжения U 2.5 В , которое достаточно хорошо совпадает с величиной порогового напряжения U th для флексоэффекта. На основании

полученных данных можно утверждать, что вращательные процессы НХЖК связаны с флексоэлетрическим механизмом.

Работа выполнена при финансовой поддержке проектов РФФИ № 13-02-01117, 14-02-97014 и стипендии президента РФ СП-904.2013.1.

[1] Oswald P. // Eur. Phys. J. E, 2012. V. 35. P.10 [3] Lehmann O. // Ann. Phys. 1900. V.2. P. 649.

42

УДК 537.311.33

ТЕРМО-ЭДС И ПРОВОДИМОСТЬ КИСЛОРОД - ИОННЫХ

ПРОВОДНИКОВ Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3-

Басырова Р.М, Бабаева Л.Е., Балапанов М.Х., Боева М.К. Башкирский государственный университет, г. Уфа, Россия

В работе исследованы температурные зависимости коэффициента электронной термо-эдс и электронной проводимости перовскитных

кислородных проводников Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3- , приготовленных при разных режимах синтеза на химическом факультете БашГУ. Эти материалы

могут быть использованы как мембраны для отделения кислорода из воздуха, в реакторах каталитического окисления органических веществ, а также в качестве электродов в твердотельных оксидных топливных элементах (ТОТЭ) [1].

Синтез производился из водных нитратных растворов кальция, стронция, бария и железа (3) с использованием комплексообразования с нитратами аминов. В качестве последних применяли нитрат хинолина состава C7H9N • HNO3 (Hn-HNO3). При смешивании исходных солевых компонентов нитратов кальция, стронция, бария и железа (3) и нитрата хинолина после вакуумной перегонки получаются твердые кристаллы. При нагревании соответствующие комплексные соединения интенсивно разлагаются с одновременным окислением до СО2, NO2 и с образованием оксидов соответствующих металлов, которые далее, взаимодействуя между

собой, образуют сложные оксидные системы типа Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3 – δ. Порошки, получаемые в результате последующего обжига, характеризуются

повышенной дисперсностью (в зависимости от природы нитрата амина и условий термообработки.

Было синтезировано четыре партии образцов при различных условиях термообработки (отжиг при 500, 700,850, 950 oC). Последняя партия синтеза

включала получение Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3 – δ с применением хинолина и с применением пиридина в качестве растворителей. Отжиг на воздухе при

температуре 950 оС в течение трех часов и один час при температуре 1000 оС был предпринят, чтобы достичь гомогенности синтезируемого порошка.

Наибольшие значения проводимости (0.06 Ом-1см-1 при 500 оС) достигнуты для образцов 4-й партии синтеза, отожженных при 1100 оС (рис.1). Энергия активации проводимости в области температур 125 - 305оС составила 0.34 эВ.

Знак коэффициента электронной термо-эдс соответствует n-типу проводимости, что согласуется с типом разупорядоченности кристаллической решетки – вакансии в кислородной подрешетке. Аномалия в температурной зависимости термо-эдс (рис.2) вблизи температуры 70 оС,

43

возможно, связана с пересечением уровнем Ферми узкой примесной зоны в запрещенной зоне полупроводника.

Полученные материалы могут представлять интерес как мембраны для отделения кислорода из воздуха, в реакторах каталитического окисления органических веществ, а также в качестве электродов в твердотельных оксидных топливных элементах (ТОТЭ).

Рис. 1. Температурная зависимость проводимости образца 4-й партии синтеза

Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3 – δ

Рис. 2. Температурная зависимость коэффициента электронной термо-эдс

Литература

1. D. Chen and Z. Shao. Surface Exchange and Bulk Diffusion Properties of Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3−δ Mixed Conductors // International Journal of Hydrogen Energy, 2011. Vol. 36, No. 11. P. 6948-6956.

Бакирова Р.М, Бабаева Л.Е.,Балапанов М.Х., Боева М.К. ,2014 г. 44

УДК 538.911

СТРУКТУРА И ТВЕРДОСТЬ СВАРНОГО СОЕДИНЕНИЯ АЛЮМИНИЕВОГО СПЛАВА 01570 ПРИ РАЗЛИЧНЫХ РЕЖИМАХ СВАРКИ ТРЕНИЕМ С ПЕРЕМЕШИВАНИЕМ

Ильясов Р.Р., Автократова Е.В., Маркушев М.В. Институт проблем сверхпластичности металлов РАН, Уфа, Россия

Методами оптической металлографии, просвечивающей и растровой электронной микроскопии изучена структура сварных соединений листов алюминиевого сплава 01570 (Al-5,9Mg-0,42Mn-0,24Sc-0,1Zr, вес.%),

полученных сваркой трением с перемешиванием (СТП) с различной скоростью перемещения инструмента.

Обнаружено, что при СТП с малой скоростью перемещения инструмента в зоне сварного соединения формируется типичная для сварки алюминиевых сплавов макроструктура «луковых колец» (onion rings). При этом частично рекристаллизованная, преимущественно волокнистая структура листа трансформируется в равноосную ультрамелкозернистую с размером зерна 1-2 мкм, а темные и светлые кольца, незначительно отличаясь размером зерна, имеют одинаковый химический состав, соответствующий номинальному составу сплава. Анализ тонкой структуры шва показал, что (суб)зерна имеют низкую плотность дислокаций, а дисперсные выделения алюминидов переходных металлов преимущественно сохранили когерентность с матрицей, несмотря на их больший размер, чем в основном материале. В верхней части шва был обнаружен макродефект в виде несплошности сварного соединения.

С ростом скорости перемещения инструмента изменяется форма и размер ядра шва (луковицы) и устраняется непровар в зоне контакта с инструментом. При этом в кольцах шва фиксируется более грубая структура с несколько подросшими зернами и большей долей некогерентных дисперсоидов.

Оценка микротвердости СТП соединений показала, что с повышением скорости перемещения инструмента микротвердость сплава в зоне шва снижается и становится на 10-15% ниже твердости исходного металла.

Обсуждены механизмы трансформации зеренной структуры сплава при СТП в зоне шва и в зоне термомеханического влияния.

Рассмотрены причины и механизмы потери дисперсоидами когерентности, а также роли этих процессов в формировании структуры и прочности СТП соединений сплава.

Сделан вывод о том, что одним из основных факторов формирования оптического контраста луковых колец является их разнозернистость.

45

УДК 669.715: 620.192.22

ВЛИЯНИЕ ОТЖИГА НА СТРУКТУРУ И МИКРОТВЕРДОСТЬ АЛЮМИНИЕВОГО СПЛАВА СИСТЕМЫ Al-Si, ПОДВЕРГНУТОГО

ИНТЕНСИВНОЙ ПЛАСТИЧЕСКОЙ ДЕФОРМАЦИИ

Швец К.С.1, Халикова Г.Р.2, Трифонов В.Г.2 1ФГБОУ ВПО Уфимский государственный авиационный технический

университет, г. Уфа, Россия 2Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Российской

академии наук Институт проблем сверхпластичности металлов Российской академии наук, г. Уфа, Россия

Из жидкоштампованных заготовок вырезали образцы диаметром 8 мм и толщиной 0,45 мм и подвергли кручению под давлением 4 ГПа в 5 оборотов при комнатной температуре на наковальне Бриджмана. Последующий отжиг проводили при температурах 300, 400 и 500 °C в течение 5 минут.

Структурные изменения сплава исследовали на деформированных и отожженных образцах в центре, на ½ радиуса и на периферии. Измерения микротвердости проводили по диагонали образцов. Все точки, лежащие в одном направлении, имели расстояние 0,72 мм между двумя соседними отпечатками.

Интенсивная пластическая деформация привела к дроблению всех имеющихся в исходном состоянии частиц во всем объеме сплава. Чем дальше от центра и ближе к периферии, тем меньше размер частиц и выше их плотность распределения. Последующий отжиг привел к выделению частиц вторых фаз и кремния из пересыщенного твердого раствора, размер и объемная доля которых зависела от температуры обработки.

Кратковременный отжиг привел к формированию зеренной структуры во всем объеме исследуемого сплава. Количественная оценка показала, что с ростом температуры отжига средний размер зерен в центре, ½ радиуса и на периферии образца увеличивался. Формирование при высокотемпературном отжиге в исследуемом сплаве зеренной структуры подтверждены результатами EBSD анализа.

Вдеформированном состоянии микротвердость менялась по радиусу образца: чем дальше от центра и ближе к его краю, тем больше значения HV. Последующий отжиг привел к релаксации напряжений и значения микротвердости снижались.

Вработе обсуждена природа трансформации структуры и изменения микротвердости сплава системы Al-Si, имеющие место в процессе интенсивной пластической деформации и последующего отжига.

© Швец К.С., Халикова Г.Р., Трифонов В.Г., 2014 г.

46

УДК 541.135.4

ДИЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ПРОНИЦАЕМОСТЬ КОМПОЗИТОВ CPAA/

NaH2PO4

Неустроев А.С. Нечеухина Л.В.

Челябинский государственный университет, г. Челябинск, Россия

Для композитов CPAA/NaH2PO4 (полисурьмяная кислота/дигидрофосфат натрия) наблюдается увеличение проводимости при объемной доле NaH2PO4 около 15%.[1] При этом, значения проводимости в максимуме на порядки величины превышает проводимость чистых компонентов. Авторы объясняли это образованием на границе раздела фаз переходного слоя, обеспечивающего быстрый протонный транспорт. Для уточнения механизма увеличения проводимости были исследованы диэлектрические характеристики композитов CPAA/NaH2PO4. Значения их диэлектрической проницаемости значительно выше, чем у чистых CPAA или NaH2PO4, хотя форма спектров примерно одинакова (рис.1). Таким образом диэлектрические характеристики изучаемых композитах также существенно отличаются от характеристик исходных компонент, однако подобие спектров не позволяет сделать однозначное заключение о механизме такого поведения.

Рис. 1. Спектры диэлектрической проницаемости композитов при различных массовых соотношениях CPAA/ NaH2PO4 (1 – 0.12/0.88; 2 – 0.15/0.85; 3 –

0.4/0.6; 4 - ПСКК)

Литература

[1] Zakharyevich D.A., Neustroev A.S., Proton Conduction through Interface Phase of CPAA/KDP Composites // in Functional Oxide Nanostructures and Heterostructures, Mater. Res. Soc. Symp. Proc., 1256E, 1256-N16-42 (2010).

47

УДК 536

ЭЛЕКТРОННАЯ ПРОВОДИМОСТЬ И ТЕРМО-ЭДС Ag0.01Cu1,99Se,

Ag0.01Cu1,98Se

1Халилова Г.Г., 1Ишембетов Р.Х., 2Кутербеков К.А. 1Башкирский государственный университет, г. Уфа, Россия 2Евразийский национальный университет им. Л.Н. Гумилева, г. Астана, Казахстан

Для изучения влияния замещения части атомов меди атомами серебра в селениде меди на термоэлектрические свойства были синтезированы

твердые растворы Ag0.01Cu1,99Se, Ag0.02Cu1,98Se. Образцы были получены методом твердотельного синтеза при температуре 500оС в среде аргона.

Обзор литературы показал, что электропроводность тройных халькогенидов меди изучена слабо или недостаточно полно[1].

В работе использовался метод измерения парциальной электронной проводимости, предложенный японским исследователем Йокотой в 60-х годах прошлого века (см., например, [2,3]). Существенным предположением, лежащим в основе применимости метода, является допущение о постоянстве химического потенциала катионов при протекании электронного тока через смешанный электронно-ионный

проводимость. Однако число переноса ионов обычно не превышает нескольких процентов, и определяющим механизмом электропроводности

Ag0.01Cu1,99Se, что может быть связано с уменьшением числа носителей тока при замещении меди серебром.

Погрешность определения коэффициента термо-ЭДС составляла 2-5%.

Литература

1.Полупроводниковые халькогениды и сплавы на их основе / Под. ред. Н.Х. Абрикосова. - М.: Наука, 1975. - 219 с.

2.I. Iokota. On the Theory of Mixed Conduction with Special Reference to the Conduction in Silver Sulfide Group Semiconductors // J. Phys. Soc. Japan. 1961. V.16, N 11. P.2213 - 2220.

3.Чеботин В.Н., Перфильев М.В. Электрохимия твердых электролитов. М.: Химия. 1978. 312 c.

© Халилова Г.Г. 2014 г.

48

УДК 536

ТЕМПЕРАТУРНАЯ ЗАВИСИМОСТЬ ЭЛЕКТРОННОЙ

ПРОВОДИМОСТИ И ТЕРМО-ЭДС Ag0.03Cu1.97Se, Ag0.04Cu1.96Se

1Янбарисова Ф.Ф., 1Ишембетов Р.Х., 2Нуриахметов Т.Н. Башкирский государственный университет, г. Уфа, Россия 2Евразийский национальный университет им. Л.Н. Гумилева, г. Астана, Казахстан

В данной работе исследована зависимость парциальной электронной проводимости и коэффициента электронной термо - эдс от замещения части атомов меди атомами серебра и температуры. Известно, что термоэлектрическая эффективность материала зависит от трех факторов: коэффициентов электронной термоэдс и теплопроводности, а также величины электронной проводимости.. Целью является максимальное приближение к оптимальной величине концентрации носителей при которой термоэлектрическая эффективность будет наибольшей.

В работе использовался метод измерения парциальной электронной проводимости, предложенный японским исследователем Йокотой в 60-х годах прошлого века (см., например, [2,3]). Существенным предположением, лежащим в основе применимости метода, является допущение о постоянстве химического потенциала катионов при протекании электронного тока через смешанный электронно-ионный

разупорядоченность изучаемых материалов, которая обеспечивает практическую независимость степени разупорядоченности катионов от небольших изменений концентрации металла по длине образца.

Коэффициент электронной термо-ЭДС определяли как αe=∆Ue/∆T, где ∆T=T2-T1 – разность температур в изотермических сечениях образца в месте расположения электронных зондов.

Литература

1.Полупроводниковые халькогениды и сплавы на их основе / Под. ред. Н.Х. Абрикосова. - М.: Наука, 1975. - 219 с.

2.Iokota. On the Theory of Mixed Conduction with Special Reference to the Conduction in Silver Sulfide Group Semiconductors // J. Phys. Soc. Japan. 1961. V.16, N 11. P.2213 - 2220.

3.Чеботин В.Н., Перфильев М.В. Электрохимия твердых электролитов.

М.: Химия. 1978. 312 c.

© Янбарисова Ф.., 2014 г.

49

УДК 537.638.5

ВЛИЯНИЕ ИНТЕНСИВНОЙ ПЛАСТИЧЕСКОЙ ДЕФОРМАЦИИ НА МАГНИТОКАЛОРИЧЕСКИЙ ЭФФЕКТ В ИНТЕРМЕТАЛЛИДАХ

Gd100-xYx (x = 0..15)

Ульянов М.Н.1*, Таскаев С.В.1,3,4, Скоков К.П.2, Карпенков Д.Ю.2, Ховайло В.В.3, Батаев Д.С.1, Пелленен А.П.4

1)Челябинский государственный университет, г.Челябинск

2)Тверской государственный университет, г.Тверь

3)НИТУ «Московский институт стали и сплавов», г.Москва

4)НИУ «Южно-Уральский государственный университет», г.Челябинск

Интенсивная пластическая деформация (ИПД) является многообещающим методом для разработки новых функциональных материалов. Как показано в предыдущих работах, ИПД может приводить к значительному изменению магнитных и термодинамических свойств, например, в сильно деформированных образцах чистого Gd [1]. Однако изменение магнитных свойств происходит не во всех материалах: как показали проведенные нами исследования, для многих сплавов 3d-металлов не наблюдается сколь-нибудь значительного изменения магнитных характеристик.

В этой работе мы продолжаем наше предыдущее исследование по изучению серии сплавов Gd100-xYx (x = 0, 5, 10, 15), которые являются достаточно простыми и удобными материалами для магнитного охлаждения при комнатной температуре. МКЭ в холоднокатаных образцах существует в широком интервале температур 258-295 К и сравним с МКЭ, наблюдаемом в недеформированном образце чистого гадолиния.

Как показано в работе, холодная прокатка является перспективным методом получения тонких форм магнитокалорических материалов, пригодных для изготовления теплообменников охлаждающих устройств, работающих на магнитокалорическом эффекте.

Работа выполнена при поддержке гранта РФФИ 12-07-00676-a и гранта Президента МД-770.2014.2.

Литература

1. S.V.Taskaev, M.D.Kuz`min, K.P.Skokov, D.Yu.Karpenkov, A.P.Pellenen, V.D.Buchelnikov and O.Gutfleisch, JMMM 331, 33 (2013).

Ульянов М.Н., 2014 г.

50