Конденсированные среды и межфазные границы

Очерчен круг проблем, не позволяющих в полной мере реализовать огромный потенциал применения фосфида индия и арсенида галлия в твердотельной электронике. Проанализированы и обобщены классические и современные результаты по термическому оксидированию полупроводников AIIIBV., в том числе со стимуляцией процесса обработкой фотонами, магнитными импульсами и т. д. Особое внимание уделено рассмотрению фундаментального подхода к решению проблемы формирования наноразмерных функциональных пленок на AIIIBV., заключающегося в использовании обоснованно выбранных хемостимуляторов, вводимых в систему различными способами с целью изменения механизма процесса термооксидирования полупроводников с собственного на хемостимулированный. Это обеспечивает протекание новых интерфейсных реакций с кинетически сопряженными и гетерогенно-каталитическими стадиями, что позволяет в едином процессе осуществить кинетический обход нежелательных стадий собственного оксидирования, снизить рабочие параметры (температура, время) процесса формирования пленок и одновременно управлять составом и свойствами функциональных пленок нанометрового диапазона толщины с достижением целевых характеристик.

Ключевые слова

В работе приведены результаты исследования квантовых точек сульфида кадмия, синтезированных по золь-гель технологии в желатиновой матрице. Образцы были получены в ходе синтеза с разным содержанием исходных реагентов, концентрация которых изменялась от 2 10-4 до 1.0 ат. % относительно воды, содержащейся в реакторе. Кристаллическая решетка полученных квантовых точек CdS имеет кубическую структуру. Методами просвечивающей электронной спектроскопии, рентгеновской дифрактометрии и оптической спектроскопии определён размер квантовых точек, величина которого изменяется от 1 до 3.5 нм. Определены условия синтеза, при которых пленочные образцы квантовых точек CdS в желатиновой матрице имеют максимальную интенсивность люминесценции. Размер соответствующих квантовых точек CdS равен d = 2.1±0.2 нм. При увеличении размеров квантовых точек CdS максимумы полос люминесценции смещаются в длинноволновую область спектра в соответствии с квантово-размерным эффектом. Изменение диаметра квантовых точек от 1 до 2.1 нм сопровождается увеличением интенсивности люминесценции до максимального значения. Сопоставлены экспериментальная средняя скорость увеличения интенсивности люминесценции и такая же средняя скорость, рассчитанная в предположении, что интенсивность люминесценции образца пропорциональна двум параметрам: количеству центров люминесценции в квантовых точках пропорциональному объёму квантовых точек и количеству КТ в образце. Оказалось, что экспериментальная средняя скорость увеличения интенсивности люминесценции превышает рассчитанную.

Ключевые слова

Предложен расчетный способ оценки количества вещества адсорбата (N) и динамической емкости сорбента (Q) в условиях очистки от загрязнителей в потоке. Рассмотренные подходы действительны при использовании сорбентов и удалении сорбатов любой природы из проточных сред независимо от скорости потока элюата в условиях ламинарного течения жидкости. Способ основан на использовании ß-сплайновых кривых и базируется на свойствах геометрической непрерывности, используемых при решении задач геометрического моделирования посредством кубических многочленов. Он позволяет: - рассчитать величины динамической емкости Q к любому моменту времени от начала сорбции при отсутствии экспериментальной оценки величины коэффициента сорбции рτi ; - оценить рассчитанное время непрерывной работы сорбента до его замены или регенерации. При комнатной температуре получены величины Qi глауконита по катионам Сu(II), Ni(II), Zn(II) при их совместной сорбции как функция природы адсорбата с учетом высоты его слоя, линейной скорости подачи раствора при произвольном интервале времени от начала процесса. Оценена относительная сорбционная способность катионов в зависимости от тех же факторов. Показано, что с ростом скорости подачи раствора увеличивается динамическая емкость сорбента, которая изменяется в ряду: QNi(II)>QZn(II) >QCu(II).

Ключевые слова

В работе приведены результаты систематического изучения физико-химических и структурно-геометрических характеристик алюмосиликата Хотынецкого месторождения. Определен химический и фазовый состав минерала, исходя из данных энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии, рентгеновской дифрактометрии и ИК-спектрометрии. Методами атомно-силовой и электронной микроскопии установлены характерные линейные размеры объектов рельефа поверхности, показаны особенности её морфологии. Найдены удельная площадь поверхности минерала и концентрация кислотно-основных центров. Полученные данные представляют интерес при дальнейшем изучении его сорбционных и каталитических свойств, получении новых функциональных материалов.

Ключевые слова

Предложена новая методика построения решетки совпадающих узлов для кристаллов кубической структуры, найдены условия принадлежности этой решетки к моноклинной, орторомбической и тетрагональной сингонии. Найдены числа эквивалентных решеток совпадения в зависимости от топологии координационного многогранника. Показаны возможность и найдены условия существования поликристалла, имеющего общую решетку совпадающих узлов.

Ключевые слова

В работе изучено влияние температуры на фазовый состав тонких слоев, образующихся на металлических пластинах молибдена при переносе паров серы газом-носителем аргоном из низкотемпературной в высокотемпературную зону реактора (двухтемпературный синтез). Результаты исследования методами рентгеновской дифракции и сканирующей электронной микроскопии образцов дисульфидов молибдена MоS2, полученных на металлических пластинах молибдена при различных температурах, показывают, что при высоких температурах синтеза в интервале 800-1000 °C на пластинах молибдена образуются дисульфиды молибдена разных модификаций/политипов: гексагональной Р63/mmc при 800 °C и ромбоэдрической (тригональной) R3m при 1000 °C. При температуре 1000 °C происходит формирование микрокристаллов MоS2 с огранкой, соответствующей ромбоэдрической фазе R3m.

Ключевые слова

Структурная эволюция высыхающих капель коллоидных растворов представляет собой комплекс сложных физико-химических и механических процессов, объединяемых понятием дегидратационная самоорганизация. Высыхающая капля рассматривается как нанореактор с постоянно меняющимися параметрами: концентрация, радиус кривизны, поверхностное натяжение, температура. Наряду с биологической и медицинской диагностикой, самосборкой наночастиц и другими применениями, «капельный нанореактор» представляет большой интерес при синтезе наноструктурированных композитных и гибридных материалов.

Ключевые слова

Методами циклической линейной вольтамперометрии, вращающегося дискового электрода и кулонометрии, а также ИК-спектроскопии изучено влияние рН среды на процессы анодного окисления серина на платинированном платиновом электроде. Определены области потенциалов электрохимического превращения аминокислоты. Показано, что электроокисление серина происходит с участием 2 электронов в кислой и щелочной средах и 4 электронов - при окислении цвиттериона. Установлено, что вне зависимости от рН раствора анодное окисление серина осуществляется из адсорбированного состояния; предложена возможная кинетическая схема процесса.

Ключевые слова

Впервые с помощью математического аппарата феноменологической термодинамики гетерогенных равновесий и компьютерной программы OriginLab определены и 3D-моделированы T-x-y и P(Se2)-T-x диаграммы системы Cu-Pb-Se по поверхности кристаллизации селенида свинца. Вычислены парциальные избыточные свободные энергии смешения свинца и селена, давление насыщенного пара селена для жидких сплавов Cu-Pb-Se, насыщенных селенидом свинца. Показано, что паровая фаза в основном состоит из двухатомных молекул селена Se2. Для областей ликвидуса PbSe(p-тип) и Pb(n-тип)-Pb и PbSe(n-тип)-Pb получены следующие зависимости соответственно: lgpSe2 (Pa) = [-1281 + 5624(1000/Е) - 9190(1000/T)2 + 6648(1000/T)3 - 1797(1000/T)4] - 10.35x2 Сu; lgpSe2 (Pa) = [2026 - 8778(1000/T) + 14247(1000/T)2 - 10259(1000/T)3 - 2759(1000/T)4] - 8.36x2 Cu. Проведена 3D визуализация полученных аналитических зависимостей.

Ключевые слова

Хронопотенциометрическим и рентгенофазовым анализом показано, что никельцинковое покрытие толщиной 1.1 мкм, осажденное на гладкую никелевую пластину в потенциостатических условиях Ek = -1.050 В из сульфатно-аммонийного электролита, содержит интерметаллические фазы NiZn и NiZn3. При помощи сканирующей электронной микроскопии установлено, что Ni,Zn-сплав осаждается равномерно по всей поверхности электрода, и молярное соотношение Ni и Zn составляет 1:4. По данным атомно-силовой микроскопии размер частиц дисперсного никеля составляет 40-60 нм.

Ключевые слова

Методами растровой электронной микроскопии, локального рентгеноспектрального анализа, рентгенофазового анализа и атомно-силовой микроскопии изучен количественный элементный состав, фазовая природа, а также морфология поверхности гомогенных пленок теллурида свинца, синтезированных модифицированным методом «горячей стенки» на подложках Si (100). При повышении температуры Si (100) подложки до Т = 593-608 К синтезированы мозаичные монокристаллические пленки PdTe с текстурой (100). Установлено, что повышение температуры Si подложки при остальных постоянных режимах синтеза способствует увеличению средних латеральных размеров кристаллитов пленок. Показано, что средняя величина латеральных размеров кристаллитов пленок PbTe на подложках Si (100) увеличивается с ростом толщины и продолжительности синтеза. Установлено, что средние значения шероховатости пленок PbTe/Si (100) увеличиваются с ростом средней толщины пленок PbTe. При этом поликристаллические пленки PbTe/Si (100) при одинаковых значениях средней толщины характеризуются более высокими значениями шероховатости по сравнению с мозаичными монокристаллическими образцами PdTe (100).

Ключевые слова

Представлены результаты компьютерного моделирования из первых принципов электронной структуры объемного гематита a-Fe2O3 при нормальных условиях. Расчеты проводились методом линеаризованных присоединенных плоских волн (ЛППВ) в рамках теории функционала плотности (density functional theory, DFT) и с помощью DFT, модифицированной постоянной Хаббарда U. Были получены спектры полной и локальных парциальных плотностей электронных состояний, зонные структуры. Путем сопоставления рассчитанных и известных экспериментальных данных найден метод адекватного описания электронной структуры a-Fe2O3.

Ключевые слова

Представлены экспериментальные результаты по кристаллизации Al и Pb в условиях высокоинтенсивной пластической деформации [ ε' = (102-104) сек-1] на границе раздела «твердое-жидкое» в аппарате центробежного литья нового типа при скоростях вращения ротора до 2000 об/мин. В объёме закристаллизованных металлов Al и Pb методом атомной силовой микроскопии обнаружены вакансионные кластерные трубки со средними диаметрами Al - 39 нм, Pb - 25 нм. Обсуждается физическая модель образования в металлах новой субструктуры в виде вакансионных кластерных трубок, полученных при высокоинтенсивной пластической деформации.

Ключевые слова

Исследованы фазовый состав и электронное строение композитных пленок Al-Si вблизи состава Al0,75Si0,25 на подложке Si(100), полученных магнетронным и ионно-лучевым напылением. При магнетронном напылении в поликристаллической Al матрице образуются нанокристаллы кремния размерами ~ 25 нм и упорядоченный твердый раствор Al3Si кубической сингонии Рm3m с параметром примитивной ячейки a = 4.085 Å. Пленки, полученные ионно-лучевым напылением, однофазны и содержат только упорядоченный твердый раствор Al3Si. При этом образование фазы Al3Si сопровождается изменением характера распределения плотности Al 3s-состояний. Вместо параболического характера роста плотности состояний в нижней и средней части валентной зоны (как в чистом металле) наблюдается почти линейный. Аналогичный эффект отмечается для Si 3s-состояний. Кроме того, взаимодействие атомов Al и Si приводит к уменьшению плотности Al 3s-состояний вблизи уровня Ферми в результате перехода части электронов на более электроотрицательные атомы кремния. Селективное вытравливание алюминия в случае магнетронной пленки приводит к формированию нанопористой губчатой структуры, а для ионно-лучевой пленки селективное травление не приводит к появлению развитой морфологии, что подтверждает ее однофазность. Последующий импульсный фотонный отжиг (ИФО) ионно-лучевых пленок дозами 145-216 Дж/см2 приводит к частичному распаду фазы Al3Si с формированием металлического алюминия и нанокристаллов кремния с размерами 50-100 нм в зависимости от дозы ИФО. Последующее травление образца, подвергнутого ИФО, ведет к получению развитой нанопористой структуры.

Ключевые слова

Предложена методика активированного микроволновым и ультразвуковым излучением синтеза нанопорошка ортоферрита висмута. Микроволновое воздействие с последующей ультразвуковой обработкой синтезируемых образцов BiFeO3 при использовании в качестве осадителя гидроксида натрия позволяет получать химически однородный нанопорошок (данные рентгенофазового анализа, инфракрасной спектроскопии) при значительном снижении энергоемкости процесса. Методом просвечивающей электронной микроскопии установлено, что частицы BiFeO3 имеют близкую к сферической форму, для них характерна небольшая дисперсия по размерам в интервале 35-60 нм.

Ключевые слова

Предложен метод определения размеров структурных элементов на поверхности конденсированных сред путем моделирования их изображений и применения вейвлет-преобразований. Параметр масштаба вейвлет-спектров модельных изображений позволяет оценивать размеры частиц в реальных мономорфных дисперсных системах. Показано на примере гомогенных глинистых порошков, что в микрометровой области погрешность определения эквивалентных диаметров частиц не превышает 士10%.

Ключевые слова

Information about scientific reports made at the international Symposium “Nanophysics and Nanomaterials” (Russia, Saint-Petersburg, November 2017) is provided. The contribution to the world science of the corresponding fellow of the Russian Academy of Sciences Professor V. B. Aleskovskii (1912-2006) has been analyzed. The representations of Aleskovskii in the field of stoichiometry of solids, research of his scientific school related to molecular layering and synthesis of nanomaterials are briefly considered. Reports on the problems of improving electrochromic devices on an inorganic basis, sol-gel powder synthesis with the structure of “core-shell”, in the field of simulation of fullerenes heating, synthesis of metal-graphene structures, thermally expanded graphite, solid-state hydride synthesis of metals were discussed. The Symposium was attended by experts from UK, USA, Belarus, Kazakhstan, Ukraine and Russia.