Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования

В работе методами элементного, рентгенофазового, рентгеноструктурного анализа и с помощью просвечивающей электронной микроскопии высокого разрешения показано, что при совместном восстановлении прекурсоров металлов M²⁺ (M = Fe, Co, Ni) и [РtCl₆]²⁻ щелочным раствором гидразингидрата происходит преимущественное формирование нанокристаллов твердых растворов M−Pt с гранецентрированной кубической структурой с преимущественным (при синтезе) содержанием в фазе твердых растворов Fe ≈ 11.5 ± 0.5 ат. %, Co ≈ 16.9 ± 1 ат. %. Сопоставлением результатов просвечивающей электронной микроскопии высокого разрешения, элементного, рентгенофазового, рентгеноструктурного анализа установлено, что в системах Fe–Pt и Co−Pt, помимо выявленных рентгенодифракционными методами твердых растворов M−Pt с гранецентрированной кубической структурой, в областях выше и ниже предельных содержаний Fe, Co происходит образование нанодисперсных, практически недоступных для регистрации металлических фаз. В наноструктурированной же системе Ni−Pt верхнего предела содержания Ni в фазе твердых растворов с гранецентрированной кубической структурой не выявлено до 40 ат. %, так что фазовый состав представлен для твердых растворов с содержанием Ni 10−12 и 40 ат. % и для фазы чистого Ni с гранецентрированной кубической структурой. Изложены представления о природе этих структурно–фазовых особенностей.

Строгие расчеты абсолютной дифракционной эффективности η, выполненные ранее с помощью двух коммерческих компьютерных программ на основе электромагнитных методов, показали, что максимальные значения η нейтронных решеток с синусоидальным и ламельным профилями штрихов могут превышать известные аналитические пределы. Так, для синусоидальной решетки с периодом d = 50 мкм, глубиной штриха h = 53.4 нм при угле падения θ = 89.72° (θ_с = 89.53°) была получена η(−1) = 46.8% на длине волны λ = 1 нм, что на 38.5% больше, чем максимальная скалярная эффективность. Для аналогичной ламельной решетки была получена η(−1) = 46.05%, что на 13.7% выше скалярной. В работе для меди — одного из перспективных материалов оптики холодных нейтронов — исследована не только решетка с синусоидальным и ламельным профилями штрихов, но и рассмотрены наиболее эффективные решетки с треугольным профилем (“с блеском”). Для решетки с d = 50 мкм и h = 41.1 нм получена η(−1) = 79.2% для θ = 89.37° и λ = 1 нм. Данные, вычисленные в обеих программах с точностью ~0.1% для основных порядков дифракции решеток всех профилей штрихов, хорошо сходятся и соответствуют оценкам, полученным с помощью феноменологического подхода.

Представлены первые результаты совместного осаждения покрытий из пучка ускоренных ионов фуллерена C₆₀ и паров фторопласта (полимеризованного тетрафторэтилена — ПТФЭ). Покрытия формировали конденсацией в вакууме на Si подложку термически испарившегося ПТФЭ при облучении ионным пучком C₆₀ с энергией 5 кэВ, пропущенным через масс-спектрометр. Расчетное соотношение ионов C₆₀ и конденсирующихся на подложке молекулярных фрагментов (–CF₂–CF₂–) подбирали близким к 1:1. Структура и химические связи исследованы методами комбинационного рассеяния света и рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии, по данным которой покрытие содержит около 8.6 ат. % фтора. Покрытие содержит ~35% sp³-связей, при соотношении sp³/sp² ~0.76, а основная часть (до 50%) фторуглеродных связей сосредоточена в виде полимерных цепочек –CF₂–CF₂–, которые находятся в твердой углеродной матрице, т.е. строение покрытия нанокомпозитное. Механические испытания показали высокую твердость покрытия H ~32 ГПа при соотношении H/E ~0.16 (E — модуль Юнга). Покрытие характеризуется высоким контактным углом смачивания дистиллированной водой (C.A. = 98°). Трибологические испытания показали коэффициент трения, близкий к 0.18, с низким износом менее 10^–7 мм³/Н·м.

Кристаллографическая текстура мартенситных и бейнитных сталей, определенная при комнатной температуре, благодаря ориентационному соотношению между материнской и дочерней фазой связана с текстурой исходного аустенита, что позволяет, в частности, судить о деформации аустенита и рекристаллизации. Появляется возможность проанализировать влияние горячей прокатки на структурное состояние аустенита, предшествующее закалке. Проанализирована структура и текстура бейнитной и мартенситной сталей методом дифракции обратно рассеянных электронов. В случае однопроходной прокатки можно оценить состояние исходного аустенита исходя из морфологических особенностей аустенитных зерен, реконструированных на базе данных электронной дифракции. В случае многопроходной горячей прокатки, протекающей при постепенном снижении температуры, такая оценка затруднена из-за особенностей процесса структурообразования. В то же время она может быть выполнена на основе анализа кристаллографической текстуры стали. В качестве количественной характеристики структурного состояния аустенита предложен скалярный параметр, зависящий от относительной интенсивности компонентов текстуры, образующейся при фазовом превращении.

Образцы стали AISI304, вырезанные из кованого прутка, были прокатаны при комнатной температуре по продольной и перекрестной схемам, после чего подвергнуты различным видам термообработки с охлаждением от температур двухфазной α+γ- и однофазной γ-областей для фиксирования различного фазового состава. Исследованы фазовый состав, определены объемные доли аустенита и α-мартенсита, кристаллографическая текстура, структура и субструктура двухфазной стали, проведены испытания на одноосное растяжение прокатанных листов в различных направлениях для оценки анизотропии механических свойств. Установлено, что протекание фазовых превращений γ → α в процессе деформации существенно зависит от схемы и условий прокатки, а количество оставшегося аустенита варьируется в пределах 15–29%. Обратное фазовое превращение α → γ, инициируемое отжигом в однофазной γ-области, приводит в случае продольной прокатки к размножению компонент текстуры γ-фазы и появлению дополнительной ориентации {113}<332>, а в перекрестной схеме текстура деформированного аустенита сохраняется. Закалка в двухфазной области от 700°C не приводит к принципиальному изменению текстуры аустенита, но обеспечивает появление дополнительных компонент мартенсита {110}<001> и {112}<111>. Особенности текстуры влияют на анизотропию упругих свойств и пределов текучести: коэффициент анизотропии модуля Юнга (отношение модулей в поперечном и продольном направлениях) 1.67 для образцов, полностью состоящих из аустенита, выше, чем 1.25 для образцов закаленной двухфазной стали.

В настоящей работе были синтезированы однофазные монокристаллические образцы на основе селенида свинца. Разработаны способы создания поверхностного оксидированного селенида свинца с проводимостью, отличной от базового PbSe. С использованием оксидированного селенида свинца как функционального промежуточного слоя были сделаны гетерофазные образцы Ag/Pb₃OSeO₃/PbSe, демонстрирующие стабильные мемристивные характеристики. Полученные гетеропереходы исследовали на предмет обнаружения резистивных переключений, измеряли вольт-амперные характеристики, температурную зависимость сопротивления гетероперехода. Изменением внешних параметров — частоты, величины напряжения электрического поля, прикладываемого к гетероконтакту, — реализовали разные метастабильные состояния. Исследовали динамические эффекты, определили времена мемристивных переходов из одного метастабильного состояния в другое. Воспроизводимые характеристики в мемристорах на основе монокристаллов оксидированного селенида свинца наблюдали в течение несколько месяцев.

Исследованы структурные превращения в биметаллических частицах Ni—Ag размером 5 нм после цикла последовательных фазовых переходов, отвечающих плавлению и кристаллизации. Начальная конфигурация биметаллических наночастиц Ni—Ag соответствовала Янус-структуре. В качестве метода моделирования термоиндуцированного воздействия использовали два альтернативных метода — метод молекулярной динамики и метод Монте-Карло. В качестве потенциала межмолекулярного взаимодействия использовали потенциал сильной связи. Показано, что для биметаллических наночастиц Ni—Ag характерна поверхностная сегрегация атомов Ag, выявлены особенности сегрегационного поведения атомов Ag при их различных концентрациях. Полученные закономерности сравнили с экспериментальными результатами для наночастиц Ni—9 мас. % Ag, синтезированных методом электровзрыва проволок, для которого характерно формирование частиц со структурой “ядро—оболочка”. На основе анализа калорических кривых потенциальной части удельной внутренней энергии выявлен гистерезис: температуры плавления и кристаллизации не совпадают друг с другом, что позволяет оценить температуры начала и завершения соответствующего фазового перехода, а также определить интервалы термической стабильности. Кроме того, установлено, что с ростом числа атомов никеля в составе частиц ширина гистерезиса температур плавления и кристаллизации увеличивается.

Кроме стандартного применения ионных двигателей для освоения околоземного космического пространства и маршевых миссий, существует задача очистки околоземного космического пространства от объектов космического мусора техногенного происхождения слабо расходящимся ионным пучком, то есть с помощью бесконтактного воздействия. Однако для устойчивой работы ионно-оптической системы (как ионного двигателя, так и источника ионов) необходимо прогнозировать и учитывать тепловые деформации электродов ионно-оптической системы. Увеличение техногенного засорения околоземного космического пространства препятствует долговременному устойчивому развитию космической деятельности. Предложено много различных способов увода крупногабаритных объектов на орбиты захоронения или на низкие орбиты для их разрушения в плотных слоях атмосферы Земли. Для увода космического мусора можно применять сервисные космические аппараты, которые сближаются с удаляемым космическим мусором и посредством бесконтактного воздействия буксируют его в зону захоронения. В качестве бортового средства воздействия на объекты космического мусора может быть использован высокочастотный источник ионов, формирующий слабо расходящийся ионный пучок, под воздействием которого и происходит передвижение объектов космического мусора в направлении орбиты захоронения. Данный высокочастотный источник ионов по сути и является высокочастотным ионным двигателем. Разработка тепловой и термомеханической модели ионного двигателя и источника с учетом требований надежного функционирования и интегрирования источника ионов с системами космического аппарата для бесконтактного перемещения в космическом пространстве и ионного двигателя с системами космического аппарата для коррекции положения или маршевых миссий является одним из проблемных научно-технических вопросов. В конструктивном отношении ионно-оптическая система ионного двигателя и источника является наиболее сложным узлом. При разработке конструкции ионно-оптической системы необходимо учитывать особенности эксплуатации электродов.