Содержание Том 25 № 1 2023

1. П. В. Гуляев, Е. Ю. Шелковников. Сегментация изображений фрагментированных реперных меток с использованием комбинированных детекторов кривизны поверхности в зондовой микроскопии // Химическая физика и мезоскопия. 2023. Т. 25, № 1. С. 5-12. Скачать

Статья относится к области микро и наноразметки образцов. Рассмотрена разметка в виде отдельных реперных отметок, которые применяются для маркировки изделия, обозначения исследуемой области и линий, соединяющих эту область с макроориентирами  на поверхности. В качестве инструментов разметки рекомендованы кантилевер сканирующего зондового микроскопа или индентор нанотвердомера, отпечатки которых имеют схожую форму. Особенностью данной формы является фрагментированность, которая образуется вследствие вспучивания материала поверхности при воздействии кантилевера или индентора. Выполнен анализ конвенциональных методов обработки, потенциально пригодных для сегментации изображения и локализации реперных отметок. Показана необходимость специализированных методов локализации, решающих проблему фрагментации. В качестве такого метода предложено использовать комбинированный детектор кривизны поверхности. Кривизна поверхности в каждой точки растра изображения оценивалась с помощью радиуса соприкасающейся окружности или сферы, а координаты центров сегментации (особых точек) определялись максимумами кривизны. В работе предложен вариант комбинирования детекторов кривизны, заключающийся в том, что более универсальный сферический детектор определяет расширенный набор особых точек, а также параметры фильтрации и поиска, используемые затем более избирательным детектором. Критерием локализации реперной отметки является ее детектирование обоими детекторами и пониженный радиус кривизны поверхности. Для сокращения особых точек на изображении предложено использовать фильтрацию Гаусса с радиусом, предварительно определенным детектором кривизны. Показано, что после такой обработки дифференциация реперных отметок от других особых точек, определяемая по радиусу кривизны поверхности, существенно возрастает.
Ключевые слова: реперные отметки, сканирующий зондовый микроскоп, СЗМ-изображение, нанообъекты, наномаркировка, детектор кривизны.

DOI: https://doi.org/10.15350/17270529.2023.1.1

2. В. Л. Воробьёв, П. В. Быков, Ф. З. Гильмутдинов, В. Я. Баянкин. Влияние компонентов сплава ВТ6 на формирование поверхностных слоев в условиях поочередного облучения ионами Ar⁺ и N⁺ // Химическая физика и мезоскопия. 2023. Т. 25, № 1. С. 13-23. Скачать

В работе выполнена имплантация ионов N⁺ и поочередная имплантация ионов Ar⁺ и N⁺ в титановый сплав ВТ6 со следующими параметрами: энергия ионов – 30 кэВ, дозы облучений – 10¹⁸ ион/см², плотность ионного тока – 100 мкаА/см². Методом рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии проанализировано состояние компонентов в поверхностных слоях титанового сплава ВТ6 в исходном состоянии, после имплантации ионов N⁺ и поочередной имплантации ионов Ar⁺ и N⁺. Показано, что в условиях ионного облучения накопление азота и образование нитрида титана TiN сопровождается, особенно при поочередном облучении, окислением компонентов титанового сплава, в основном атомов титана, во всем анализируемом поверхностном слое. На основании литературных данных и результатов исследования обсуждаются причины окисления компонентов титанового сплава в условиях облучения.
Ключевые слова: титановый сплав ВТ6, имплантация ионов N⁺, поочередное облучение, рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия, поверхностные слои.

DOI: https://doi.org/10.15350/17270529.2023.1.2

3. А. А. Шаклеин. Численная оценка эффекта синглетного дельта-кислорода на горение полиоксиметилена // Химическая физика и мезоскопия. 2023. Т. 25, № 1. С. 24-37. Скачать

В работе проведено численное исследование влияния молекулярного кислорода, находящегося в возбужденном состоянии, на горение полиоксиметилена в реакторе по сжиганию твердых бытовых отходов. Рассматриваемый в данной работе сигнглетный дельта-кислород может быть получен за счет воздействия электрического разряда на кислород в обычном состоянии. Поэтому данное исследование можно рассматривать как частный случай общей задачи применения плазмы для изменения параметров горения. Методика расчетов и использованные кинетические механизмы проверены на задачах горения формальдегида, а также метано-воздушной смеси с заменой части кислорода на O₂(a¹Δ_g). Показано, что замена в реагентах 10 % молекулярного кислорода на O₂(a¹Δ_g) при горении полиоксиметилена позволяет поднять максимальную температуру в камере сгорания, повысить массовую скорость горения полимера и температуру горящей поверхности.
Ключевые слова: горение, химический механизм, плазма, полиоксиметилен, численное моделирование.

DOI:https://doi.org/10.15350/17270529.2023.1.3

4. Д. К. Жиров. Влияние нанодисперсных добавок на снижение коэффициента трения смазочных материалов // Химическая физика и мезоскопия. 2023. Т. 25, № 1. С. 38-45. Скачать

В работе проведены исследования влияния добавок шунгита и серпентина в масло на коэффициент трения и износ в диапазоне нагрузок от 50 до 1500 Н. Шунгит и серпентин были измельчены на многоступенчатой центробежно-ударной мельнице. Исследования проводились на установке для испытаний на трение и изнашивание SRV-3: перемещение шарика по пластине с частотой 5 Гц и амплитудой движения 3 см при комнатной температуре. Нагрузка ступенчато менялась: 50, 100, 200, 500, 1000, 1500 (Н). Время испытаний на каждой нагрузке составило 5 минут. В качестве образцов были использованы шары из стали ШХ 15 и пластины из стали 20. Для удержания масла на пластине был изготовлен буртик, препятствующий выходу масла из зоны трения и загрязнения машины трения. Были проведены многочисленные испытания при различном соотношении добавок шунгита и серпентина. Наиболее значительное влияние было отмечено при концентрации 0.7 % шунгита и 0.3 % серпентина (по объему). Коэффициент трения снизился с 0.138 до 0.122.
Ключевые слова: шунгит, серпентин, коэффициент трения, износ, машина трения, фуллерен, масло.

DOI: https://doi.org/10.15350/17270529.2023.1.4

5. А. И. Ульянов, А. А. Чулкина, А. Л. Ульянов, В. Е. Порсев. Применение мёссбауэровской спектроскопии в комплексном исследовании фазового состава, магнитного состояния фаз механосинтезированных нанокомпозитов Fe-Mn-Ni-C // Химическая физика и мезоскопия. 2023. Т. 25, № 1. С. 46-56. Скачать

Методами мёссбауэровской спектроскопии, с привлечением данных рентгеновской дифракции и магнитных измерений, изучены фазовый состав и магнитное состояние фаз нанокомпозитов Fe-Mn-Ni-C на примере модельного сплава (Fe_0.85Mn_0.10Ni_0.05)₈₃C₁₇ после механохимического синтеза (МС) и последующих отжигов. Установлено, что после МС сплав состоит из аморфной фазы, цементита, незначительного количества χ-карбида и феррита. Отжиг при температуре Т_ann = 500 ^оС приводит к преобразованию аморфной фазы и c-карбида в феррит и парамагнитный цементит, началу формирования аустенита. При Т_ann > 500 ^оС атомы Mn, выделившиеся из парамагнитного цементита, участвуют в образовании аустенита. После отжига при Т_ann > 700 ^оС в нанокомпозитах наблюдается цементит с различными значениями температуры Кюри и, следовательно, с различным содержанием Mn (при комнатной температуре измерения это парамагнитный и ферромагнитный цементиты). После отжигов при повышенных температурах композит состоит из наноразмерных выделений цементита, связанных парамагнитным аустенитом.
Ключевые слова: карбидостали состава Fe-C-Mn-Ni, механохимический синтез, термообработка, фазовый состав, мёссбауэровская спектроскопия,  магнитная восприимчивость, температура Кюри.

DOI: https://doi.org/10.15350/17270529.2023.1.5

6. Н. В. Измайлова, К. М. Дегтяренко, Л. Г. Самсонова. Мобильность зарядов в донорно-акцепторных соединениях на основе дифениламинов и дибензтиофендиоксидов в OLED структурах // Химическая физика и мезоскопия. 2023. Т. 25, № 1. С. 57-66. Скачать

Методом переходной электролюминесценции выполнена оценка подвижности зарядов в трех замещенных донорно-акцепторных соединениях на основе дифениламинов и дибензтиофендиоксидов. Исследование выполнено в многослойной структуре, содержащей кроме эмиссионного слоя (в тексте L1, L2, L3) дырочно-транспортный и дырочно-блокирующий слои: ITO/PEDOT:PSS/NPD/L/DCP/LiF/Al. На электроды OLED структуры подавался прямоугольный импульс напряжением 5 – 9 В и длительностью 400 мкс. Проанализирован передний и задний фронт свечения образца. Для оценки подвижности зарядов (дырок) использовано время, за которое интенсивность свечения достигает половины максимального значения. Величина подвижности зарядов составила ~10^-6 см²/(В·с). Зависимость подвижности зарядов от корня квадратного напряженности приложенного электрического поля носит линейный характер и удовлетворяет соотношению Пула-Френкеля. Длительное послесвечение одного из соединений после снятия напряжения с электродов обсуждено в предположении высвобождения экситонов из триплетных ловушек за счет реализации механизма термически активированной замедленной флуоресценции.
Ключевые слова: органические светоизлучающие диоды, подвижность зарядов, метод переходной электролюминесценции.

DOI: https://doi.org/10.15350/17270529.2023.1.6

7. А. А. Камильянова, В. В. Кропотин, В. И. Ладьянов. Моделирование процесса перераспределения примеси при лазерной обработке сталей // Химическая физика и мезоскопия. 2023. Т. 25, № 1. С. 67-77. Скачать

Важными характеристиками металлических изделий при производстве являются распределение примесей и формирование микро- и макроструктуры в различных частях изделия. Целью данной работы является теоретическое описание и моделирование процесса лазерного воздействия на стальную пластину, которое позволяет описать поля температуры и концентрации примеси (углерода) в макроскопических масштабах всего изделия. Наличием других примесей в данной работе пренебрегается. Модельные уравнения включают уравнения сохранения энергии, диффузии, баланса примесей, а также уравнение кинетики для процессов кристаллизации и плавления. Модель является квазиравновесной и близка по идеологии к подходу двухфазной зоны. По полученным зависимостям проанализированы процессы нагрева, плавления и кристаллизации в материале образца. Исследования проводились при стационарном положении источника лазерного излучения. Варьируя различные параметры модели, получены определенные закономерности процесса. Для объяснения  полученных зависимостей, использованы результаты работ по стандартным видам лазерной обработки. Рассчитанные кривые показывают сильную взаимосвязь между параметрами лазерного излучения и характеристиками системы. Расчеты позволяют детально проследить за процессами фазовых превращений и определить характерную глубину проникновения материала. Модель может быть расширена на случай многофазного описания многокомпонентных систем. Данная работа является первым шагом в исследовании проблем легирования стальных изделий порошковыми смесями лазерным излучением.
Ключевые слова: математическое моделирование, тепломассоперенос, структура, лазерные технологии.

DOI: https://doi.org/10.15350/17270529.2023.1.7

8. М. С. Коновалов, В. И. Ладьянов, М. И. Мокрушина, П. Г. Овчаренко. Влияние углерода на износостойкость, прочность и твердость композита с матрицей системы Fe-Cr-Mn-Mo-N-C // Химическая физика и мезоскопия. 2023. Т. 25, № 1. С. 78-87. Скачать

Методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза в варианте алюминотермии произведены слитки композита с матрицей системы Fe-Cr-Mn-Mo-N-C и армирующими частицами в виде конгломератов из MgO, Al₂O₃, AlN. Полученные слитки главным образом отличались содержанием C. Установлено, что повышение содержания углерода в композите от 0.01 до 0.50 мас. % приводит к повышению твердости с 238 до 271 HV и износостойкости. Последнее свойство оценивалось при испытании материалов на абразивное изнашивание в условиях сухого трения образцов по поверхности закрепленного абразива – электрокорундовой шкурки с размером абразивных частиц Р400 (28 – 40 мкм) и Р80 (200 – 250 мкм). В качестве критерия износостойкости принято уменьшение массы образца после испытаний. Усилие прижима испытуемого материала к поверхности абразива ~ 0.25 Н/мм², время одного испытания 90 с. Убыль массы образцов измерялась при помощи весов ВЛР-200. Измерение твердости проводили по методу Виккерса при помощи твердомера ИТВ-1-А в соответствии с ГОСТ 2999-75 с временем выдержки 10 с при нагрузке 30 кгс. Установлено, что при повышении содержания углерода в композите происходит его охрупчивание. При этом образцы с 0.01 и 0.16 мас. % C при испытании предела прочности при сжатии не разрушались, а при 0.50 мас. % C происходило появление трещин, с которыми образцы без полного разрушения продолжали деформироваться до предельно допустимой для испытательной машины нагрузки. Оценка предела прочности при сжатии по нагрузке, при которой появлялись трещины, показала, что он равен 3210 МПа. Испытания по определению предела прочности при сжатии проводили на универсальной испытательной машине РЭМ-100-А-2.
Ключевые слова: композит, сплав, износостойкость, прочность, твердость композита, предел прочности при сжатии.

DOI: https://doi.org/10.15350/17270529.2023.1.8

9. Ф. А. Мустафаева, Н. Т. Кахраманов, И. А. Исмаилов. Физико-механические и термические свойства модифицированных диоксидом титана композитов на основе гидроксида алюминия и смеси полиэтиленов // Химическая физика и мезоскопия. 2023. Т. 25, № 1. С. 88-95.  Скачать

Приводятся результаты исследования физико-механических и термических свойств, модифицированных структурообразователем композитов на основе гидроксида алюминия и смеси полиэтилена высокой и низкой плотности. Изучены такие свойства полимерных композитов, как разрушающее напряжение, относительное удлинение, показатель текучести расплава, теплостойкость, термическая стабильность и термомеханика. Все композитные материалы были на основе модифицированных диоксидом титана (1 % масс.) смеси полиэтилена высокой и низкой плотности, взятых в соотношении 50/50. Количество гидроксида алюминия варьировали в пределах 1-30 % масс. На основе данных, полученных на приборе Канавца, построены кривые зависимости деформации от температуры, установлены закономерности изменения термомеханических кривых. Показано, что для всех изученных образцов с повышением температуры наблюдается переход из твердого в вязкотекучее состояние. Термическая стабильность оценивалось по данным термогравиметрического анализа.
Ключевые слова: полиэтилен низкой плотности, полиэтилен высокой плотности, полимерная смесь, структурообразователь, диоксид титана, гидроксид алюминия, антипирен.

DOI: https://doi.org/10.15350/17270529.2023.1.9

Экспериментально исследовано ионно-плазменное азотирование алюминия в модернизированной установке УВН71-П3. Целью данной работы являлся подбор оптимального режима ионно-плазменного азотирования алюминия. Были определены размеры областей когерентного рассеяния для дифракционного отражения от плоскости (111) и параметры решетки для азотированных образцов. Показано наличие модифицированного слоя на поверхности азотированных образцов. Выявлено влияние режима напряжения смещения на азотирование алюминия. Рентгенофазовый анализ не показал наличие нитрида алюминия. Микротвердость алюминия увеличилась при режиме азотирования на постоянном напряжении смещения.
Ключевые слова: азотирование, нитрид алюминия, несамостоятельный тлеющий разряд с полым катодом, импульсное напряжение смещения, постоянное напряжение смещения, рентгенофазовый анализ, микротвердость.

11. Н. В. Филатова, Н. Ф. Косенко, М. А. Баданов. Влияние режима термообработки и механоактивации каолинита на процесс муллитообразования // Химическая физика и мезоскопия. 2023. Т. 25, № 1. С. 105-112. Скачать

Изучено влияние скорости нагрева каолинита Al₄[Si₄O₁₀](OH)₈ на его превращение в муллит 3Al₂O₃·2SiO₂. С увеличением скорости нагрева выход муллита повышается. Высокая скорость подъема температуры способствует быстрой дегидратации каолинита, сопровождающейся отщеплением гидроксидных групп и разупорядочением структуры. Сопоставлено влияние предварительной механоактивации каолина в шаро-кольцевой (истирающей материал) и планетарной мельнице, в которой преобладают ударные нагрузки. Установлено, что обработка истиранием малоэффективна. Интенсивная ударно-истирающая обработка в планетарной мельнице разбивает пакеты и слои; гидроксогруппы частично оказываются на внешней поверхности поликристаллитов, что облегчает процесс дегидроксилирования.
Ключевые слова: каолинит, каолин, режим термообработки, механоактивация, истирание, ударная обработка, муллитообразование.

DOI: https://doi.org/10.15350/17270529.2023.1.11

12. Э. Ф. Хаметова, О. Р. Бакиева. Разработка программного комплекса для количественного анализа химического состава по Оже-электронным спектрам // Химическая физика и мезоскопия. 2023. Т. 25, № 1. С. 113-119. Скачать

В настоящее время в области микроэлектроники активно применяется реверс-инжиниринг. Обычно для этого используют методы послойного анализа, которые позволяют определять не только дефекты производства, но и восстанавливать архитектуру микросхем. Одним из таких методов является Оже-электронная спектроскопия (ОЭС) с послойным ионным травлением. Данная работа посвящена разработке программного комплекса по обработке и анализу экспериментальных Оже-электронных спектров. В ходе работы была выявлена некоторая проблематика как в обнаружении сигнала в спектре (идентификация слабого сигнала), так и в принадлежности сигнала конкретному химическому элементу. На сегодняшний день разработанный программный комплекс проводит качественный и количественный анализ экспериментальных данных в полуавтоматическом режиме.
Ключевые слова: программное обеспечение, Оже-электронная спектроскопия, обработка и анализ данных, Python.

DOI: https://doi.org/10.15350/17270529.2023.1.12

Главный редактор: академик РАН А.М. Липанов

Подписано в печать 10.03.2023 г., дата выхода 27.03.2023 г. 

Адрес редакции и издателя: 426067, г. Ижевск, ул. Т. Барамзиной, 34, тел. (3412)20-35-14

Свидетельство о регистрации средства массовой информации:

Эл № 77-6666 от 10.12.2002 г. в Министерстве Российской Федерации по делам печати, телерадиовещания и средств массовых коммуникаций

ISSN 1727-0529 (Online)