Физика и химия стекла

С помощью компьютерных методов (пакет программ ToposPro) осуществлены комбинаторно-топологический анализ и моделирование самосборки кристаллических структур Y₈Rh₁₂Sn₂₀-oS40 (a = 4.387 Å, b = 26.212 Å, c = 7.155Å, V = 822.77 ų), Lu₁₆Zn₂₀Ge₂₄-oS60 (a = 4.179 Å, b = 18.368 Å, c = 15.050 Å, V = 1155.24 ų), Ba₈Ir₁₆In₅₂-oS76 (a = 4.485 Å, b = 29.052 Å, c = 13.687 Å, V = 1783.63 ų) c пространственной группой Cmc2₁(36). Для Y₈Rh₁₂Sn₂₀-oS40 установлены 18 вариантов выделения кластерных структур с числом кластеров N = 1 (1 вариант), N = 2 (11 вариантов), N = 3 (6 вариантов). Рассматривается вариант самосборки кристаллической структуры с участием образующих упаковки кластеров-прекурсоров в виде сдвоенных тетраэдров K6 = 0@6(YSn₃Rh₂) и тетраэдров K4 = 0@4(YSn₂Rh). Для Lu₁₆Zn₂₀Ge₂₄-oS60 установлены 66 вариантов выделения кластерных структур с числом кластеров N = 1 (1вариант), N = 2 (25 вариантов), N = 3 (20 вариантов) и N = 4 (20 вариантов). Рассматривается вариант самосборки кристаллической структуры с участием образующих упаковки трех атомных кластеров-прекурсоров K3(D1) = 0@3(Lu Ge₂), K3(D2) = 0@3(Lu Zn Ge), K3(D3) = 0@3(Lu Zn Ge), K3(D4) = 0@3(Lu Zn Ge), K3(D5) = 0@3(GeZn₂). Для Ba₈Ir₁₆In₅₂-oS76 установлены 129 вариантов выделения кластерных структур с числом кластеров N = 2 (36 вариантов) и N = 3 (103 варианта). Рассматривается вариант самосборки кристаллической структуры с участием образующих упаковки кластеров-прекурсоров: пентагональных пирамид K6 = 0@6(BaIn5), тетраэдров K4a = 0@4(BaRhIn2) и тетраэдров K4b = 0@4(Rh₂In2), колец K3 = 0@4(RhIn₂) и атомов-спейсеров In. Реконструирован симметрийный и топологический код процессов самосборки кристаллической структур Y₈Rh₁₂Sn₂₀-oS40, Lu₁₆Zn₂₀Ge₂₄-oS60, Ba₈Ir₁₆In₅₂-oS76 из кластеров-прекурсоров K3, K4, K6 в виде: первичная цепь → слой → каркас.

Исследована зависимость линейных коэффициентов ослабления рентгеновского и гамма-излучения (ЛКОИ) в диапазоне энергий квантов Е, от 0.2 до 3.0 МэВ оптическими стеклами кроновой группы от их плотности при ее изменении от 2.21 до 4.61 г/см³. Базой для исследования служили как литературные данные по ЛКОИ стекол, так и полученные в настоящей работе. Для этого были рассчитаны массовые коэффициенты ослабления излучения (МКОИ) оксидами, используемыми в производстве кроновых стекол. Было установлено, что базовые оксиды (SiO₂, B₂O₃, P₂O₅, Na₂O, K₂O, CaO, ZnO, Al₂O₃), входящие во все типы кроновых стекол (ЛК, К, ФК, ТФК, БК, ТК, СТК), характеризуются сравнительно слабой зависимостью МКОИ от Е. В отличии от этого более “тяжелые” оксиды (PbO, Ta₂O₅, La₂O₃, BaO, CdO, Y₂O₃, ZrO₂), применяемые для получения стекол БК, ФК, ТФК, ТК и СТК определенных марок, демонстрируют сильную зависимость МКОИ от Е в диапазоне энергий от 0.2 до примерно 1.0 МэВ, а в области более высоких энергий квантов – близкую к таковой для базовых оксидов. Показано, что для излучений с Е, равными 0.2, 0.3, 0.4, 0.5, 0.6, 0.8, 1.0, 1.5, 2.0 и 3.0 МэВ значения ЛКОИ стекол кроновой группы хорошо укладываются на прямые линии в зависимости от плотности, углы наклона которых уменьшаются с ростом Е. Выведены уравнения, описывающие эти прямые линии, позволяющие с хорошей точностью рассчитать ЛКОИ стекол по их плотности. У некоторых марок стекол типа БК, ТК и СТК при значениях Е от 0.2 до 0.4 (0.5) МэВ значения ЛКОИ располагаются ниже названных прямых. Это объяснено различием в номенклатуре и концентрациях “тяжелых” оксидов в этих стеклах и в ближайших к ним по плотности стеклах других марок, у которых значения ЛКОИ хорошо укладываются на прямые линии. При значениях Е от 0.5 (0.6) до 3.0 МэВ никаких отклонений значений ЛКОИ этих стекол от прямых линий не наблюдается.

В работе представлена методика определения степени кристобалитизации синтетической крупки диоксида кремния особой чистоты, полученной из тетраэтоксисилана по золь-гель-технологии, методом ИК-Фурье-спектроскопии с использованием приставки нарушенного полного внутреннего отражения. Представлены результаты измерения степени кристобалитизации синтетической крупки диоксида кремния особой чистоты производства ПАО ПНППК. Показана линейная зависимость степени кристобалитизации от размера зерен кристобалитной крупки.

Получены наночастицы SiO₂, модифицированные тремя бифункциональными силанами: 3-(триметоксисилилпропил)метакрилатом, бис[3-(триметоксисилил)пропил]амином и винилтриэтоксисиланом. Успешное прохождение модификации было подтверждено методами ИК-спектроскопии и сканирующей электронной микроскопии. С целью получения покрытий с повышенной гидрофобностью модифицированные наночастицы SiO₂ были введены в циклоалифатическую эпоксидную смолу. Для улучшения физико-механических свойств в состав покрытия с 30 мас. % модифицированных наночастиц SiO₂ были введены наполнители: слюда-мусковит и диоксид титана. Показано, что наиболее перспективной добавкой для получения гидрофобных покрытий являются модифицированные бис[3-(триметоксисилил)пропил]амином наночастицы SiO₂. При их введении в эпоксидно-полиметилметоксисилсесквиоксановую матрицу в количестве 40 мас. % наблюдался наибольший краевой угол смачивания – 116°.

В работе приводятся экспериментальные результаты по получению объемных образцов материалов Ti-Al-B₄C методом “холодного” газодинамического напыления из смеси монопорошков в системе раздельно работающих дозаторов, с последующей термической обработкой. Изучены и апробированы параметры, позволяющие разработать эффективные методы создания изделий аддитивным способом. Практически и теоретически показано, что металлические пластичные частицы в составе заготовки-прототипа, сформированной методом “холодного” газодинамического напыления, могут выступать прекурсорным компонентом для образования высокотемпературных боридов и карбидов титана, что после тепловой обработки приводит к упрочнению объемного композиционного материала при отсутствии значительной усадки, сохранении низкой пористости и сплошности структуры.

Жидкофазными методами совместного осаждения гидроксидов и совместной кристаллизации азотнокислых солей синтезированы высокодисперсные порошки состава (СeO₂)_1–x(Dy₂O₃)_x (х = 0.05, 0.10, 0.15, 0.20). На их основе получена керамика, представляющая собой кубические твердые растворы типа флюорита с ОКР ~ 90 нм (1300 °С) с открытой пористостью в интервале 2–14% и кажущейся плотностью 6–7 г/см³. Исследовано влияние методов синтеза и спекающих добавок на физико-химические и электрофизические свойства керамики. Установлено, что полученная керамика обладает преимущественно ионным типом электропроводности (числа переноса ионов t_i = 0.78–0.96 в интервале 300–700 °С). Электропроводность в твердых растворах осуществляется по вакансионному механизму и достигает значения σ_{700 °С} = 0.43 · 10^–2 См/см. По своим физико-химическим свойствам (плотность, открытая пористость, тип и механизм удельной электропроводности) полученные керамические материалы перспективны в качестве твердооксидных электролитов для среднетемпературных топливных элементов.

Изучены морфология, особенности структуры и оптические свойства пленок оксида цинка различной толщины, синтезированных посредством термического окисления в атмосфере воздуха поликристаллических слоев цинка толщиной 10, 20, 40, 50, 60, 80 нм, полученных методом магнетронного напыления на стеклянных подложках. Проанализировано влияние толщины исходных слоев и размеров кристаллов цинка на характеристики кристаллической структуры и свойства получаемых пленок оксида цинка, а также закономерности приближения его оптической ширины запрещенной зоны и параметров кристаллической решетки к значениям для объемных кристаллов ZnO с увеличением толщины пленки.