№ 3 (2023)

Исследованы особенности формирования поверхностной морфологии полиэтилентерефталата при воздействии мощного ионного пучка наносекундной длительности. Установлено, что при однократном воздействии такого пучка на полиэтилентерефталат, как и для большинства других полимеров, в приповерхностном слое образуются поры, однако их количество значительно меньше. Существенные отличия начинают проявляться при многократном облучения полимера мощным ионным пучком. Для большинства полимеров это приводит к увеличению пористости поверхности и частичному локальному разрушению приповерхностного слоя. При таких условиях облучения на поверхности полиэтилентерефталата образуются различные пространственные структуры, вид и размеры которых зависят от числа импульсов облучения. Энергодисперсионный рентгеновский микроанализ приповерхностного слоя показал существенное (в 1.4 раза) снижение содержания кислорода после ионного облучения. Воздействие мощного ионного пучка на полиэтилентерефталат не приводит к образованию на его поверхности тонкого углеродного слоя. Рассмотрены возможные причины формирования такой поверхностной морфологии при воздействии мощного ионного пучка на полиэтилентерефталат.

Исследованы закономерности формирования структуры, а также смачиваемость тонких пленок алюминия и сплавов Al–2.1 ат. % Mn и Al–1.4 ат. % Ni, осажденных на стеклянные подложки при ассистировании собственными ионами. Применение сканирующей зондовой (СЗМ) и растровой электронной микроскопии позволило охарактеризовать топографические неоднородности нано- и микрометрового размера на поверхности пленок и изучить характер их смачиваемости, измеренной методом покоящейся капли. В рамках профильного и топографического подходов для аналитического анализа СЗМ-изображений использован набор дискретных параметров шероховатости, дополненных безразмерными параметрами-комплексами (\(\psi \) и \(k\)) и параметром-функцией плотности вероятности высот выступов/впадин нанорельефа поверхности. Предложенный исследовательский гибридный параметр \(k\) характеризует форму неровностей профиля нанорельефа, нагляден и связывает амплитуду и шаг шероховатости. Показана информативность системы выбранных девяти параметров для оценки шероховатости и нерегулярности локальной структуры поверхности пленок в поперечном и продольном сечениях, позволяющей не только численно исследовать структурно-морфологические изменения при легировании алюминия, но и определить количественные соотношения, связывающие микрогеометрию поверхности пленок с условиями осаждения. Выявлено влияние исходного рельефа стекла-подложки на параметры неоднородностей поверхности пленок, которые имеют вид субмикронных конусов и локальных холмиков. Получено гауссово распределение нанорельефа пленок алюминия и его сплавов по площади поверхности, и поверхность покрытий можно рассматривать как реализацию случайного нормального процесса. Частотные распределения микрокапельной фракции по размерам носят логнормальный характер. Обнаружена корреляция параметров шероховатости пленок с размером и плотностью микрочастиц капельной фракции. Установлено, что осаждение Al-содержащих пленок понижает гидрофильность поверхности системы пленка/стекло–подложка. При легировании алюминия степень морфологической неоднородности поверхности пленок, а также их смачиваемость снижается. Обсуждается гомогенный режим смачивания пленок водой и его зависимость от материала, морфологии и однородности химического состава поверхности.

В настоящей работе проведена модификация поверхности сплава Н18 ионами аргона в импульсно-периодическом режиме. Методами электронной спектроскопии in situ проведено исследование изменений химического состава и локальной атомной структуры, вызванных ионным воздействием на поверхность. Химический состав был определен с помощью электронной оже-спектроскопии с использованием профилирования ионами аргона. Анализ локальной атомной структуры проведен методом спектроскопии протяженных тонких структур энергетических потерь электронов. Получены спектры возбуждения М_2,3-края железа и K-края кислорода в геометрии обратного рассеяния от поверхности. Вариация энергии падающего электронного потока позволила получить сигнал от возбуждения атомов кислорода и железа с одинаковой глубины. Анализ экспериментальных данных проведен методом решения обратной задачи на нахождение парных корреляционных функций с использованием регуляризации по Тихонову. Исследование локальной атомной структуры проведено на глубине профилирования 5, 25 и 50 нм. Показано, что ионно-модифицированный слой в пределах проективного пробега ионов аргона состоит преимущественно из оксидов железа. На глубине профилирования 50 нм параметры локального окружения атомов Fe близки параметрам неокисленного железа. Никель в результате поверхностной диффузии обнаружен на глубине более 50 нм.

Равномерно движущаяся заряженная частица порождает переходное излучение, если движется в неоднородной среде (в частности, пересекает границу раздела двух сред), и дифракционное излучение, если движется вблизи неоднородностей среды без пересечения их границ. Оба этих вида излучения могут быть использованы для детектирования частиц и мониторинга пучков в ускорителях. В то время как методы диагностики как релятивистских, так и нерелятивистских пучков, использующие переходное излучение, широко распространены, использование дифракционного излучения для этих целей остается предметом интенсивных исследований. Генерация дифракционного излучения крайне слабо возмущает движение частиц пучка, что позволяет разрабатывать неразрушающие методы диагностики пучков. Ранее было построено описание дифракционного излучения нерелятивистской заряженной частицы на проводящей сфере на основе известного из электростатики метода изображений. В рамках этого подхода был предложен способ определения параметров пролета частицы мимо центра сферы с использованием единственного точечного детектора, регистрирующего интенсивность и поляризацию дифракционного излучения. В настоящей статье предложена схема с тремя детекторами, решающая ту же задачу без регистрации поляризации излучения.

В первом порядке теории возмущений показано, что потенциальная энергия взаимодействия двух атомов может быть вычислена с помощью решения системы нелинейных уравнений. Систему уравнений строили как с учетом, так и без учета принципа Паули, а атомный формфактор вычисляли с использованием волновых функций, которые аппроксимируют решение уравнения Хартри–Фока для изолированных атомов азота. График потенциальной энергии взаимодействия двух атомов азота удовлетворительно согласуется с известными результатами при учете принципа Паули. Показано, что без учета принципа Паули и коллективных колебаний электронов атомов получить согласие с экспериментом не представляется возможным. Показано, что полная энергия двухатомной молекулы является функционалом, который зависит от электронной плотности изолированных атомов.

Выход продуктов реакции зависит от взаимодействия между процессами на поверхности катализатора: адсорбции, активации, десорбции и других. Эти процессы, в свою очередь, зависят от величин потоков реакционных смесей, температуры и давления. В стационарных условиях активные центры на поверхности могут быть отравлены побочными продуктами реакции или заблокированы избытком адсорбированных молекул реагентов. Динамический контроль параметров реакции учитывает изменения свойств поверхности и соответствующим образом регулирует температуру, скорости потоков и другие параметры. Применен алгоритм обучения с подкреплением для управления реакцией окисления угарного газа CO на поверхности наночастиц палладия. Алгоритм был натренирован максимизировать скорость производства углекислого газа на основе информации о величинах потоков CO, O₂ и CO₂ на каждом временнóм шаге. Был выбран алгоритм градиентной политики с непрерывным пространством действий, и расширены наблюдения за скоростями потока на несколько последовательных временны́х шагов, что позволило получить набор нестационарных решений. Максимальный выход продукта достигается при периодическом изменении газовых потоков, обеспечивающем баланс между доступными центрами адсорбции и концентрацией активированных интермедиатов. Эта методология открывает перспективы для оптимизации каталитических реакций в нестационарных условиях.

Рассмотрена визуализация микрофлюидных чипов с целью исследования морфологии поверхности каналов и оценки качества печати микрофлюидных устройств с помощью технологии 3D печати методом цифровой световой проекции. Визуализация выполнена с помощью рентгеновской микротомографии с использованием различных контрастирующих веществ на основе йодсодержащих препаратов, а также методом растровой электронной микроскопии. Результаты показали, что микро-КТ-визуализация позволяет осуществить контроль качества печати устройства относительно основных геометрических параметров моделей, заданных на этапе прототипирования устройств, а также визуализировать трехмерную модель канала и морфологию поверхности. Пространственное разрешение метода растровой электронной микроскопии превосходит размер пикселя печати и позволяет уточнить наличие локальных дефектов, обусловленных неравномерным затвердеванием смолы при промывке образцов.

Работа посвящена магнитным свойствам и микротвердости бериллиевой бронзы БрБ-2. Впервые с использованием просвечивающей электронной микроскопии исследовано влияние температуры старения и приложенного постоянного магнитного поля на старение бериллиевой бронзы БрБ-2. Образцы выдерживали в течение 0.33 ч при температуре 800°С, далее закаливали быстрым погружением в воду (20°С) и подвергали искусственному старению при температурах 250–500°С в течение 1 ч в постоянном магнитном поле напряженностью 557.2 кА/м и без него. Обнаружен отрицательный магнитопластический эффект, приводящий к увеличению микротвердости бериллиевой бронзы БрБ-2 до ~38% от исходного значения. Установлено наличие упрочняющей фазы γ-CuBe, играющей большую роль в формировании прочностных свойств сплава. Наложение постоянного магнитного поля приводит к активизации процесса старения. При наложении постоянного магнитного поля обнаружена тенденция перехода сплава от диамагнитного состояния к суперпарамагнитному.