№ 4 (2023)

Углеродным волокнам находят применение в производстве автомобилей, самолетов, спортивных товаров, энергетике и биомедицине благодаря их уникальным свойствам, таким как высокая удельная прочность, высокая удельная жесткость, низкий коэффициент теплового расширения и низкая плотность. Были и остаются актуальными исследования и разработки как технологии получения углеродных волокон, так и их модификации для широкого круга применений. Проведенное обобщение накопленного опыта по модификации углеродных волокон показывает, что ионно-лучевая обработка позволяет получать различный по геометрии развитый рельеф поверхности, в частности, вискерообразный и гофрообразый, ориентированный поперек или вдоль волокна. Такая обработка выгодно отличается от обычной вискеризации волокна как многообразием геометрии границы раздела композита и подложки, так и отсутствием проблемы адгезии вискеров с волокном. Ионно-лучевая обработка позволяет модифицировать также структуру поверхностного слоя от аморфизованного до упорядоченного с разной степенью графитации. Облучение химически активными ионами приводит к функционализации углеродного волокна за счет образования, например, нитридов и оксидов углерода. Выбор ионов азота для технологии получения углерод-углеродных и углерод-керамических композитов представляется более предпочтительным, благодаря менее жестким требованиям к температуре облучаемого волокна. Для ионно-лучевого гофрирования поверхности углеродного волокна на основе полиакрилонитрила необходим лишь его нагрев выше температуры динамического отжига радиационных нарушений. К значительному увеличению производительности ионно-лучевой обработки приводит использование ионов гелия технологических плазменных ускорителей.

Показана возможность применения нейтронной рефлектометрии зеркального отражения для изучения водных трисилоксановых растворов при переходе в состояние суперсмачивания. Рассмотрена адсорбция трисилоксановых поверхностно-активных веществ из раствора на умеренно гидрофобную поверхность (оксидированная пленка титана) с ростом температуры до точки помутнения раствора. Для прояснения роли гидрофобной части молекул трисилоксановых поверхностно-активных веществ в эффекте суперсмачивания проведено сравнение с растворами неионогенного углеводородного поверхностно-активного вещества с аналогичными полиоксиэтиленовыми цепями.

Взаимодополняющими методами рефлектометрии поляризованных нейтронов и керровской магнитометрии проведено исследование магнитного упорядочения многослойной структуры Dy–Co. Установлено, что при напылении слоев происходит частичное перемешивание слоев Dy и Co с образованием интерметаллида DyCo₂. Полученные данные позволили определить профили намагниченности отдельных слоев на атомном уровне. Вблизи точки компенсации данные нейтронной рефлектометрии удалось описать в предположении, что магнитной структуры слоев неколлинеарна. Тройные петли гистерезиса, наблюдаемые в той же области температур, вероятнее всего, свидетельствуют о не идентичности внешних и внутренних слоев сверхрешетки. Неоднородность распределения намагниченности по толщине слоя DyCo₂ можно объяснить сильным обменным взаимодействием на границах раздела сред. В небольшом внешнем магнитном поле, обменное взаимодействие между слоями образца доминирует над взаимодействием магнитных моментов слоев с внешним магнитным полем, которое характеризуется энергией Зеемана. Антипараллельное упорядочение магнитных моментов слоев Co и DyCo₂ искажено приложенным полем, в результате угол между векторами намагниченности максимален только на границах раздела слоев.

Продолжена адаптация методов рассеяния нейтронов для исследований микроструктуры электродных материалов литий-ионных аккумуляторов с целью улучшения их удельного энергонакопления. С помощью малоуглового рассеяния тепловых нейтронов исследовано влияние проводящих углеродных добавок (графена и оксида графена) на пористую структуру электродов с разными основами, включая LiFePO₄, Li₄Ti₅O₁₂ и LiNiMnCoO₂. Для разделения рассеяния на закрытых и открытых порах электроды смачивали типичным жидким электролитом с дейтерированной жидкой основой (диметилкарбонатом), что приводило к компенсации рассеяния на открытых порах. Установлено, что электропроводящие углеродные добавки в разной степени изменяют пористость электрода и влияют на смачиваемость материалов как за счет различной степени внедрения в поры исходного материала, так и за счет воздействия на исходную матрицу. Также обнаружено универсальное влияние на рассеяние полимерного связующего (поливинилиденфторида).

Описан новый метод определения координаты в позиционно-чувствительных детекторах с органическим световодом и кремниевыми фотоумножителями. Этот метод отличается от использовавшихся ранее смещающих спектр волокон или матрицы из светочувствительных элементов. Он основан на поглощении фотонов в объеме световода и уменьшении количества фотонов. В зависимости от длины пробега меняется количество фотонов, падающих на поверхность кремниевого фотоумножителя. Проведено моделирование оптических параметров одномерного позиционно-чувствительного детектора и показано влияние покрытия световода на количество света. Также проведено моделирование двумерного позиционно-чувствительного детектора двух видов, определены оптические параметры и соотношения интенсивностей излучения различных концов световода. Описана методика получения карт соотношений интенсивностей и особенности их использования для определения координаты. Обозначены основные особенности изготовления детекторов данного типа и их влияние на разрешение итогового детектора.

Молибдат неодима с кубической флюоритоподобной структурой получен твердофазным синтезом из оксидов металлов. Формирование конечного продукта происходит через образование при 700°С моноклинной структуры типа Ln₂MoO₆ (пр. гр. C2/c), вероятно, содержащей вакансии в решетках неодима и кислорода. Полученный при 900°С молибдат неодима кристаллизуется в пр. гр. Pn\(\bar {3}\)n с параметром ячейки a ≈ 11.03 Å. Проведены исследования кристаллической структуры молибдата неодима, полученного при 700°С и 900°С, методами нейтронной дифракции и атомистического моделирования с использованием программы GULP в диапазоне давлений 0–5.9 ГПа, которые продемонстрировали устойчивость кубической структуры при повышенном давлении.

Теоретически рассмотрен процесс распыления атомов металла при коронном разряде. При движении электрона в среде с некоторой скоростью, экранирование заряда происходит с запаздыванием в пространстве и во времени, что приводит к возникновению кильватерного потенциала. Возбужденные колебания кильватерного заряда приводят к появлению дополнительных сил. Действие кильватерного потенциала на падающую заряженную частицу приводит к ее торможению, т.е. потерям энергии движущейся частицей. В работе рассмотрено воздействие кильватерного потенциала также на ионы (атомы) матрицы решетки. Использовано известное выражение для кильватерного потенциала, возбуждаемого заряженной частицей, движущейся с энергией, большей энергии Ферми электронов среды. Получено выражение для сечения распыления атомов металла под действием кильватерного потенциала, возбужденного электронным пучком. Показано, что результат распыления не зависит от знака заряда и массы падающей частицы (электрона или иона).

Исследованы две древнеримские серебряные монеты, датируемые III–IV веком нашей эры. Использован набор современных микро- и неинвазивных аналитических методов: фокусированный ионный пучок, растровая электронная микроскопия, энергодисперсионный рентгеновский микроанализ, микрорентгенофлуоресцентный анализ, нейтронно-радиационный анализ и другие методы. Результаты исследований показали, что были использованы сплавы Ag–Cu и Ag–Cu–Pb–Sn, распространенные в процветающие годы Римской империи, когда римляне производили сплавы с относительно высоким содержанием серебра для изготовления как внешних слоев, так и внутреннего ядра монет. Процессы поверхностного серебрения применяли в разные периоды кризиса при правлении династии Антонинов. Установлено, что даже во время кризиса римляне производили “антониниан” высокого качества, предпринимая попытку улучшить процедуру серебрения с использованием серебряной амальгамы (Hg–Ag), – ртуть была обнаружена в приповерхностном серебряном слое монет. Также выявлена пористая морфология поверхности монеты, что может быть результатом неконтролируемого процесса нагрева и удаления ртути посредством кипения.