Аннотация: В статье обсуждается возможность получения функциональных композиционных материалов, обладающих выраженными фотокаталитическими свойствами. Разработан гибридный композиционный материал на основе наноразмерного сульфида кадмия, закрепленного на матрице гидроксиапатита, полученного методом осаждения из раствора. Исходные компоненты и синтезированные образцы были аттестованы с использованием современных физикохимических методов анализа: рентгенофазовый анализ, энергодисперсионный рентгеновский анализ, спектроскопия комбинационного рассеяния, сканирующая электронная микроскопия, метод Брунауэра-Эммета-Теллера. Исследованы функциональные характеристики разработанного композиционного материала Ca10(PO4)6(OH)2-CdS, в частности, фотокаталитическая активность под действием ультрафиолетового или видимого излучения. Эффективность использования разработанного композиционного материала в качестве фотокатализатора оценивали по скорости окисления п-дигидроксибензол (гидрохинона). На основании полученных экспериментальных данных рассчитаны значения констант скорости реакции фотокаталитического окисления гидрохинона и времени его полупревращения при различных условиях (излучение, присутствие катализатора). Доказано, что разработанный композиционный материал, представляющий собой гидроксиапатит, модифицированный коллоидными частицами CdS, обладает выраженными каталитическими свойствами и является перспективным материалом для использования в качестве фотокатализатора. На разработанный композиционный материал подана заявка на патент.

Аннотация: Методом функционала плотности проведен расчет адсорбции атомов золота на поверхности грани (100) вольфрама. В качестве подложки вольфрама была использовался 2D-слой атомов W. 2D-слой W моделировался суперъячейкой W(100) 2?2?2. Расчет проводился для трех мест адсорбции атома Au на поверхности W(100): в ямочной позиции, в мостиковой позиции между поверхностными атомами W и над поверхностным атомом W. Один атом Au приходился на 8 поверхностных атомов W. Наиболее предпочтительно адсорбция атома Au в мостиковой позиции. Энергия адсорбции равна 4,18 эВ. Адсорбция атомов Au приводит к следующей реконструкции поверхности W: сдвиг атомов W в плоскости поверхности не превышает 0,18 A, а сдвиг верхнего слоя атомов W составляет величину 0,022 A в сторону объема W. Валентная зона 2D-слоя W(100) сформирована в основном W 5d электронами, с незначительным вкладом W 6s электронов. Адсорбция золота приводит к изменению спектра валентной зоны поверхностного слоя W.

Аннотация: Впервые проведен расчет адсорбции атомов бария на поверхности грани (0001) GaN методом функционала плотности. 2D-слой GaN моделировался суперъячейкой GaN(0001) 2?2 содержащих 10 бислоя GaN. Расчет электронной плотности состояния и энергии адсорбции атома Ba проводился для пяти мест адсорбции атома Ba: в ямочной позиции, в мостиковых позициях между поверхностными атомами Ga (N) и над поверхностным атомом Ga (N). Один атом Ba приходился на 4 поверхностных атомов Ga в первом бислое GaN. Наиболее предпочтительно адсорбция атома бария над поверхностным атомом N. Энергия адсорбции составляет величину: 2,96 эВ. Адсорбция атомов Ba приводит к незначительной реконструкции поверхности GaN: максимальный сдвиг слоя атомов Ga (N) не превышает 0,11 A. Адсорбция Ba приводит к образованию поверхностной зоны ниже уровня Ферми.

Аннотация: Представлены результаты экспериментального исследования магнитной доменной структуры на базисной плоскости монокристаллов RFe11Ti (R=Y, Gd, Ho, Er) методом магнитно-силовой микроскопии. При комнатной температуре соединения характеризуются магнитокристаллической анизотропией типа «ось легкого намагничивания». На основе данных магнитно-силовой микроскопии определены параметры дополнительных доменов на базисной плоскости образцов. С помощью метода Боденбергера–Хуберта по данным магнитно-силовой микроскопии определены величины поверхностной плотности энергии доменных границ для всех составов: YFe11Ti – 4,05 мДж/м2 , GdFe11Ti – 5,93 мДж/м2 , HoFe11Ti – 4,97 мДж/м2 , ErFe11Ti – 2,98 мДж/м2 . Методом подсчета кубов рассчитаны значения фрактальной размерности DL полей рассеяния доменной структуры на разной высоте от поверхности (0,1 – 9 мкм). DL на поверхности шлифов имеет значения 2,62 для соединений c R = Y, Gd, Ho и 2,72 – для R=Er. Для всех образцов DL максимальна вблизи поверхности.

Аннотация: Бинарные наночастицы сплава меди и серебра представляют большой практический интерес в связи с возможностью тонкой настройки имеющихся в них физико-химических свойств посредством изменения состава, размера, формы и структуры наночастиц. Методом молекулярной динамики были изучены процессы формирования внутреннего строения наночастиц Ag-Cu диаметром от 2,0 до 8,0 нм при их кристаллизации с тремя различными темпами отвода тепловой энергии. Были найдены особенности данного процесса в зависимости от целевого химического состава наночастиц, их размера и интенсивности отвода термической энергии. Реальный внешний вид и структура изучаемых наночастиц определялись при помощи визуализаторов OVITO и xmakemol. Было показано, что в результате кристаллизации из расплава бинарных наночастиц Ag-Cu происходит захват достаточно устойчивых при комнатной температуре (300 К) метастабильных состояний, а также была проведена оценка устойчивости таких состояний после отжига при температуре 600 К.

Аннотация: В последнее десятилетие вариационные квантовые алгоритмы реализованы на современных квантовых вычислителях и успешно решают практические задачи оптимизации, квантовой химии и машинного обучения. В работе предложен новый вариационный квантовый алгоритм по схеме Монте-Карло, использующий случайный выбор генераторов унитарного преобразования с оптимизацией целевого функционала посредством алгоритма отжига или МетрополисаГастингса. Состояния квантовой системы в форме оператора плотности и ее модельный гамильтониан представлены разложениями в базисе Паули. В алгоритме зависимость состояния системы от варьируемых параметров заменена случайным выбором генератора Паули, определяющего унитарное преобразование состояния. Эффективность алгоритма отжига непосредственно связана с равновероятным выбором перехода от одного состояния к другому, поэтому в работе используется компромисный вариант равномерного распределения выборки операторов из группы SU(2)n – прямого произведения групп SU(2), где n – число кубитов в системе. Случайный выбор однокубитного оператора по мере Хаара на SU(2) выполняется в координатах Хопфа на многообразии группы (трехмерной сфере). Результаты тестирования алгоритма показывают, что он может быть эффективен для малоразмерных систем.

Аннотация: Методом G4 рассчитаны энтальпии образования (?Hf 0) для молекул CH3- (CH2)n-CH2F, где 3 ? n ? 5, CH3-(CH2)n-CHF2, где 3 ? n ? 4, CH2F-(CH2)3-CH2F, CHF2- (CH2)3-CHF2, CF3-(CH2)3-CHF2, CF3-(CH2)3-CF3, CHF2-(CH2)3-CH2F, CF3-(CH2)3-CH2F, фторзамещенных изобутана C4HmFk, где 0 ? m ? 9, k =10-m и неопентана C5HmFk, где 0 ? m ? 11, k = 12-m. Вместе с ранее вычисленными значениями ?Hf 0 для молекул фторэтанов, фторбутанов и фторпропанов они образовали обучающее множество из 180 величин. Предложена схема вычисления энтальпии образования молекул М: ?Hf 0(M)add = ??Hf 0(R) + a??Hf 0(F-F)1,2 + b??Hf 0(F-F)1,3 + c??Hf 0(F-F)1,4, где ?Hf 0(R) – вклады в энтальпию групп R (R = СH3, CH2, CH, С, CH2F, CHF2, CF3, CHF, CF2, CF), ?Hf 0(F-F)1,2, ?Hf 0(F-F)1,3, ?Hf 0(F-F)1,4 – вклады взаимодействия двух атомов фтора, связанных с атомами углерода через одну, две и три связи С-С соответственно, а a, b, c – количество фтор-фтор взаимодействий через одну, две и три связи С-С соответственно. Найдены величины всех вкладов. Сравнением показана значительно большая эффективность предложенной схемы по сравнению с простым аддитивногрупповым подходом.

Аннотация: Перспективными материалами для костной пластики являются композиты на основе гидроксиапатита и природных биополимеров. В работе методом химического осаждения из водных растворов синтезированы образцы гидроксиапатита в присутствии высокомолекулярной гиалуроновой кислоты (0,4-0,8 масс.%). Полученные порошки представлены карбонатсодержащим наногидроксиапатитом и содержат 89- 98 масс.% полисахарида. Установлена корреляция между содержанием гиалуроновой кислоты в маточном растворе и кристаллохимическими, структурноморфологическими характеристиками образцов. Выявлено, что по сравнению с образцом гидроксиапатита, в вязко-упругих средах полисахарида образуются порошки, имеющие меньший параметр а кристаллической решетки гидроксиапатита, близкий по значению к стехиометричной фазе. С увеличением содержания гиалуроновой кислоты в маточном растворе уменьшаются кристалличность, размеры кристаллитов и площадь удельной поверхности композитов, их средняя величина составляет 16 нм и 47 м2 /г. Образцы на основе наногидроксиапатита и полисахарида состоят из овальнопластинчатых агломерированных частиц. При максимальном содержании в модельном растворе гиалуроновой кислоты образуются аморфизированные плотные по структуре округлые конгломераты. Синтезированные композиты могут применяться в медицинской практике как остеокондуктивные иплантаты, а также с целью создания нанокапсулированных систем доставки лекарственных препаратов.

Аннотация: Проведено экспериментальное и теоретическое исследование температурной зависимости проводимости слоёв ZnO в сухом воздухе и парах этанола. Экспериментально установлено, что температурная зависимость проводимости носит нелинейный характер и ее вид определяется условиями эксперимента. Показано, что скорость развёртки напрямую влияет на вид температурной зависимости: при скорости развёртки 0,4°C/мин на температурной зависимости наблюдается локальный минимум проводимости в области температур 250±5°C, а при скорости 30°C/мин температурная зависимость имеет монотонный вид. Предложен механизм, описывающий влияние скорости развёртки на вид температурной зависимости, который предполагает протекание термоактивационных процессов диссоциации адсорбированных молекул кислорода с образованием на адсорбционных центрах атомарной формы кислорода. Ключевой идеей предложенного механизма является предположение о том, что атомарная форма кислорода образует более глубокие акцепторные состояния на поверхности оксида цинка, чем молекулярная форма. При высокой скорости развёртки время релаксации заполнения поверхности адсорбированными формами кислорода существенно больше времени эксперимента поэтому на поверхности слоёв оксида цинка возникают «замороженные» состояния атомарной формы адсорбированного кислорода. На основе проведенных расчетов по предложенной модели предложена методика, которая позволяет уменьшить неравновесные состояния атомарной формы адсорбированного кислорода с помощью термообработки образцов в восстанавливающих средах.

Аннотация: В работе представлены результаты исследования газочувствительности плёночных наноструктур на основе ZnO при комнатной температуре. Целью исследования являлось установление влияния влажности окружающей среды на проводимость образцов ZnO, а также на характер их отклика к парам этилового спирта в присутствии паров воды. Установлено, что слои оксида цинка имеют чувствительность к парам воды и этанола при комнатной температуре в широком диапазоне их концентраций (от 5 до 50% насыщенного пара). Обнаружено, что последовательные напуски паров воды приводят к дрейфу проводимости образцов оксида цинка в атмосфере сухого воздуха, а предварительный отжиг образцов при 400°C позволяет воспроизводить концентрационную зависимость отклика газочувствительных структур к парам воды. На концентрационной зависимости отклика к парам воды в диапазоне концентраций от 5 до 90% относительной влажности воздуха обнаружен гистерезис, который может быть обусловлен капиллярной конденсацией паров воды в мезопорах слоёв оксида цинка. Установлено, что с увеличением влажности газовой пробы, содержащей пары этанола, уменьшаются значения отклика и предел обнаружения этанола в газо-воздушной смеси образцами ZnO. Результаты проведенного статистического анализа данных методом главных компонент показали принципиальную возможность классификации сухой и влажной газовых проб, содержащих пары этанола в воздухе. Продемонстрировано, что статистическая обработка данных позволяет исключить влияние уровня фоновой влажности на калибровочную кривую отклика газочувствительных образцов оксида цинка.

Аннотация: Введение легирующих примесей является классическим способом модификации свойств материалов, в частности, сложных оксидов семейства перовскита с общей формулой АВО3. Замещаются ионы, находящиеся в позициях А и/или В. При этом валентность их может совпадать с валентностью основного иона (изовалентное замещение) или отличаться (гетеровалентное замещение). Ниобат натрия (NaNbO3) является удобной основой для создания сегнетоэлектрических твердых растворов. При легировании его свойства варьируются в широком диапазоне, позволяя создавать функциональные материалы для различных приложений. В работе проведено исследование влияния примеси висмута Bi3+ при замещении иона ниобия Nb5+ на структуру и электрофизические свойства ниобата натрия. Показано, что для таких составов характерно значительное увеличение электропроводности с ростом концентрации примеси, понижение температуры Кюри и изменение зеренной структуры. Концентрация примеси более 10 мол.% приводит к формированию вторичных фаз.

Аннотация: Рассматривается математическая модель внутреннего трения в поликристаллическом материале с наномасштабным размером зерен. Их границы содержат поры, как в тройных стыках зерен, так и между ними. Под действием переменных нормальных границе напряжений плоские участки границы являются периодически действующими источниками и стоками вакансий. Вследствие наличия этих потоков осуществляется взаимное смещение смежных зерен. В зависимости от температуры диффузионная длина вакансий меньше, либо сравнивается с расстоянием между порами. На графике зависимости внутреннего трения от температуры имеется излом между прямолинейными участками. Из положения излома можно оценить средний размер плоских участков границы. Эффективная энергия активации процесса в этих случаях зависит от температуры и различается в два раза. При температурах, когда концентрация тепловых вакансий в границе превышает геометрически необходимую величину концентрации структурных вакансий, энергия активации еще более увеличивается. Температура перехода к этому значению определяется степенью неравновесности структуры границы.

Аннотация: Изучены каталитические свойства FeSO4, нанокластерного железомолибденового полиоксометаллата {Mo72Fe30} и наноразмерного металлического серебра при жидкофазном окислении водного раствора этиленгликоля пероксидом водорода. Для определения продуктов окисления, содержащих альдегидную группу, в пробы оксидатов добавлялся о-фенилендиамин. Полиоксометаллат {Mo72Fe30} синтезировали по широко известной и используемой на практике двухстадийной методике. Коллоидный раствор серебра получали по методике, которая берет за основу метод Туркевича. По данным анализа, проведенного на лазерном анализаторе размеров частиц, основная доля частиц серебра имеет размеры около 2 нм. Анализ непрореагировавшего этиленгликоля проводили методом ГХ-ПИД. По конверсии этиленгликоля установлено, что наибольшую активность при примерно одинаковом % содержании катализатора в исходной реакционной смеси проявляет наноразмерное металлическое серебро. При этом среди продуктов окисления при добавлении о-фенилендиамина отмечено наличие соединений с альдегидной группой, время выхода которых из хроматографической колонки больше, чем у исходного этиленгликоля.

Аннотация: Исследована динамика высвобождения цисплатина и его смесей с гидроксиапатитом из биоинертных матриц на основе углеродного войлока и полиэтилена. Изменение соотношения слоев полиэтилена и углеродного войлока в матрицах оказывало влияние на объемную концентрацию введенного цисплатина и продолжительность его высвобождения. Диффузия цисплатина из образцов ограничивалась количеством слоев полиэтилена. После кристаллизации при 800°С фазовый состав гидроксиапатита-? представлен 65% гидроксиапатита и 35% ?трикальцийфосфата, а гидроксиапатит- ?? состоит из 50% гидроксиапатита, 35% ?- и 15% ? - трикальцийфосфата. Длительное высвобождение цисплатина в течение 44 суток наблюдалось в матрицах с 2-3 слоями углеродного войлока и 3-4 слоями полиэтилена и замедлялось до 58 суток при использовании смесей с гидроксиапатитом. Введение в матрицу смесей гидроксиапатит / цисплатин с различным содержанием гидроксиапатита и ?- / ?-трикальцийфосфатов замедляло высвобождение цисплатина на 14 суток и составило 58 суток за счет сорбции и/или связывания цисплатина с фосфатами кальция.

Аннотация: В настоящее время полупроводниковые газовые сенсоры представляют интерес для различных областей применения, включая промышленность, медицину и экологический мониторинг. Одной из наиболее важных задач в сенсорике является уменьшение рабочей температуры устройств. В данной работе для решения этой задачи предложено использовать наноструктуры WOx/WS2, полученные гидротермальным методом. Исследование морфологии, структуры и состава разработанных наноструктур проводилось с помощью растровой электронной микроскопии, дифракции отраженных электронов и рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии. Показано, что наноструктуры образованы 1D и 2D нанообъектами со средней длиной 200 нм и представляют собой нанокомпозиты, состоящие из оксида вольфрама WOx и дисульфида вольфрама WS2. Проведено исследование сенсорных свойств при воздействии на образцы паров изопропанола, этанола и ацетона при комнатной температуре. Продемонстрировано обратимое изменение сопротивления при появлении в атмосфере указанных газов. Дополнительно воздействие ультрафиолетового облучения в процессе измерений приводит к увеличению величины отклика и быстродействия сенсорных слоев в случае взаимодействия с парами изопропанола и этанола.

Аннотация: Мы изучаем асимптотическое поведение максимальной степени вершины в геометрической модели графа с шагом добавления ребра на основе выбора вершины. Геометрические графы являются естественными моделями, которые описывают наномасштабные системы, в то время как предпочтительное присоединение обеспечивает хорошее описание сложных сетей, в частности, различных нейронных сетей. Модель представляет собой рекурсивно построенную последовательность графов. Мы начинаем с исходного графа на одной вершине и на каждом шаге добавляем новую вершину и проводим несколько ребер. Каждой вершине соответствует параметр, характеризующий ее местоположение. Шаг рекурсии состоит из двух частей. Сначала мы вводим новую вершину и проводим ребра от нее до достаточно близких вершин. Затем мы проводим ребро между вершинами с помощью предпочтительного присоединения с выбором. В работе доказывается, что в зависимости от параметров модели максимальная степень может демонстрировать сублинейное (аналогично стандартному предпочтительному присоединению) и линейное (что представляет эффект концентрации) поведение.

Аннотация: Проанализирована эффективность записи динамических голограмм в дисперсных жидкофазных средах с высокой концентрацией наночастиц. Оптическая нелинейность среды обусловлена электрострикционными силами, действующими на частицы дисперсной фазы в градиентном световом поле. Массоперенос рассмотрен в случае надтепловых интенсивностях излучения, когда светоиндуцированное изменение концентрации наночастиц больше первоначальной и достигает насыщения. Показано, что при высоких уровнях интенсивности излучения запись динамической голограммы осуществляется в существенно нелинейном режиме, когда фазовая решетка становится несинусоидальной. При этом амплитуда первой гармоники резко возрастает с увеличением интенсивности, что позволяет добиться значительного повышения эффективности записи голограмм. Полученные результаты актуальны для динамической голографии дисперсных жидкофазных сред, а также для оптической диагностики таких сред.

Аннотация: Теоретически проанализировано надбарьерное скольжение дислокаций под действием лазерных импульсов в состаренных алюминиевых сплавах, содержащих наноразмерные дефекты (зоны Гинье-Престона). Для решения поставленной задачи использовалась теория динамического взаимодействия дефектов. Получены аналитические выражения зависимости динамического предела текучести от концентрации атомов меди и плотности дислокаций в состаренном алюминиевом сплаве. Проанализированы условия возникновения экстремумов функций, описывающих зависимость динамического предела текучести алюминиевого сплава от концентрации атомов меди и плотности дислокаций. Проведенный анализ подтверждает выводы теории динамического взаимодействия дефектов об условиях возникновения немонотонных зависимостей механических свойств металлов и сплавов от концентрации структурных дефектов. Максимум имеет место в точке, где происходит смена главного вклада в формирование спектральной щели. Минимум находится в точке, где сменяется главный вклад в динамическое торможение дислокаций. Показано, что для возникновения двух экстремумов этих зависимостей важную роль играют наноразмерные дефекты (зоны Гинье-Престона). Существование и положение экстремумов определяется конкуренцией взаимодействия движущейся дислокации с другими дислокациями ансамбля, атомами меди и зонами ГиньеПрестона. Выполнены численные оценки объёмной концентрации зон Гинье-Престона, при которой возможно существование двух экстремумов. Согласно оценкам величина концентрации зон Гинье-Престона составляет 1023-1024 м-3.

Аннотация: В водных растворах хлорида магния и дигидрофосфата натрия при мольных соотношениях Mg/Р 1,0-1,5 и величине рН 5-7 в присутствии галловой кислоты получены кристаллогидраты гидрофосфата (ньюберита – MgHPO4?3H2O) и ортофосфата (Mg3(PO4)2?22H2O) магния, которые после прогрева при 800°С переходят в пирофосфаты (Mg2P2O7). Методами рентгенофазового и термического анализов, а также ИК-спектроскопии показано, что наличие органической добавки при жидкофазном синтезе фосфатов магния не приводит к заметному изменению фазового состава продуктов реакции. Выявлено, что галловая кислота оказывает влияние на формирование структуры кристаллогидратов в зависимости от мольного соотношения Mg/Р. Установлено, что при длительном созревании осадков (в течение 6 месяцев) происходит уменьшение размеров элементарной ячейки фосфатов магния. Полученные магнийфосфатные порошки, модифицированные галловой кислотой, проявляют редокс-активность и перспективны для использования в составе биоматериалов в качестве резорбируемых компонентов с антиоксидантными свойствами.

Аннотация: В рамках полноатомного молекулярно-механического моделирования с использованием двух валентно-силовых полей: полимерного согласованного силового поля и открытой части оптимизированных молекулярных потенциалов конденсированной фазы для атомистического моделирования исследована зависимость энергии адгезии олигомерных цепей полиакрилонитрила к поверхности углеродных наночастиц, таких как нанотрубки и графен. В качестве основных параметров для расчетов выбраны: длина олигомерной цепи полиакрилонитрила, количество слоев в наночастице графена, диаметр углеродной нанотрубки, а также тип и плотность молекул модификатора на поверхности графена. Графен рассматривался как предельный случай – углеродной нанотрубки большого диаметра. В качестве модификаторов поверхности выбраны N-(2-аминоэтил)карбамоил, нитроциклогексан, бензамид и динитробифенил. Показано, что с увеличением числа слоев и диаметра углеродной нанотрубки энергия адгезии полиакрилонитрила возрастает, что позволяет рассматривать многослойные углеродные нанотрубки больших диаметров в качестве предпочтительного наполнителя для полиакрилонитрила. Полученные результаты также показывают, что поверхностный модификатор может увеличить энергию адгезии полиакрилонитрила в случае малых значений плотности прививки модификатора.