Tilda Publishing
ЖУРНАЛ
ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
ISSN 1028-978X (print)
ISSN 3033-733X (online)
ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Tilda Publishing
ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
2024, № 8, аннотации статей
ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Оптические свойства, структурная однородность и дефектные центры монокристаллов двойного легирования LiNbO3:Zn:Mg, полученных по разным технологиям

Р. А. Титов, М. В. Смирнов, Л. А. Бобрева, Н. А. Теплякова, М. Н. Палатников,
И. В. Бирюкова, С. М. Маслобоева, А. С. Крылов, А. Н. Втюрин, Н. В. Сидоров

Методами спектроскопии комбинационного рассеяния света, инфракрасной спектроскопии поглощения, фотолюминесценции, лазерной коноскопии и фотоиндуцированного рассеяния света исследованы особенности дефектной структуры номинально чистого кристалла LiNbO3стехи монокристаллов двойного легирования LiNbO3:Zn:Mg (3,45:1,41 мол. %) и LiNbO3:Zn:Mg (3,45:1,22 мол. %), полученных по технологии гомогенного и прямого легирования. Кристаллы двойного легирования LiNbO3:Zn:Mg, полученные по разным технологиям, обладают высоким сопротивлением повреждению лазерным излучением. Кристалл LiNbO3:Zn:Mg (3,45:1,22 мол. %), полученный по технологии прямого легирования, характеризуется более низкой композиционной однородностью по сравнению с кристаллом LiNbO3:Zn:Mg (3,45:1,41 мол. %), полученным по технологии гомогенного легирования. По спектрам комбинационного рассеяния света обнаружено, что особенности дефектной структуры кристаллов двойного легирования LiNbO3:Zn:Mg в большей степени определяет примесь магния. Обнаруженный факт может быть причиной преобладания влияния упорядочивающего механизма катионов магния (~ 1,22 – 1,44 мол. %) над влиянием разупорядочивающего механизма катионов цинка (~ 3,45 мол. %) на особенности структурных единиц катионной подрешетки. Наименьшее значение концентрации ОН-групп и интенсивности фотолюминесценции в ближней ИК области характерно для кристалла LiNbO3:Zn:Mg (3,45:1,41 мол. %), полученного по технологии гомогенного легирования.

Ключевые слова: кристалл ниобата лития, двойное легирование, OH-группы, центры люминесценции, точечные и комплексные дефекты, спектроскопия КРС, лазерная коноскопия, фотоиндуцированное рассеяние света

DOI: 10.30791/1028-978X-2024-8-5-22
Титов Роман Алексеевич — Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И.В. Тананаева — обособленное подразделение федерального государственного бюджетного учреждения науки Федерального исследовательского центра “Кольский научный центр Российской академии наук” (184209 Апатиты, Мурманская обл., ул. Академгородок, 26а), кандидат технических наук, младший научный сотрудник, специалист в области физического материаловедения кристаллов. E-mail: r.titov@ksc.ru.
Смирнов Максим Владимирович — Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И.В. Тананаева — обособленное подразделение федерального государственного бюджетного учреждения науки Федерального исследовательского центра “Кольский научный центр Российской академии наук” (184209 Апатиты, Мурманская обл., ул. Академгородок, 26а), кандидат физико-математических наук, младший научный сотрудник, специалист в области фотолюминесценции. E-mail: m.smirnov@ksc.ru.
Бобрева Любовь Александровна — Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И.В. Тананаева — обособленное подразделение федерального государственного бюджетного учреждения науки Федерального исследовательского центра “Кольский научный центр Российской академии наук” (184209 Апатиты, Мурманская обл., ул. Академгородок, 26а), кандидат технических наук, научный сотрудник, специалист в области физического материаловедения кристаллов. E-mail: l.bobreva@ksc.ru.
Теплякова Наталья Александровна — Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И.В. Тананаева — обособленное подразделение федерального государственного бюджетного учреждения науки Федерального исследовательского центра “Кольский научный центр Российской академии наук” (184209 Апатиты, Мурманская обл., ул. Академгородок, д. 26а), кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник, специалист в области колебательной спектроскопии, лазерной коноскопии, фотоиндуцированного рассеяния света. E-mail: n.tepliakova@ksc.ru.
Палатников Михаил Николаевич — Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И.В. Тананаева — обособленное подразделение федерального государственного бюджетного учреждения науки Федерального исследовательского центра “Кольский научный центр Российской академии наук” (184209 Апатиты, Мурманская обл., ул. Академгородок, 26а), доктор технических наук, главный научный сотрудник, заведующий лабораторией, специалист в области материаловедения, оптических и пьезооптических материалов. E-mail: m.palatnikov@ksc.ru.
Бирюкова Ирина Викторовна — Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И.В. Тананаева — обособленное подразделение федерального государственного бюджетного учреждения науки Федерального исследовательского центра “Кольский научный центр Российской академии наук” (184209 Апатиты, Мурманская обл., ул. Академгородок, 26а), кандидат технических наук, старший научный сотрудник, специалист в области материаловедения. E-mail: m.palatnikov@ksc.ru.
Маслобоева Софья Михайловна — Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И.В. Тананаева — обособленное подразделение федерального государственного бюджетного учреждения науки Федерального исследовательского центра “Кольский научный центр Российской академии наук” (184209 Апатиты, Мурманская обл., ул. Академгородок, 26а), кандидат технических наук, ведущий научный сотрудник, специалист в области экстракции. E-mail: s.masloboeva@ksc.ru.
Крылов Александр Сергеевич — Институт физики им. Л.В. Киренского Сибирского отделения Российской академии наук — обособленное подразделение Федерального государственного бюджетного научного учреждения “Федеральный исследовательский центр “Красноярский научный центр Сибирского отделения Российской академии наук” (660036 Красноярск, ул. Академгородок, 50, стр. 38), кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник, специалист в области спектроскопии КРС сегнетоэлектрических кристаллов, а также спектроскопии КРС пьезокристаллов, модулированных акустическими волнами. E-mail: shusy@iph.krasn.ru.
Втюрин Александр Николаевич — Институт физики им. Л.В. Киренского Сибирского отделения Российской академии наук — обособленное подразделение Федерального государственного бюджетного научного учреждения “Федеральный исследовательский центр “Красноярский научный центр Сибирского отделения Российской академии наук” (660036 Красноярск, ул. Академгородок, 50, стр. 38); Сибирский федеральный университет (660041 Красноярск, ул. Киренского 28), доктор физико-математических наук, профессор, главный научный сотрудник, специалист в области экспериментальных исследований оптических и спектральных свойств диэлектрических кристаллов, в частности спектроскопии комбинационного рассеяния и нелинейной оптики несоразмерных, молекулярных, сегнетоэлектрических и неупорядоченных систем. E-mail: vtyurin@iph.krasn.ru.
Сидоров Николай Васильевич — Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И.В. Тананаева — обособленное подразделение федерального государственного бюджетного учреждения науки Федерального исследовательского центра “Кольский научный центр Российской академии наук” (184209 Апатиты, Мурманская обл., ул. Академгородок, 26а), доктор физико-математических наук, профессор, главный научный сотрудник, заведующий сектором, специалист в области колебательной спектроскопии. E-mail: n.sidorov@ksc.ru.
Ссылка на статью:
Титов Р.А., Смирнов М.В., Бобрева Л.А., Теплякова Н.А., Палатников М.Н., Бирюкова И.В., Маслобоева С.М., Крылов А.С., Втюрин А.Н., Сидоров Н.В. Оптические свойства, структурная однородность и дефектные центры монокристаллов двойного легирования LiNbO3:Zn:Mg, полученных по разным технологиям. Перспективные материалы, 2024, № 8, c. 5 – 22. DOI: 10.30791/1028-978X-2024-8-5-22
Литература содержит 60 ссылок.

См. подробнее о статье на сайте e-library
Литература/References
к статье Титов Р.А., Смирнов М.В., Бобрева Л.А., Теплякова Н.А., Палатников М.Н., Бирюкова И.В., Маслобоева С.М., Крылов А.С., Втюрин А.Н., Сидоров Н.В. Оптические свойства, структурная однородность и дефектные центры монокристаллов двойного легирования LiNbO3:Zn:Mg, полученных по разным технологиям. Перспективные материалы, 2024, № 8, c. 5 – 22. DOI: 10.30791/1028-978X-2024-8-5-22
1. Kovacs L., Corradi G. New trends in lithium niobate: from bulk to nanocrystals. Crystals, 2021, v. 11, no. 11, art. 1356.
2. Qi Y., Li Y. Integrated lithium niobate photonics. Nanophotonics, 2020, v. 9, no. 6, pp. 1287 – 1320.
3. Schlarb U., Betzler K. Refractive indices of lithium niobates as a function of temperature, wavelength, and composition: a generalized fit. Physical Review B, 1993, v. 48, no. 21, pp. 15613 – 15620.
4. Fischer C., Wöhlecke M., Volk T., Rubinina N. Influence of the damage resistant impurities Zn and Mg on the UV-excited luminescence in LiNbO3. Physica Status Solidi (a), 1993, v. 137, no. 1, pp. 247 – 255.
5. Маслобоева С.М., Палатников М.Н., Арутюнян Л.Г., Иваненко Д.В. Методы получения легированной шихты ниобата лития для выращивания моно­крис­таллов. Известия СПбГТИ (ТУ), 2017, № 38(64), c. 34 – 43. / Masloboeva S.M., Palatnikov M.N., Arutyunyan L.G., Ivanenko D.V. Metody polucheniya legirovannoj shihty niobata litiya dlya vyrashchivaniya monokristallov [Methods for obtaining an alloyed charge of lithium niobate for growing single crystals]. Izvestiya SPbGTI (TU) [Bulletin of the Saint Petersburg State Institute of Technology (Technical University)], 2017, № 38(64), pp. 34 – 43. (In Russ.).
6. Бирюкова И.В., Маслобоева С.М., Ефремов И.Н., Теплякова Н.А., Палатников М.Н. Получение и исследование монокристаллов ниобата лития, легированных 4.02-5.38 мол. % Zn. Неорганические материалы, 2023, т. 59, № 2, c. 169 – 175. / Biryukova I.V., Masloboeva S.M., Efremov I.N., Teplyakova N.A., Palatnikov M.N. Preparation and Characterization of Lithium Niobate Single Crystals Doped with 4.02–5.38 mol % Zn. Inorganic Materials, 2023, v. 59, no. 2, pp. 164 – 170.
7. Frejlich J., Ivan de Oliveira, Arizmendi L., Carrascosa M. Fixed holograms in iron-doped lithium niobate: simultaneous self-stabilized recording and compensation. Applied Optics, 2007, v. 46, no. 2, pp. 227 – 233.
8. Kling A., Marques J.G. Unveiling the defect structure of lithium niobate with nuclear methods. Crystals, 2021, v. 11, no. 5, art. 501.
9. Сидоров Н.В., Волк Т.Р., Маврин Б.Н., Калинников В.Т. Ниобат лития: дефекты, фото­рефракция, колебательный спектр, поляритоны. М.: Наука, 2003, 255 с. / Sidorov N.V., Volk T.R., Mavrin B.N., Kalinnikov V.T. Niobat litiya: defekty, fotorefrakciya, kolebatel’nyj spektr, polyaritony [Lithium niobate: defects, photorefraction, vibrational spectrum, polaritons]. Moscow, Nauka Publ., 2003, 255 p. (In Russ.).
10. Volk T., Wöhlecke M. Lithium niobate. Defects, photorefraction and ferroelectric switching. Berlin: Springer, 2008, 250 p.
11. Lengyel K., Péter A., Kovács L., Corradi G., Pálfalvi L., Hebling J., Unferdorben M., Dravecz G., Hajdara I., Szaller Z., Polgár K. Growth, defect structure, and THz application of stoichiometric lithium niobate. Applied Physics Reviews, 2015, v. 2, no. 4, art. 040601.
12. Polgar K., Peter A., Kovacs L., Corradi G., Szaller Z. Growth of stoichiometric LiNbO3 single crystals by top seeded solution growth method. Journal of Crystal Growth, 1997, v. 177, no. 3-4, pp. 211 – 216.
13. Сидоров Н.В., Палатников М.Н., Теплякова Н.А., Бирюкова И.В., Титов Р.А., Макарова О.В., Маслобоева С.М. Монокристаллы ниобата и танталата лития разного состава и генезиса. М.: РАН, 2022, 288 с. / Sidorov N.V., Palatnikov M.N., Teplyakova N.A., Biryukova I.V., Titov R.A., Makarova O.V., Masloboeva S.M. Monokristally niobata i tantalata litiya raznogo sostava i genezisa [Single crystals of lithium niobate and tantalate of different composition and genesis]. Moscow, RAN Publ, 2022, 288 p. (In Russ.).
14. Titov R., Kadetova A., Tokko O., Sidorov N., Palatnikov M., Teplyakova N., Masloboeva S., Biryukova I., Efremov I., Manukovskaya D. Influence of doping technology on the stoichiometry and features of the localization of B3+ cations in LiNbO3:B single crystals. Crystals, 2023, v. 13, no. 8, art. 1245.
15. Kemlin V., Jegouso D., Debray J., Boursier E., Segonds P., Boulanger B., Ishizuki H., Taira T., Mennerat G., Melkonian J., Godard A. Dual-wavelength source from 5%MgO:PPLN cylinders for the characterization of nonlinear infrared crystals. Optics Express, 2013, v. 21, no. 23, pp. 28886 – 28891.
16. Murray R.T., Runcorn T.H., Guha S., Taylor J.R. High average power parametric wavelength conversion at 3.31–3.48 μm in MgO:PPLN. Optics Express, 2017, v. 25, no. 6, pp. 6421 – 6430.
17. Gopalan V., Mitchell T.E., Furukawa Y., Kitamura K. The role of nonstoichiometry in 180o domain switching of LiNbO3 crystals. Applied Physics Letters, 1998, v. 72, no. 16, pp. 1981 – 1983.
18. Chen Y., Yan W., Guo J., Chen S., Zhang G., Xia Z. Effect of Mg concentration on the domain reversal of Mg-doped LiNbO3. Applied Physics Letters, 2005, v. 87, no. 21, art. 212904.
19. Kumaragurubaran S., Takekawa S., Nakamura M., Ganesamoorthy S., Terabe K., Kitamura K. Domain inversion and optical damage in Zn doped near-stoichiometric lithium niobate crystal. Conference on Lasers and Electro-Optics. Baltimore, Maryland, United States, 22-27 May 2005, Baltimore, Optica Publishing Group, 2005, pp. 393 – 395.
20. Шур В.Я., Румянцев Е.Л., Бачко Р.Г., Миллер Г.Д., Фейер М.М., Байер Р.Л. Кинетика доменов при создании периодической доменной структуры в ниобате лития. Физика твёрдого тела, 1999, т. 41, № 10, c. 1831 – 1837. / Shur V.YA., Runyantsev E.L., Batchko R.G., Miller G.D., Fejer M.M., Byer R.L. Domain kinetics in the formation of a periodic domain structure in lithium niobate. Physics of the Solid State, 1999, v. 41, no. 10, pp. 1681 – 1687.
21. Палатников М.Н., Сидоров Н.В., Макарова О.В., Бирюкова И.В. Фундаментальные аспекты техно­логии сильно легированных кристаллов ниобата лития: монография. Апатиты: КНЦ РАН, 2017, 241 с. / Palatnikov M.N., Sidorov N.V., Makarova O.V., Biryukova I.V. Fundamental’nye aspekty tekhnologii sil’no legirovannyh kristallov niobata litiya: monografiya [Fundamental aspects of the technology of highly doped lithium niobate crystals: monograph]. Apatity, KNC RAN Publ., 2017, 241 p. (In Russ.).
22. Kasemir K., Betzler K., Matzas B., Tiegel B., Wahlbrink T., Wöhlecke M., Gather B., Rubinina N., Volk T. Influence of Zn/In codoping on the optical properties of lithium niobate. Journal of Applied Physics, 1998, v. 84, no. 9, pp. 5191 – 5193.
23. Guanfeng Xu, Jianbin Zhu, Bing Xiao, Xiaolong Yang, Xiu Wang. Investigation of the second-harmonic generation in LiNbO3:Zn+Mg single crystals. Crystal Research and Technology, 1996, v. 31, no. 2, pp. K20 – K23.
24. Xiaolong Yang, Guanfeng Xu, Heping Li, Jianguo Zhu, Xiu Wang. Optical absorption edge of Mg+Zn:LiNbO3. Crystal Research and Technology, 1996, v. 31, no. 4, pp. 521 – 527.
25. Маслобоева С.М., Бирюкова И.В., Палатников М.Н., Теплякова Н.А. Получение и исследование кристаллов ниобата лития, легированных магнием и цинком. Журнал неорганической химии, 2020, т. 65, № 6, c. 856 – 864. / Masloboeva S.M., Biryukova I.V., Palatnikov M.N., Teplyakova N.A. Magnesium-and-zinc-doped lithium niobate crystals: preparation and characterization. Russian Journal of Inorganic Chemistry, 2020, v. 65, no. 6, pp. 924 – 931. (In Russ.).
26. Кадетова А.В., Палатников М.Н., Токко О.В., Прусский А.И. Расчет нелинейно-оптических харак­теристик кристаллов LiNbO3:Zn:Mg, полученных по технологиям прямого и гомогенного легирования. Труды Кольского научного центра РАН. Серия: Технические науки, 2023, т. 14, № 3, c. 164 – 169. / Kadetova A.V., Palatnikov M.N., Tokko O.V., Prusskij A.I. Raschet nelinejno-opticheskih harak­teristik kristallov LiNbO3:Zn:Mg, poluchennyh po tekhnologiyam pryamogo i gomogennogo legirovaniya [Calculation of nonlinear optical characteristics of LiNbO3:Zn:Mg crystals obtained by direct and homogeneous doping technologies]. Trudy Kol’skogo nauchnogo centra RAN. Seriya: Tekhnicheskie nauki [Proceedings of the Kola Scientific Center of the Russian Academy of Sciences. Series: Technical Sciences], 2023, v. 14, no. 3, pp. 164 – 169. (In Russ.).
27. Klauer S., Wöhlecke M., Kapphan S. Influence of H-D isotopic substitution on the photonic conductivity of LiNbO3. Physical Review B, 1992, v. 45, no. 6, pp. 2786 – 2799.
28. Сидоров Н.В., Пикуль О.Ю., Теплякова Н.А., Палатников М.Н. Лазерная коноскопия и фотоиндуцированное рассеяние света в исследованиях свойств нелинейно-оптического кристалла ниобата лития. М.: РАН, 2019, 350 с. / Sidorov N.V., Pikul O.Yu., Teplyakova N.A., Palatnikov M.N. Lazernaya konoskopiya i fotoinducirovannoe rasseyanie sveta v issledovaniyah svojstv nelinejno-opticheskogo kristalla niobata litiya [Laser conoscopy and photoinduced light scattering in studies of the properties of a nonlinear optical lithium niobate crystal]. Moscow, RAN Publ., 2019, 350 p. (In Russ.).
29. Sanna S., Neufeld S., Rusing M., Berth G., Zrenner A., Schmidt W.G. Raman scattering efficiency in LiTaO3 and LiNbO3 crystals. Physical Review B, 2015, v. 91, no. 22, art. 224302.
30. Fontana M.D., Bourson P. Microstructure and defects probed by Raman spectroscopy in lithium niobate crystals and devices. Journal of Applied Physics Reviews, 2015, v. 2, art. 040602.
31. Caciuc V., Postnikov A.V., Borstel G. Ab initio structure and zone-center phonons in LiNbO3. Physical Review B, 2000, v. 61, no. 13, pp. 8806 – 8813.
32. Sidorov N.V., Palatnikov M.N., Teplyakova N.A., Yanichev A.A., Titov R.A. Structure disorder and photorefractive properties of LiNbO3:Zn and LiNbO3:B crystals. New York: Springer International Publishing, 2017, pp. 191 – 203.
33. Сидоров Н.В., Теплякова Н.А., Палатников М.Н., Бобрева Л.А. Исследование структурных перестроек водородных связей в кристаллах LiNbO3:Mg вблизи пороговой концентрации магния. Журнал прикладной спектроскопии, 2017, т. 84, № 4, pp. 521 – 526. / Sidorov N.V., Teplyakova N.A., Palatnikov M.N., Bobreva L.А. Investigation of structural re-ordering of hydrogen bonds in LiNbO3:Mg crystals around the threshold concentration of magnesium. Journal of Applied Spectroscopy, 2017, v. 84, no. 4, pp. 549 – 554.
34. Сидоров Н.В., Маврин Б.Н., Чуфырев П.Г., Палатников М.Н. Фононные спектры монокрис­таллов ниобата лития. Апатиты: Изд-во Кольского научного центра РАН, 2012, 213 с. / Sidorov N.V., Mavrin B.N., Chufyrev P.G., Palatnikov M.N. Fononnye spektry monokristallov niobata litiya [Phonon spectra of lithium niobate single crystals]. Apatity, Izd-vo Kol’skogo nauchnogo centra RAN Publ., 2012, 213 p. (In Russ.).
35. Сидоров Н.В., Габаин А.А., Яничев А.А., Ефремов И.Н., Бирюкова И.В., Палатников М.Н. Спектры комбинационного рассеяния света крис­тал­лов LiNbO3:Zn(4.5), LiNbO3:Mg:Fe(5.01, 0.005), LiNbO3:Mg(5.1), LiNbO3:Mg(5.3 мол. %). Оптика и спектроскопия, 2015, т. 118, № 2, c. 283 – 291. / Sidorov N.V., Gabain A.A., Yanichev A.A., Efremov I.N., Biryukova I.V., Palatnikov M.N. Raman spectra of crystals LiNbO3:Zn(4.5), LiNbO3:Mg:Fe(5.01, 0.005), LiNbO3:Mg(5.1), and LiNbO3:Mg(5.3 mol %). Optics and Spectroscopy, 2015, v. 118, no. 2, pp. 269 – 276.
36. Kaminov I.P., Johnston W.D. Quantitative determination of sources of the electro-optic effect in LiNbO3 and LiTaO3. Physical Review, 1967, v. 160, no. 3, pp. 519 – 524.
37. Ridah A., Bourson B., Fontana M.D., Malovichko G. The composition dependence of the Raman spectrum and new assignment of the phonons in LiNbO3. Journal of Physics: Condensed Matter, 1997, v. 9, no. 44, pp. 9687 – 9693.
38. Shannon R.D. Revised effective ionic radii and systematic studies of interatomic distances in halides and chalcogenides. Acta Crystallographica, Section A, 1976, v. 32, no. 5, pp. 751 – 767.
39. Tsai P.-C., Lu H.-F., Chang P.-J., Chia C.-T., Liu H.-L., Lin S.-H., Hu M.-L. OH- Absorption of Zn-Doped LiNbO3 Single crystals after proton exchange. Japanese Journal of Applied Physics, 2007, v. 46, no. 10, pp. 7159 – 7162.
40. Salloum M.Y., Grunsky O.S., Manshina A.A., Tveryanovich A.S., Tveryanovich Yu.S. Investigation of lithium niobate composition by optical spectroscopy methods. Russian Chemical Bulletin, International Edition, 2009, v. 58, no. 11, pp. 2228 – 2232.
41. Kovacs L., Wohlecke M., Jovanovic A., Polgar K., Kapphan S. Infrared absorption study of the OH vibrational band in LiNbO3 crystals. Journal of Physics and Chemistry of Solids, 1991, v. 52, no. 6, pp. 797 – 803.
42. Abrahams S.C., Reddy J.M., Bernstein J.L. Ferroelectric lithium niobate. 3. Single crystal X-ray diffraction study at 24 oC. Journal of Physics and Chemistry of Solids, 1966, v. 27, pp. 997 – 1012.
43. Кузьминов Ю.С. Электрооптический и нелинейно-оптический кристалл ниобата лития. М.: Наука, 1987, 262 с. / Kuzminov Yu.S. Elektroopticheskij i nelinejno-opticheskij kristall niobata litiya [Electro-optical and nonlinear optical lithium niobate crystal]. Moscow, Nauka Publ, 1987, 262 p. (In Russ.).
44. Iyi N., Kitamura K., Izumi F., Yamamoto J.K., Hayashi T., Asano H., Kimura S. Comparative study of defect structures in lithium niobate with different compositions. Journal of Solid State Chemistry, 1992, v. 101, pp. 340 – 352.
45. Zotov N., Boysen H., Frey F., Metzger T., Born E. Cation substitution models of congruent LiNbO3 investigated by X-ray and neutron powder diffraction. Journal of Physics and Chemistry of Solids, 1994, v. 55, no. 2, pp. 145 – 152.
46. Cabrera J.M., Olivares J., Carrascosa M., Rams J., Muller R. and Dieguez E. Hydrogen in lithium niobate. Advances in Physics, 1996, v. 45, no. 5, pp. 349 – 392.
47. Сидоров Н.В., Бобрева Л.А., Теплякова Н.А., Палатников М.Н., Макарова О.В. Оптические аномалии в кристаллах LiNbO3:Mg. Оптика и спектроскопия, 2019, т. 127, № 3, c. 460 – 467. / Sidorov N.V., Bobreva L.A., Teplyakova N.A., Palatnikov M.N., Makarova O.V. Optical anomalies in LiNbO3:Mg crystals. Optics and Spectroscopy, 2019, v. 127, no. 3, pp. 514 – 521.
48. Reichenbach P., Kampfe T., Haussmann A., Thiessen A., Woike T., Steudtner R., Kocsor L., Szaller Z., Kovacs L., Eng L.M. Polaron-mediated luminescence in lithium tantalate and its domain contrast. Crystals, 2018, v. 8, pp. 214 – 262.
49. Harhira A., Guilbert L., Bourson P., Zhang Y., Rinnert H. Temperature dependence of polaron photoluminescence in congruent lithium niobate. Ferroelectrics, 2006, v. 341, no. 1, pp. 137 – 141.
50. Kostritskii S.M., Sevostyanov O.G., Bourson P., Aillerie M., Fontana M.D., Kip D. Comparative study of composition dependences of photorefractive and related effects in LiNbO3 and LiTaO3 crystals. Ferroelectrics, 2007, v. 352, no. 1, pp. 61 – 71.
51. Kampfe T., Haussmann A., Eng L.M., Reichenbach P., Thiessen A., Woike T., Steudtner R. Time-resolved photoluminescence spectroscopy of NbNb4+ and O- polarons in LiNbO3 single crystals. Physical Review B, 2016, v. 93, no. 17, art. 174116.
52. Eglitis R.I., Kotomin E.A., Borstel G., Kapphan S.E., Vikhnin V.S. Semi-empirical calculations of the electronic and atomic structure of polarons and excitons in ABO3 perovskite crystals. Computational Materials Science, 2003, v. 27, pp. 81 – 86.
53. Vikhnin V., Eden S., Aulich M., Kapphan S. The origin of the red luminescence in incipient ferroelectric KTaO3. Solid State Communications, 2000, v. 113, pp. 455 – 460.
54. Blasse G., De Haart L.G.J. The nature of the luminescence of niobates MNbO3 (M=Li, Na, K). Materials Chemistry and Physics, 1986, v. 14, no. 5, pp. 481 – 484.
55. Kostritskii S.M., Aillerie M., Margueron S., Bourson P. Gated luminescence in as-grown and reduced undoped LiNbO3 crystals. Journal of Physics: Conference Series, 2013, v. 416, art. 012033.
56. Han T.P.J., Jaque F., Bermudez V., Dieguez E. Luminescence of the Cr3+ R-lines in pure and MgO co-doped near stoichiometric LiNbO3:Cr crystals. Chemical Physics Letters, 2003, v. 369, no. 5–6, pp. 519 – 524.
57. Галуцкий В.В., Строганова Е.В., Яковенко Н.А. Спектральное разделение оптических центров Cr3+ в стехиометрических кристаллах ниобата лития с магнием. Оптика и спектроскопия, 2011, т. 110, № 3, c. 436 – 442. / Galutskii V.V., Stroganova E.V., Yakovenko N.A. Spectral separation of Cr3+ optical centers in stoichiometric magnesium-doped lithium niobate crystals. Optics and Spectroscopy, 2011, v. 110, no. 3, pp. 401 – 407.
58. Abdi F., Aillerie M., Fontana M., Bourson P., Volk T., Maximov B., Sulyanov S., Rubinina N., Wöhlecke M. Influence of Zn doping on electrooptical properties and structure parameters of lithium niobate crystals. Applied Physics B, 1999, v. 68, pp. 795 – 799.
59. Iyi N., Kitamura K., Yajima Y., Kimura S. Defect structure model of MgO-doped LiNbO3. Journal of Solid State Chemistry, 1995, v. 118, pp. 148 – 152.
60. Смирнов М.В., Сидоров Н.В., Палатников М.Н. Люминесцентные свойства нестехиометрических кристаллов ниобата лития различного состава и генезиса (обзор). Оптика и спектроскопия, 2022, т. 130, № 1, c. 171 – 183. / Smirnov M.V., Sidorov N.V., Palatnikov M.N. Luminescence properties of non-stoichiometric lithium niobate crystals of various composition and genesis (review). Optics and Spectroscopy, 2022, v. 130, no. 1, pp. 160 – 172.
ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Исследование композиционного анода на основе олова в гель-полимерном электролите

М. С. Липкин, Ю. В. Верди, О. Ю. Резникова, А. Ю. Доманюк, Е. В. Корбова,
А. В. Емелин, В. М. Липкин, А. В. Семенкова

Исследовано циклирование композиционного электрода олово-ультрадисперсный порошок олова в гель-полимерном электролите на основе поливинилидендифторида (polyvinylidene fluoride — PVDF). Показано, что катодное внедрение лития в композиционный электрод олово – ультрадисперсный порошок олова из гель-полимерного электролита на основе PVDF, сопровождается разупорядочением исходной структуры, что снижает затруднения последующей интеркаляции и приводит к увеличению коэффициента диффузии лития от 10–14 до 10–10 см2/с с увеличением стехиометрии интеркалата. Удельная емкость электрода с гель-полимерным электролитом составляет 500 – 700 (мА·ч)/г на первых 10 циклах и падает до 110 (мА·ч)/г после 100 циклов. Устойчивость макроструктуры электрода при циклировании связана с дополнительным связывающим действием гель-полимерной пленки. Спад удельной емкости при циклировании происходит из-за разрыва гель-полимерной пленки и выключения части поверхности электрода из процесса циклирования. Для предотвращения данного явления необходим поиск составов гель-полимерных электролитов с повышенной механической устойчивостью.

Ключевые слова: литий-ионные аккумуляторы, ультрадисперсные порошки, олово, гель-полимерный электролит, удельная емкость, коэффициент диффузии.

DOI: 10.30791/1028-978X-2024-8-23-30
Липкин Михаил Семенович — Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) имени М.И. Платова (346422 Новочеркасск, ул. Просвещения, 132), доктор технических наук, доцент, заведующий кафедрой, специалист в области литий-ионных аккумуляторов и гальванотехники. E-mail: lipkin@yandex.ru.
Верди Юлия Владимировна — Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) имени М.И. Платова (346422 Новочеркасск, ул. Просвещения, 132), соискатель, специалист в области органического синтеза. E-mail: npi-ifvs@yandex.ru.
Резникова Оксана Юрьевна — Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) имени М.И. Платова (346422 Новочеркасск, ул. Просвещения, 132), соискатель, специалист в области гальванотехники и технологии получения порошков.
Доманюк Анастасия Юрьевна — Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) имени М.И. Платова (346422 Новочеркасск, ул. Просвещения, 132), магистрант, специалист в области гальванотехники и технологии получения порошков.
Корбова Екатерина Вадимовна — Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) имени М.И. Платова (346422 Новочеркасск, ул. Просвещения, 132), аспирант, специалист в области гальванотехники и технологии получения порошков.
Емелин Алексей Викторович — Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) имени М.И. Платова (346422 Новочеркасск, ул. Просвещения, 132), аспирант, специалист в области технологии электродных материалов. E-mail: ales.emelin93@gmail.com.
Липкин Валерий Михайлович — ООО “Рэнера-Энертек” (115409 Москва, Каширское шоссе, 49), кандидат технических наук, руководитель направления – руководитель испытательной группы, специалист в области методов исследования электрохимических систем.
Семенкова Анастасия Вадимовна — ОАО “Энергия” (399775 Елец, пос. Электрик, 1), руководитель лабораторно-учебного центра, специалист в области технологии литий-ионных аккумуляторов.
Ссылка на статью:
Липкин М.С., Верди Ю.В., Резникова О.Ю., Доманюк А.Ю., Корбова Е.В., Емелин А.В., Липкин В.М., Семенкова А.В. Исследование композиционного анода на основе олова в гель-полимерном электролите. Перспективные материалы, 2024, № 8, c. 23 – 30. DOI: 10.30791/1028-978X-2024-8-23-30
Литература содержит 20 ссылок.

См. подробнее о статье на сайте e-library
Литература/References
к статье Липкин М.С., Верди Ю.В., Резникова О.Ю., Доманюк А.Ю., Корбова Е.В., Емелин А.В., Липкин В.М., Семенкова А.В. Исследование композиционного анода на основе олова в гель-полимерном электролите. Перспективные материалы, 2024, № 8, c. 23 – 30. DOI: 10.30791/1028-978X-2024-8-23-30
1. Кулова Т.Л., Скундин А.М. Проблемы развития литий-ионных аккумуляторов в мире и России. Электрохимическая энергетика, 2023, т. 23, № 3, c. 111 – 120. https://doi.org/10.18500/ 1608-4039-2023-23-3-111-120, EDN: LQUIWI / Kulova T.L., Skundin A.M. Problemy razvitiya litij-ionnyh akkumulyatorov v mire i Rossii [Problems of development of lithium-ion batteries in the world and Russia]. Elektrohimicheskaya energetika [Electrochemical Energy], 2023, v. 23, no. 3, pp. 111 – 120. https://doi.org/10.18500/ 1608-4039-2023-23-3-111-120, EDN: LQUIWI. (In Russ.).
2. Ярмоленко О.В., Юдина А.В., Игнатова А.А. Современное состояние и перспективы развития жидких электролитных систем для литий – ионных аккумуляторов. Электрохимическая энергетика, 2016, т. 16, № 4, с. 155 – 195. / Yarmolenko O.V., Yudina A.V., Ignatova A.A. Sovremennoe sostoyanie i perspektivy razvitiya zhidkih elektrolitnyh system dlya litij – ionnyh akkumulyatorov [Current state and prospects of development of liquid electrolyte systems for lithium–ion batteries]. Elektrohimicheskaya energetika [Electrochemical energy], 2016, v. 16, no. 4, pp. 155 – 195. (In Russ.).
3. Voloshin V.A., Lipkin V.M., Korbova E.V. Anode materials for lithium-ion batteries based on galvanic and composite coatings. Scientific research of the SCO countries: synergy and integration: Participants’ reports in English International Conference, December 30, 2021, Beijing, PRC. Minzu University of China, Beijung, China, pp. 199 – 206.
4. Jun Wang, Delf Kober, Gaofeng Shao, Jan Dirk Epping, Oliver Görke, Shuang Li, Aleksander Gurlo, Maged F. Bekheet. Stable anodes for lithium–ion batteries based on tin-containing siliconoxycarbonitride ceramic nanocomposites. Materials Today Energy, 2022, v. 26, art. 100989. https://doi.org/10.1016/j.mtener.2022.100989
5. Морачевский А.Г. Термодинамические свойства и электрохимические исследования сплавов системы литий-олово (обзор). Журнал прикладной химии, 2015, т. 88, № 7, с. 993 – 1012. / Morachevskiy A.G. Thermodynamic properties and electrochemical studies of lithium-tin alloys. Russian Journal of Applied Chemistry, 2015, v. 88, no. 7, pp. 1087 – 1105. doi:10.1134/s1070427215070010.
6. Reddy B.S., Lee Tae-Hui, Reddy N.S., Ahn Hyo-Jun, Ahn Jou-Hyeon, Cho Kwon-Koo. Nano tin encapsulated in copper grooves as an anode for high-performance lithium-ion batteries. Journal of Alloys and Compounds, 2022, v. 918, art. 165578. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2022.165578
7. Ярославцев А.Б., Кулова Т.Л., Скундин А.М. Электродные наноматериалы для литий-ионных аккумуляторов. Успехи химии, 2015, т. 84, № 8, с. 826 – 852. / Yaroslavtsev A.B., Kulova T.L., Skundin A.M. Electrode nanomaterials for lithium-ion batteries. Russian Chemical Reviews, 2015, v. 84, № 8, pp. 826 – 852. (In Russ.).
8. Попович А.А., Новиков П.А., Максимов М.Ю., Силин А.О. Способ получения тонкопленочного анода. Патент РФ № 2622905. Заявл. 07.07.2016. Опубл. 21.06.2017. / Popovich A.A., Novikov P.A., Maksimov M.Yu., Silin A.O. Sposob polucheniya tonkoplenochnogo anoda [Method of thin film anode production]. Patent of RF no. 2622905. Declared 07.07.2016. Publ. 21.06.2017. (In Russ.).
9. Поворознюк С.Н., Несов С.Н., Корусенко П.М., Болотов В.В. Способ формирования контактной поверхности анода литий-ионных аккумуляторов. Патент РФ № 2739574. Заявл. 13.05.2020. Опубл. 28.12.2020. / Povoroznyuk S.N., Nesov S.N., Korusenko P.M., Bolotov V.V. Sposob formirovaniya kontaktnoj poverhnosti anoda litij-ionnyh akkumulyatorov [Method of forming the contact surface of the anode of lithium-ion batteries]. Patent of RF no. 2739574. Declared 13.05.2020. Publ. 28.12.2020. (In Russ.).
10. Липкин М.С., Ялюшев Н.И., Липкин В.М., и др. Исследование обратимости электролитического порошка олова, полученного из ионной жидкости. Перспективные материалы, 2020, № 11, с. 52 – 58. / Lipkin M.S., Yalyushev N.I., Lipkin V.M., et al. Studies on the reversibility of electrolytic tin powder obtained from an ionic liquid. Inorganic Materials: Applied Research, 2021, v. 12, no. 2, pp. 504 – 508. DOI: 10.1134/S2075113321020337
11. Корбова Е.В., Липкин В.М., Липкин М.С., Волошин В.А. Применение композиционных покрытий олово-порошок олова в качестве анодов литий-ионных аккумуляторов. Известия высших учебных заведений. Северо-Кавказский регион. Технические науки, 2022, no. 4, c. 70 – 76. / Korbova E.V., Lipkin V.M., Lipkin M.S., Voloshin V.A. Primenenie kompozicionnyh pokrytij olovo – poroshok olova v kachestve anodov litij-ionnyh akkumulyatorov [Application of tin-tin powder composite coatings as anodes of lithium-ion batteries]. Izvestiya vysshih uchebnyh zavedenij. Severo-Kavkazskij region. Tekhnicheskie nauki [News of Higher Educational Institutions. The North Caucasus Region. Technical Sciences], 2022, no. 4, pp. 70 – 76. (In Russ.).
12. Корбова Е.В., Липкин М.С., Волошин В.А., Харлабо Е.В. Композиционные покрытия олова в анодах литий-ионных аккумуляторов. Перспек­тивные исследования в технических и естественных науках: сб. статей. Международная научная конференция (Великий Новгород, декабрь 2022). Международный институт перспективных исследований им. Ломоносова, Санкт-Петербург: МИПИ им. Ломоносова, 2022, с. 27 – 30. / Korbova E.V., Lipkin M.S., Voloshin V.A., Kharlamov E.V. Kompozicionnye pokrytiya olova v anodah litij-ionnyh akkumulyatorov [Composite coatings tin in anodes of lithium-ion batteries]. Perspektivnye issledovaniya v tekhnicheskih i estestvennyh naukah: sbornik statej. Mezhdunarodnaya nauchaya konferenciya (Velikij Novgorod, dekabr’ 2022). Mezhdunarodnyj institute perspektivnyh issledovanij im. Lomonosova. Sankt-Peterburg: MIPI im. Lomonosova [Promising research in technical and natural sciences: collection of articles International Scientific Conference (Veliky Novgorod, December 2022). Lomonosov International Institute for Advanced Studies. St. Petersburg: MIPI by Lomonosov], 2022, pp. 27 – 30. (In Russ.).
13. Бибик Е.Е. Оптическая диагностика процесса коагуляции. Известия Санкт-Петербургского госу­дарственного технологического института (технического университета), 2011, v. 36, no. 10, c. 3 – 5. / Bibik E.E. Opticheskaya diagnostika processa koagulyacii [Optical diagnostics of the coagulation process]. Izvestiya Sankt-Peterburgskogo gosudarstvennogo tekhnologicheskogo instituta (tekhnicheskogo universiteta). [Proceedings of the St. Petersburg State Institute of Technology (Technical University)], 2011, v. 36, no. 10, pp. 3 – 5. (In Russ.).
14. Kurc B. Composite gel polymer electrolyte with modified silica for LiMn2O4 positive electrode in lithium-ion battery. Electrochimica Acta, 2016, v. 190, pp. 780 – 789.
15. Lipkin V.M., Fesenko L.N., Lipkin S.M. Tin powders electro deposition from choline chloride based ionic liquid. Solid State Phenomena, 2018, v. 284, pp. 1252 – 1256.
ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Активный упаковочный материал на основе композитных пленок полиолефинов

Д. Э. Темнов, Ю. И. Сотова, Е. А. Волгина, Н. С. Демидова

Исследованы механизмы накопления и релаксации заряда в исходных и композитных пленках на основе полипропилена с наполнителем монтмориллонит и полиэтилена высокого давления с наполнителем диатомит с помощью методов термоактивационной спектроскопии. Показано, что введение наполнителя в матрицу полимера приводит к изменению механизма поляризации за счет образования новых глубоких ловушек на границе раздела полимер/наполнитель с одновременным уменьшением проводимости материалов за счет гидрофильных свойств наполнителей. Приведены численные оценки параметров электрически активных дефектов (энергии активации и частотного фактора), а также времени релаксации электретного состояния в исследуемых образцах. Рассматривается возможность применения исследуемых композитных материалов в качестве активной упаковки для пищевых продуктов.

Ключевые слова: термоактивационная спектроскопия, полипропилен, полиэтилен, гидрофильный наполнитель, электретное состояние.

DOI: 10.30791/1028-978X-2024-8-31-37
Темнов Дмитрий Эдуардович — Российский государственный педагогический университет им. А.И. Герцена (191186 Санкт-Петербург, наб. Мойки, 48), кандидат физико-математических наук, заведующий кафедрой, специалист в области физики полимерных диэлектриков. E-mail: tde@herzen.spb.ru.
Сотова Юлия Ильинична — Военно-космическая академия имени А.Ф. Можайского (197198 Санкт-Петербург, Ждановская ул., 13), кандидат физико-математических наук, ст. преподаватель, специалист в области физики полимерных диэлектриков. E-mail: juliasotova1992@mail.ru.
Волгина Елена Алексеевна — Российский государственный педагогический университет им. А. И. Герцена (191186 Санкт-Петербург, наб. Мойки, 48), аспирант, специалист в области физики полимерных диэлектриков.
E-mail: volgina.elena.1999@mail.ru.
Демидова Наталья Сергеевна — Российский государственный педагогический университет им. А. И. Герцена (191186 Санкт-Петербург, наб. Мойки, 48), кандидат физико-математических наук, мл. научный сотрудник. E-mail: demidovevg@mail.ru.
Ссылка на статью:
Темнов Д.Э., Сотова Ю.И., Волгина Е.А., Демидова Н.С. Активный упаковочный материал на основе композитных пленок полиолефинов. Перспективные материалы, 2024, № 8, c. 31 – 37. DOI: 10.30791/1028-978X-2024-8-31-37
Литература содержит 18 ссылок.

См. подробнее о статье на сайте e-library
Литература/References
к статье Темнов Д.Э., Сотова Ю.И., Волгина Е.А., Демидова Н.С. Активный упаковочный материал на основе композитных пленок полиолефинов. Перспективные материалы, 2024, № 8, c. 31 – 37. DOI: 10.30791/1028-978X-2024-8-31-37
1. Zhou T., Zhang L., Xue F., Tang W., Zhang Ch., Wang Zh.L. Multilayered electret films based triboelectric nanogenerator. Nano Research, 2016, v. 9, no. 5, pp. 1442 – 1451.
2. Guo Z., Patil Y., Shinohara A., Nagura K., Nakanishi T., Yoshida M. Organic molecular and polymeric electrets toward soft electronics. Molecular Systems Design and Engineering, 2022, v. 7, no. 6, pp. 537 – 552.
3. Al Rai A., Stojanovska E., Fidan G., Yetgin E., Polat Y., Kilic A., Demir A., Yilmaz S. Structure and performance of electroblown pvdf-based nanofibrous electret filters. Polymer Engineering and Science, 2020, v. 60, no. 6, pp. 1186 – 11. 93.
4. Галиханов М.Ф., Борисова А.Н., Дебердеев Р.Я., Крыницкая А.Ю., Сотников В.А. Активная упаковка для масла. Пищевая промышленность, 2005, № 7, c. 18 – 19. / Galihanov M.F., Borisova A.N., Deberdeev R.Ya., Krynickaya A. Yu., Sotnikov V.A. Aktivnaya upakovka dlya masla [Active oil packaging]. Pishchevaya promyshlennost [Food Industry], 2005, no. 7, pp. 18 – 19. (In Russ).
5. Yildirim S., Rocker B., Pettersen M.K., Nilsen-Nygaard J., Ayhan Z., Rutkaite R., Radusin T., Suminska P., Marcos B., Coma V. Active packaging applications for food. Comprehece Reviews in Food Science and Food Safety, 2018, v. 17, pp. 165 – 199. https://doi.org/10.1111/1541-4337.12322.
6. Ревуцкая Н.М., Насонова В.В., Козырев И.А. Обзор основных направлений развития активной упаковки. Все о мясе, 2021, № 3, c. 26 – 31. DOI 10.21323/2071-2499-2021-3-26-31 / Revutskaya N.M., Nasonov V.V., Kozyrev I.A. Obzor osnovnyh napravlenij razvitiya aktivnoj upakovki [Review of the main directions of development of active packaging]. Vse o myase [All about meat], 2021, no. 3, pp. 26 – 31. (In Russ.). DOI 10.21323/2071-2499-2021-3-26-31.
7. Krasniewska K., Galus S., Gniewosz M. Biopolymers-based materials containing silver nanoparticles as active packaging for food applications. A review. International Journal of Molecular Sciences, 2020, v. 21, no. 3, art. 698.
8. Sharma S., Barkauskaite S., Jaiswal A.K., Jaiswal S. Essential oils as additives in active food packaging. Food Chemistry, 2021, v. 343, art. 128403.
9. Guzhova A.A., Galikhanov M.F., Gorokhovatsky Yu.A., Temnov D.E., Fomicheva E.E., Karulina E.A., Vovcheva T.A. Improvement of polylactic acid electret properties by addition of fine barium titanate. Journal of Electrostrostatics, 2016, v. 79, pp. 1 – 6. DOI.org/10.1016/j.elstat 2015.11.002.
10. Yao M., Mainelis G., Reoun A.G. Inactivation of microorganisms using electrostatic fields. Environ. Sci. Technol., 2005, v. 39, no. 9, pp. 3338 – 3344.
11. Feng T., Zhang M., Mujumdard S., Zhanga L. Effect of a magnetic field/electrostatic field on the quality attributes of green bell peppers during cool chain transportation. Sustainable Food Technol., 2023, v. 1, pp. 582 – 589.
12. Гороховатский Ю.А., Демидова Н.С., Темнов Д.Э. Релаксация электрического заряда в полиэтилене с минеральными включениями диатомита. Научно-технические ведомости СПбГПУ. Физико-матемаические науки, 2020, т. 13, № 2, с. 9 – 16. DOI: 10.18721/JPM.13201 / Gorokhovatsky Yu.A., Demidova N.S., Temnov D.E. Electric charge relaxation in the polyethylene with mineral inclusions of diatomite. St. Petersburg State Polytechnical University Journal. Physics and Mathematics, 2020, v. 13, no. 2, pp. 9 – 16. DOI 10.18721/JPM.13201.
13. Galikhanov M.F., Minzagirova A.M., Spiridonova R.R. Modifying the properties of polyethylene electrets through the incorporation of montmorillonite. Surface Engineering and Applied Electro Chemistry, 2019, v. 55, no. 6, pp. 679 – 683.
14. Гороховатский Ю.А., Галиханов М.Ф., Игнатьева Д.А. и др. Пути повышения стабильности электретного состояния в композитных пленках полилактида. Вестник Технологического университета, 2017, т. 20, № 4, с. 27 – 30. / Gorohovatskij Yu.A., Galihanov M.F., Ignat’eva D.A. et al. Puti povysheniya stabil’nosti elektretnogo sostoyaniya v kompozitnyh plenkah polilaktida [Paths of increasing the stability of the electremic state in the composite films of polylactis]. Vestnik Tekhnologicheskogo universiteta [Bulletin of the Technological University], 2017, v. 20, no. 4, pp. 27 – 30. (In Russ.).
15. Гороховатский Ю.А., Темнов Д.Э. Термостимулированная релаксация поверхностного потенциала и термостимулированные токи короткого замыкания в предварительно заряженном диэлектрике. Известия РГПУ им. А.И. Герцена. Естественные и точные науки, 2007, no. 8, pp. 24 – 32. / Gorohovatskij Yu.A., Temnov D.E. Termostimuliro­vannaya relaksaciya poverhnostnogo potenciala i termostimulirovannye toki korotkogo zamykaniya v predvaritel’no zaryazhennom dielektrike [Termentomulated relaxation of the surface potential and thermal to thermalized short -circuit currents in a pre-charged dielectric]. Izvestiya RGPU im. A.I. Gercena. Estestvennye i tochnye nauki [Izvestia of the RSPU named after A.I. Herzen. Natural and accurate sciences], 2007. no. 8, pp. 24 – 32. (In Russ.).
16. Богданова Н.С., Гороховатский Ю.А., Демидов Е.В., Темнов Д.Э. Термостимулированная деполяризация композитных пленок полиэтилена с диатомитом. Известия Российского государственного педагогического университета им. А.И. Герцена, 2015, № 176, с. 45 – 50. / Bogdanova N.S., Gorohovatskij Yu.A., Demidov E.V., Temnov D.E. Termostimulirovannaya depolyarizaciya kompozitnyh plenok polietilena s diatomitom [Thermally stimulated depolarization of polyethylene composite films with diatomite]. Izvestiya Rossijskogo gosudarstvennogo pedagogicheskogo universiteta im. A.I. Gercena [Bulletin of the A.I. Herzen Russian State Pedagogical University], 2015, no. 176, pp. 45 – 50. (In Russ.).
17. Gorokhovatsky Yu.A., Temnov D.E., Sotova Yu.I., Rychkov A.A., Kuznetsov A.E. Thermally stimulatted depolarization data analysis: Simmons method and weak regularization method by Tikhonov. University Scientific Journal, 2018, no. 37, pp. 40 – 48.
18. Гороховатский Ю.А., Бордовский Г.А. Термоактивационная токовая спектроскопия высокоомных полупроводников и диэлектриков. М.: Наука, 1991, 248 с. / Gorokhovatsky Yu.A., Bordovsky G.A. Termoaktiva­cionnaya tokovaya spektroskopiya vysokoomnyh poluprovodnikov i dielektrikov [Thermoactivational current spectroscopy of high-resistance semiconductors and dielectrics]. Moscow, Science Publ., 1991, 248 p. (In Russ.).
ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Сверхпластичность ультрамелкозернистых сплавов
Al – 6 % Mg – 0,12 % Sc – 0,10 % Zr с добавкой 0,10 % Yb, Er, Hf

В. Н. Чувильдеев, М. Ю. Грязнов, С. В. Шотин,
А. В. Нохрин, К. В. Лихницкий, Я. С. Шадрина,
В. И. Копылов, А. А. Бобров, М. К. Чегуров

Исследовано сверхпластичное поведение ультрамелкозернистых (УМЗ) сплавов (в масс. %) Al – 6 Mg – 0,12 Sc – 0,10 Zr – 0,10 X, где X = Yb (сплав 1 – Yb), Er (сплав 2 – Er) и Hf (сплав 3 – Hf). В качестве объектов сравнения взяты сплавы Al – 6 Mg – 0,12 Sc – 0,20 Zr (сплав 4 – Zr) и Al – 6 Mg – 0,22 Sc – 0,10 Zr (сплав 5 – Sc). Обнаружен эффект одновременного увеличения напряжения течения и удлинения до разрушения при сверхпластичности. Установлено, что максимальное удлинение до разрушения в УМЗ сплавах 1 – Yb и 2 – Er наблюдается при более низких температурах деформации, чем в УМЗ сплавах 4 – Zr и 5 – Sc. Сверхпластические характеристики УМЗ сплава 3 – Hf превосходят характеристики сплавов 4 – Zr и 5 – Sc с бόльшим содержанием легирующих элементов (в ат. %). В области низких температур (400 °С) хорошую пластичность (d = 910 %) демонстрирует УМЗ сплав 1 – Yb. Проанализировано влияние типа и концентрации легирующих элементов на деформационное поведение и рост зерен в УМЗ сплавах Al – 6 Mg. Показано, что при сверхпластичности наблюдается конкуренция деформационно-стимулированного роста зерен и динамической рекристаллизации, которая приводит к измельчению зеренной микроструктуры. Установлено, что разрушение УМЗ сплавов при сверхпластичности обусловлено образованием пор на крупных частицах Al3X.

Ключевые слова: сплавы Al – Mg; сверхпластичность; рост зерен; кавитация.

DOI: 10.30791/1028-978X-2024-8-38-52
Чувильдеев Владимир Николаевич — Национальный исследовательский Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского (603022, Нижний Новгород, пр. Гагарина, 23), доктор физико-математических наук, профессор, директор Научно-исследовательского физико-технического института (НИФТИ) ННГУ, специалист в области диффузионных процессов в металлах. E-mail: chuvildeev@nifti.unn.ru.
Грязнов Михаил Юрьевич — Национальный исследовательский Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского (603022, Нижний Новгород, пр. Гагарина, 23), кандидат физико-математических наук, ведущий научный сотрудник НИФТИ ННГУ, специалист в области механических испытаний. E-mail: gryaznov@nifti.unn.ru.
Шотин Сергей Викторович — Национальный исследовательский Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского (603022, Нижний Новгород, пр. Гагарина, 23), научный сотрудник, специалист в области механических испытаний. E-mail: shotin@nifti.unn.ru.
Нохрин Алексей Владимирович — Национальный исследовательский Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского (603022, Нижний Новгород, пр. Гагарина, 23), доктор физико-математических наук, старший научный сотрудник, специалист в области диффузионных процессов в металлах. E-mail: nokhrin@nifti.unn.ru.
Лихницкий Константин Владимирович — Национальный исследовательский Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского (603022, Нижний Новгород, пр. Гагарина, 23), кандидат технических наук, инженер, специалист в области металлографии. E-mail: likhnitskiy@nifti.unn.ru.
Шадрина Яна Сергеевна — Национальный исследовательский Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского (603022, Нижний Новгород, пр. Гагарина, 23), инженер, специалист в области электронной микроскопии. E-mail: yashadrina@nifti.unn.ru.
Копылов Владимир Ильич — Национальный исследовательский Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского (603022, Нижний Новгород, пр. Гагарина, 23), кандидат технических наук, доцент, ведущий научный сотрудник, специалист в области равноканального углового прессования. E-mail: kopylov@nifti.unn.ru.
Бобров Александр Андреевич — Национальный исследовательский Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского (603022, Нижний Новгород, пр. Гагарина, 23), инженер, специалист в области литья. E-mail: bobrov@nifti.unn.ru.
Чегуров Михаил Константинович — Национальный исследовательский Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского (603022, Нижний Новгород, пр. Гагарина, 23), кандидат технических наук, инженер, специалист в области фрактографии. E-mail: mkchegurov@nifti.unn.ru.
Ссылка на статью:
Чувильдеев В.Н., Грязнов М.Ю., Шотин С.В., Нохрин А.В., Лихницкий К.В., Шадрина Я.С., Копылов В.И., Бобров А.А., Чегуров М.К. Сверхпластичность ультрамелкозернистых сплавов Al – 6 % Mg – 0,12 % Sc – 0,10 % Zr с добавкой 0,10 % Yb, Er, Hf. Перспективные материалы, 2024, № 8, c. 38 – 52. DOI: 10.30791/1028-978X-2024-8-38-52
Литература содержит 30 ссылок.

См. подробнее о статье на сайте e-library
Литература/References
к статье Чувильдеев В.Н., Грязнов М.Ю., Шотин С.В., Нохрин А.В., Лихницкий К.В., Шадрина Я.С., Копылов В.И., Бобров А.А., Чегуров М.К. Сверхпластичность ультрамелкозернистых сплавов Al – 6 % Mg – 0,12 % Sc – 0,10 % Zr с добавкой 0,10 % Yb, Er, Hf. Перспективные материалы, 2024, № 8, c. 38 – 52. DOI: 10.30791/1028-978X-2024-8-38-52
1. Filatov Yu.A., Yelagin V.I., Zakharov V.V. New Al-Mg-Sc alloys. Materials Science and Engineering A, 2000, v. 280, no. 1, pp. 97 − 101.
2. Чувильдеев В.Н., Копылов В.И., Грязнов М.Ю. и др. Эффект двукратного повышения прочности и пластичности промышленного сплава АМг6 после РКУП обработки. Доклады академии наук, 2008, т. 423, № 3, с. 334 − 339. / Chuvil’deev V.N., Kopylov V.I., Gryaznov M.Yu., Sysoev A.N., Ovsyannikov B.V., Flyagin A.A. Doubling of strength and plasticity of a commercial aluminum-based alloy (AMg6) processed by Equal Channel Angular Pressing. Doklady Physics, 2008, v. 53, no. 11, pp. 584 − 587.
3. Bhatta L., Pesin A., Zhilyaev A., Tandot P., Kong C., Yu H. Recent development of superplasticity in aluminum alloys: A review. Metals, 2020, v. 10, no. 1, art. 77.
4. Новиков И.И., Портной В.К. Сверхпластичность сплавов с ультрамелким зерном. М.: Металлургия, 1981, 168 с. / Novikov I.I., Portnoy V.K. Sverhplastichnost’ splavov s ul’tramelkim zernom [Superplasticity of ultrafine grain alloys]. Moscow, Metallurgiya Publ., 1981, 168 p. (In Russ.).
5. Захаров В.В., Елагин В.И., Ростова Т.Д., Филатов Ю.А. Металловедческие принципы легирования алюминиевых сплавов скандием. Технология легких сплавов, 2010, № 1, с. 67 − 73. / Zakharov V.V., Elagin V.I., Rostova T.D., Filatov Yu.A. Metallovedcheskie principy legirovaniya alyuminievyh splavov skandiem [Metallurgical principles of alloying aluminum alloys with scandium]. Tekhnologiya legkih splavov [Light Alloys Technology], 2010, v. 1, pp. 67 − 73. (In Russ.).
6. Toropova L.S., Eskin D.G., Kharakterova M.L., Dobatkina T.V. Advanced aluminum alloys containing scandium. London, Taylor and Francis. 2017, 175 p.
7. Røyset J., Ryum N. Scandium in aluminum alloys. International Materials Review, 2005, v. 50, no. 1, pp. 19 − 44.
8. Fujita T., Horita Z., Langdon T.G. Characteristics of diffusion in Al-Mg alloys with ultrafine grain sizes. Philosophical Magazine A, 2002, v. 82, no. 11, pp. 2249 − 2262.
9. Peng G., Chen K., Fang H., Chen S. A study of nanoscale Al3(Zr,Yb) dispersoids structure and thermal stability in Al-Zr-Yb alloy. Materials Science and Engineering A, 2012, v. 535, pp. 311 − 315.
10. Barkov R.Yu., Mikhaylovskaya A.V., Yakovtseva O.A., Loginova I.S., Prosviryakov A.S., Pozdniakov A.V. Effects of thermomechanical treatment on the microstructure, precipitation strengthening, internal friction, and thermal stability of Al-Er-Yb-Sc alloys with good electrical conductivity. Journal of Alloys and Compounds, 2021, v. 855, art. 157367.
11. Поздняков А.В., Осипенкова А.А., Попов Д.А., Махов С.В., Напалков В.И. Влияние малых добавок Y, Sm, Hf и Er на структуру и твердость сплава Al-0.2%Zr-0.1%Sc. Металловедение и термическая обработка металлов, 2016, № 9(735), с. 25 − 30. / Pozdnyakov A.V., Osipenkova A.A., Popov D.A., Makhov S.V., Napalkov V.I. Effect of low additions of Y, Sm, Hf and Er on the structure and hardness of alloy Al-0.2%Zr-0.1%Sc. Metal Science and Heat Treatment, 2017, v. 58, pp. 537 − 542.
12. Захаров В.В., Фисенко И.А. Влияние небольших добавок переходных металлов на структуру и свойства малолегированного сплава Al-Sc. Технология легких сплавов, 2020, № 3, с. 11 − 19. / Zakharov V.V., Fisenko I.A. Vliyanie nebol’shih dobavok perekhodnyh metallov na strukturu i svojstva malolegirovannogo splava Al-Sc [An effect of small additives on transition metals on the structure and properties of the low-alloyed Al-Sc alloy]. Tekhnologiya legkih splavov [Light Alloy Technology], 2020, no. 3, pp. 11 − 19. (In Russ.).
13. Nieh T.G., Wadsworth J., Sherby O.D. Superplasticity in metals and ceramics. Cambridge University Press: Cambridge, UK, 1997, 288 p.
14. Perevezentsev V.N., Rybin V.V., Chuvil’deev V.N. The theory of structural superplasticity: I. The physical nature of the superplasticity phenomenon. Acta Metallurgica et Materialia, 1992, v. 40, no. 5, pp. 887 − 894.
15. Sakai T., Belyakov A., Kaibyshev R., Miura H., Jonas J.J. Dynamic and post-dynamic recrystallization under hot, cold and severe plastic deformation conditions. Progress in Materials Science, 2014, v. 60, pp.130 − 207.
16. Novikov I.I., Portnoy V.K., Titov A.O., Belov D.Yu. Dynamic recrystallization at superplastic deformation of duraluminum with initial recrystallized structure. Scripta Materialia, 2000, v. 42, no. 9, pp. 899 − 904.
17. Hart E.W. Theory of the tensile test. Acta Metallurgica, 1967, v. 15, no. 2, pp. 351 − 355.
18. Чувильдеев В.Н., Грязнов М.Ю., Шотин С.В. и др. Исследование сверхпластичности высокопрочных субмикрокристаллических алюминиевых сплавов Al-0.5Mg-Sc. Металлы, 2021, № 5, с. 70 − 85. / Chuvil’deev V.N., Gryaznov M.Yu., Shotin S.V. et al. Superplasticity of high-strength submicrocrystalline Al-0.5Mg-Sc aluminum alloys. Russian Metallurgy (Metally), 2021, v. 9, pp. 1102 − 1115.
19. Perevezentsev V.N., Rybin V.V., Chuvil’deev V.N. The theory of structural superplasticity: IV. Cavitation during superplastic deformation. Acta Metallurgica et Materialia, 1992, v. 40, no. 5, pp. 915 − 923.
20. Кристаллизация из расплавов. Справочник. Пер. с нем. Под ред. В.М. Глазова, С.С. Горелика. М.: Металлургия, 1987, 320 с. / Kristallisation aus Schmelzen. Eds. Hein K., Buhrig E. Vew Deutscher Verlag Für Grundstoffindustrie: E. Leipzig, Germany, 1983, 356 p. (in Germany).
21. Fuller C.B., Murray J.L., Seidman D.N. Temporal evolution of the nanostructure of Al(Sc,Zr) alloys: Part I. Chemical compositions of Al3(Sc1-xZrx) precipitates. Acta Materialia, 2005, v. 53, no. 20, pp. 5401 − 5413.
22. Forbord B., Lefebvre W., Danoix F., Hallem H., Marthinsen K. Three dimensional atom probe investigation on the formation of Al3(Sc,Zr)-dispersoids in aluminium alloys. Scripta Materialia, 2004, v. 51, no. 4, pp. 333 − 337.
23. Musin F., Kaibyshev R., Motohashi Y., Itoh G. High strain rate superplasticity in a commercial Al-Mg-Sc alloy. Scripta Materialia, 2004, v. 50, no. 4, pp. 511 − 516.
24. Palenzona A. The ytterbium-aluminum system. Journal of the Less Common Metals, 1972, v. 29, no. 3, pp. 289 − 292.
25. Meyer A. Über die kubische and rhomboedrische form des Al3Er. Journal of the Less Common Metals, 1970, v. 20, no. 4, pp. 353 − 358.
26. Чувильдеев В.Н., Нохрин А.В., Смирнова Е.С., Копылов В.И. Исследование механизмов распада твердого раствора в литых и микрокристаллических сплавах системы Al-Sc. III. Анализ эксперимен­тальных данных. Металлы, 2012, № 6, с. 82 − 91. / Chuvil’deev V.N., Nokhrin A.V., Smirnova E.S., Kopylov V.I. Solid solution decomposition mechanisms in cast and microcrystalline Al-Sc alloys: III. Analysis of experimental data. Russian Metallurgy (Metally). 2012, v. 11, pp. 985 − 993.
27. Harada Y., Dunand D.C. Microstructure of Al3Sc with ternary rare-earth additions. Intermetallics, 2009, v. 17, no. 1 – 2, pp. 17 − 24.
28. Harada Y., Dunand D.C. Microstructure of Al3Sc with ternary transition-metal additions. Materials Science and Engineering A, 2002, v. 329−331, pp. 686 − 695.
29. Murray J.L., McAlister A.J., Kahan D.J. The Al-Hf (aluminum-hafnium) system. Journal of Phase Equilibria, 1998, v. 19, pp. 376 − 379.
30. Jia Z.-H., Huang H.-L., Wang X.-L., Xing Y., Liu Q. Hafnium in aluminum alloys: A review. Acta Metallurgica Sinica (English Letters), 2016, v. 29, no. 2, pp. 105 − 119.
ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Механо-химический синтез и свойства базальтопластиков на основе
рандом сополимера полипропилена

Н. Т. Кахраманов, Г. Х. Нуралиева, Н. Б. Арзуманова, Л. Х. Хамедова

Исследовано влияние содержания базальта на основные физико-механические свойства композитов на основе рандом сополимера полипропилена. Определены механические свойства: разрушающее напряжение; предел текучести при растяжении; относительное удлинение; предел прочности при изгибе; показатель текучести расплава и теплостойкость. Содержание базальта варьировали в пределах 1,0 – 30 масс. %. Максимальное увеличение разрушающего напряжения достигается при его содержании 5,0 масс. %. При этом с увеличением содержания наполнителя наблюдается резкое снижение относительного удлинения и показателя текучести расплава, но возрастает значение теплостойкости композитов. С целью улучшения совместимости компонентов смеси использовали компатибилизатор – сополимер полипропилена с малеиновым ангидридом марки Exxelor PO1020. Введение компатибилизатора позволило существенным образом повлиять на повышение прочностных показателей, относительного удлинения и показателя текучести расплава. С целью дальнейшей модификации структуры и свойств компатибилизированных композитов на основе рандом сополимера полипропилена и базальта были использованы такие сшивающие агенты, как сера и пероксид дикумила. Установлены оптимальные концентрации базальта и сшивающих агентов, при которых достигаются наилучшие показатели по основным физико-механическим показателям.

Ключевые слова: базальт, рандом сополимер полипропилена, компатибилизатор, разрушающее напряжение, относительное удлинение, теплостойкость, предел текучести при растяжении, показатель текучести расплава, предел прочности при изгибе.

DOI: 10.30791/1028-978X-2024-8-53-61
Кахраманов Наджаф Тофик оглы — Институт Полимерных Материалов Министерства Науки и Образования Азербайджанской Республики (AZ5004, Азербайджанская Республика, Сумгаит, ул. С. Вургуна, 124), доктор химических наук, профессор, заведующий лабораторией, специалист в области переработки, химической и механо-химической модификации структуры полиолефинов, получению и исследованию свойств нанокомпозитов. E-mail: najaf1946@rambler.ru.
Нуралиева Гюнай Хикмет гызы — Институт Полимерных Материалов Министерства Науки и Образования Азербайджанской Республики (AZ5004, Азербайджанская Республика, г. Сумгаит, ул. С. Вургуна, 124), младший научный сотрудник, специалист в области исследования наполненных композитов.
Арзуманова Нушаба Баба гызы — Институт Полимерных Материалов Министерства Науки и Образования Азербайджанской Республики (AZ5004, Азербайджанская Республика, Сумгаит, ул. С. Вургуна, 124), кандидат химических наук, доцент, ведущий научный сотрудник, специалист в области получения и исследования структуры и свойств наполненных нанокомпозитов.
Хамедова Лала Ханмамед гызы — Институт Полимерных Материалов Министерства Науки и Образования Азербайджанской Республики (AZ5004, Азербайджанская Республика, Сумгаит, ул. С. Вургуна, 124), научный сотрудник, специалист в области исследования наполненных композитов.
Ссылка на статью:
Кахраманов Н.Т., Нуралиева Г.Х., Арзуманова Н.Б., Хамедова Л.Х. Механо-химический синтез и свойства базальтопластиков на основе рандом сополимера полипропилена. Перспективные материалы, 2024, № 8,
c. 53 – 61. DOI: 10.30791/1028-978X-2024-8-53-61
Литература содержит 23 ссылки.

См. подробнее о статье на сайте e-library
Литература/References
к статье Кахраманов Н.Т., Нуралиева Г.Х., Арзуманова Н.Б., Хамедова Л.Х. Механо-химический синтез и свойства базальтопластиков на основе рандом сополимера полипропилена. Перспективные материалы, 2024, № 8,
c. 53 – 61. DOI: 10.30791/1028-978X-2024-8-53-61
1. Берлин А.А. Полимерные композиционные материалы. Свойства. Структура. Технологии. Санкт-Петербург, Профессия, 2009, 560 с. / Berlin A.A. Polimernye kompozicionnye materialy. Svojstva. Struktura. Tehnologii. [Polymer composite materials. Properties. Structure. Technologies]. St- Peterburg, Professija Publ., 2009, 560 p. (In Russ.).
2. Калинчев Э.Л., Саковцева М.Б., Павлова И.В. и др. Эффективный подход к созданию современных поли­мерных композиционных материалов. Полимерные материалы, 2008, № 3, с. 4 − 14. / Kalinchev E.L., Sakovtseva M.B., Pavlova I.V. et al. Jeffektivnyj podhod k sozdaniju sovremennyh polimernyh kompozicionnyh materialov [An effective approach to creating modern polymer composite materials]. Polimernye materialy [Polymer materials], 2008, no. 3, pp. 4 − 14. (In Russ.).
3. Тагер А.А. Физико-химия полимеров. Москва, Научный мир, 2007, 463 с. / Tager A.A. Fiziko-himiya polimerov [Physico-chemistry of polymers]. Moscow, Nauchnyj mir Publ., 2007, 463 p. (In Russ.).
4. Иванчев С.С., Озерин А.Н. Наноструктуры в полимерных системах. Высокомолекулярные соединения. Серия Б, 2006, т. 48, № 8, c. 1541 − 1544. / Ivanchev S.S., Ozerin A.N. Nanostruktury v polimernyh sistemah [Nanostructures in polymer systems]. Vysokomolekuljarnye soedinenija. Сеrija B [High molecular weight compounds. Serie B], 2006, v. 48, no. 8, pp. 1541 − 1544. (In Russ.).
5. Кахраманов Н.Т., Азизов А.Г., Осипчик В.С. и др. Наноструктурированные композиты и полимерное материаловедение. Пластические массы, 2016, № 1 – 2, с.49 − 57. / Kakhramanov N.T., Azizov A.G., Osipchik V.S. et al. Nanostructured composites and polymer materials science. International Polymer Science and Technology, 2017, vol. 44, no. 2, pp. T/37 − T/47.
6. Кахраманов Н.Т., Байрамова И.В., Косева Н.С. и др. Физико-механические свойства композитов на основе везувиана и сополимера этилена с бутиленом. Перспективные материалы, 2019, № 3, с. 47 − 53. / Kakhramanov N.T., Bayramova I.V., Koseva N.S. et al. Fiziko-mehanicheskie svojstva kompozitov na osnove vezuviana i sopolimera jetilena s butilenom [Physico-mechanical properties of composites based on vesuvian and a copolymer of ethylene with butylene]. Perspektivnye materialy [Advanced materials], 2019, no. 3, pp. 47 − 53. (In Russ.).
7. Сирота А.Г., Бугоркова В.С. Об эффективности полярных модифицирующих добавок к полиэтилену. Пластические массы, 2010, № 5, с. 6 − 11. / Sirota A.G., Bugorkova V.S. Ob jeffektivnosti poljarnyh modificirujushhih dobavok k polijetilenu [On the effectiveness of polar modifying additives to polyethylene]. Plasticheskie massy [Plastic masses], 2010, no. 5, pp. 6 − 11. (In Russ.).
8. Allahverdieva Kh.V. Physicomechanical properties of composite materials on basis of copper and polyolefins. Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol., 2020, v. 63, no. 10, pp. 71 − 77.
9. Ермаков С.Н., Кербер М.Л., Кравченко Т.П. Химическая модификация и смешение полимеров при реакционной экструзии. Пластические массы, 2007, №10, с. 32 − 41. / Ermakov S.N., Kerber M.L., Kravchenko T.P. Himicheskaja modifikacija i smeshenie polimerov pri reakcionnoj jekstruzii [Chemical modification and polymer mixing during reaction extrusion]. Plasticheskie massy [Plastic masses], 2007, no. 10, pp. 32 − 41. (In Russ.).
10. Рудакова Т.А., Евтушенко Ю.М., Григорьев Ю.А. Озерин А.Н. Полиэтилен низкого давления, модифицированный органомонтмориллонитом. Все материалы. Энциклопедический справочник, 2018, № 8, с. 12 − 16. / Rudakova T.A., Evtushenko Yu.M., Grigoriev Yu.A. Ozerin A.N. Polijetilen nizkogo davlenija, modificiro­vannyj organomontmorillonitom [Low pressure polyethylene modified with organomontmorillonite]. Vse materialy. Jenciklopedicheskij spravochnik [All materials. Encyclopedic Handbook], 2018, no. 8, pp. 12 − 16. (In Russ.).
11. Allahverdiyeva Kh.V., Kakhramanov N.T., Martynova G.S. et al. Structural features and mechanism of crystallization of nanocomposites based on maleinated high density polyethylene and carbon black. Heliyon, 2023, no. 9, art. e14829.
12. Кладовщикова О.И., Тихонов Н.Н., Жданов И.А. и др. Композиционные материалы на основе сверх­высокомолекулярного полиэтилена. Пластические массы, 2020, № 11 – 12, с. 11 − 14. / Kladovshchikova O.I., Tikhonov N.N., Zhdanov I.A. et al. Kompozicionnye materialy na osnove sverhvysokomolekuljarnogo polijetilena [Composite materials based on ultra-high molecular weight polyethylene]. Plasticheskie massy [Plastic masses], 2020, no. 11 – 12, pp. 11 − 14. (In Russ.).
13. Калистратова Л.Ф., Егорова В.А. Упорядочение аморфной фазы как одна из характеристик надмолекулярной структуры аморфно-кристаллического полимера. Материаловедение, 2019, № 1, с. 3 − 9. / Kalistratova L.F., Egorova V.A. Uporjadochenie amorfnoj fazy kak odna iz harakteristik nadmolekuljarnoj struktury amorfno-kristallicheskogo polimera [Ordering of the amorphous phase as one of the characteristics of the supramolecular structure of an amorphous-crystalline polymer.]. Materialovedenie [Materials Science], 2019, no. 1, pp. 3 − 9. (In Russ.).
14. Петрюк И.П. Влияние параметров дисперсной структуры на содержание межфазного слоя в наполненных полимерах. Пластические массы, 2014, № 5 – 6, с. 7 − 9. / Petryuk I.P. Vlijanie parametrov dispersnoj struktury na soderzhanie mezhfaznogo sloja v napolnennyh polimerah [The effect of dispersed structure parameters on the content of the interfacial layer in filled polymers]. Plasticheskie massy [Plastic masses], 2014, no. 5 – 6, pp. 7 − 9. (In Russ.).
15. Кахраманов Н.Т., Гулиев А.Д., Абдуллин М.И., Аллахвердиева Х.В. Термодеформационные свойства динамически вулканизованных термоэластопластов на основе рандом полипропилена и бутадиен-нитрильного каучука. Перспективные материалы, 2021, № 7, с. 49 – 55. / Kakhramanov N.T., Guliyev A.J., Abdullin M.I., Allahverdiyeva Kh.V. Thermodeformation properties of dynamically volcanized thermoplastic elastomers based on random polypropylene and nitrile butadiene rubber. Inorganic Materials: Applied Research, 2022, v. 13, no. 2, рp. 442 − 446.
16. Allahverdiyeva Kh.V. Kinetic regularities of crystallization of composites based on high density polyethylene and copper. Processes of petrochemistry and oil refining, 2021, no. 3, pp. 13 – 19.
17. Аллахвердиева Х.В. Адгезионные свойства алюминий-содержащих полимерных композитов, полученных методом механо-химической моди­фикации. Перспективные материалы, 2021, № 10, с. 27 – 36. / Allahverdiyeva Kh.V. Adhesive characteristics of aluminum-containing polymer composites obtained using mechanochemical modification. Inorganic Materials: Applied Research, 2022, v. 13, no. 2, pp. 460 – 465.
18. Козлов Г.В., Долбин И.В. Перенос механического напряжения от полимерной матрицы к нанонаполнителю в дисперсно-наполненных наноком­позитах. Материаловедение, 2018, №8, с. 23 – 28. / Kozlov G.V., Dolbin I.V. Perenos mehanicheskogo naprjazhenija ot polimernoj matricy k nanonapolnitelju v dispersno-napolnennyh nanokompozitah [Transfer of mechanical stress from a polymer matrix to a nanofiller in dispersion-filled nanocomposites]. Materialovedenie [Materials Science], 2018, no. 8, pp. 23 – 28. (In Russ.).
19. Атлуханова Л.Б., Козлов Г.В., Долбин И.В. Взаимосвязь структуры нанонаполнителя и свойств полимерных нанокомпозитов: фрактальная модель. Материаловедение, 2019, № 7, с.19 – 22. / Atlukhanova L.B., Kozlov G.V., Dolbin I.V. Vzaimosvjaz’ struktury nanonapolnitelja i svojstv polimernyh nanokompozitov: fraktal’naja model’ [The relationship between the structure of a nanofiller and the properties of polymer nanocomposites: a fractal model]. Materialovedenie [Materials Science], 2019, no. 7, pp. 19 – 22. (In Russ.).
20. Лямкин Д.Н., Скрозников С.В., Жемерикин А.Н. Влияние способа сшивания на стабильность химической сетки полиэтиленовой изоляции кабельных изделий при термомеханическом воздействии. Пластические массы, 2012, № 2, с. 25 – 28. / Lyamkin D.N., Skroznikov S.V., Zhemerikin A.N. Vlijanie sposoba sshivanija na stabil’nost’ himicheskoj setki polijetilenovoj izoljacii kabel’nyh izdelij pri termomehanicheskom vozdejstvii [The influence of the crosslinking method on the stability of the chemical mesh of polyethylene insulation of cable products under thermomechanical influence]. Plasticheskie massy [Plastic masses], 2012, no. 2, pp. 25 – 28. (In Russ.).
21. Улитин Н.В., Дебердеев Т.Р. Некоторые вязкоупругие свойства плотносшитых сетчатых полимеров. Теоретический расчет. Пластические массы, 2012, № 2, с. 34 – 39. / Ulitin N.V., Deberdeev T.R. Nekotorye vjazkouprugie svojstva plotnosshityh setchatyh polimerov. Teoreticheskij raschet [Some viscoelastic properties of densely cross-linked network polymers. Theoretical calculation]. Plasticheskie massy [Plastic masses], 2012, no. 2, pp. 34 – 39. (In Russ.).
22. Kakhramanov N.T., Allahverdiyeva Kh.V., Gahramanli Yu.N. et al. Physical-mechanical pro­perties of multifunctional thermoplastic elastomers based on polyolefins and styrene-butadiene elastomer. Journal of Elastomers and Plastics, 2023, v. 55, no. 2, pp. 279 – 302.
23. Kakhramanov N.T., Huseynova Z.N., Mammadov B.A. et al. Physical-mechanical properties of dynamically vulcanized elastoplastics based on high density polyethylene and nitrile butadiene rubber. Mechanics of Composite Materials, 2023, v. 59, no. 1, pp. 159 – 168.
ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Исследование лазерно-акустического способа точечного нагрева
тонколистовой стали AISI 316L

И. В. Шварц, Я. В. Крылов, С. А. Никифоров, В. В. Морозов,
С. В. Дробышев, А. И. Горунов, А. Х. Гильмутдинов

Представлен лазерно-акустический способ точечного нагрева тонколистовой стали AISI 316L. С использованием метода 3D печати разработана специальная оснастка для проведения экспериментов с приложением ультразвуковых колебаний частотой 40 кГц мощностью 100 Вт и без. Проведен анализ качества полученных сварных точек. Обнаружен сквозной дефект типа прожог в сварных точках, полученных лазерно-акустическим методом. Показано влияние ультразвуковых колебаний на геометрию ванны расплава. Установлено, что в связи с интенсификаций течений в ванне расплава при введение ультразвуковых колебаний глубина проплавления увеличивается. Проведен сравнительный анализ площади поверхности сварных точек полуавтоматическим методом. Исследовано формирование микроструктуры во время точечного нагрева. Показано, что ультразвуковое воздействие обеспечивает мелкозернистую структуру, стремящуюся к глобулярной форме.

Ключевые слова: лазерная сварка, ультразвуковые колебания, нержавеющая сталь, микроструктура.

DOI: 10.30791/1028-978X-2024-8-62-71
Шварц Иван Валерьевич — Казанский национальный исследовательский технический университет
им. А.Н. Туполева – КАИ (420111, Казань, ул. К. Маркса, 10), ассистент кафедры, специалист в области сварки и родственных процессов. E-mail: IVShvarts@kai.ru.
Крылов Ярослав Владимирович — Казанский национальный исследовательский технический университет
им. А.Н. Туполева – КАИ (420111, Казань, ул. К. Маркса, 10), студент. E-mail: KrylovYaV@stud.kai.ru.
Никифоров Сергей Александрович — Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева – КАИ (420111, Казань, ул. К. Маркса, 10), старший преподаватель, специалист в области математического моделирования аддитивных процессов. E-mail: SANikiforov@kai.ru.
Морозов Владислав Вадимович — Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева – КАИ (420111, Казань, ул. К. Маркса, 10), студент. E-mail: VlVMorozov@kai.ru.
Дробышев Сергей Викторович — Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева – КАИ (420111, Казань, ул. К. Маркса, 10), ведущий инженер, специалист в области электронной и оптической микроскопии. E-mail: svdrobyshev@kai.ru.
Горунов Андрей Игоревич — Казанский национальный исследовательский технический университет
им. А.Н. Туполева – КАИ (420111, Казань, ул. К. Маркса, 10), доктор технических наук, профессор, специалист в области лазерных аддитивных технологий. E-mail: AIGorunov@kai.ru.
Гильмутдинов Альберт Харисович — Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева – КАИ (420111, Казань, ул. К. Маркса, 10), доктор физико-математических наук, заведующий кафедрой, специалист в области атомной спектроскопии, физики плазмы и нанотехнологий. E-mail: albert.gilmutdinov@kai.ru.
Ссылка на статью:
Шварц И.В., Крылов Я.В., Никифоров С.А., Морозов В.В., Дробышев С.В., Горунов А.И., Гильмутдинов А.Х. Исследование лазерно-акустического способа точечного нагрева тонколистовой стали AISI 316L. Перспективные материалы, 2024, № 8, c. 62 – 71. DOI: 10.30791/1028-978X-2024-8-62-71
Литература содержит 13 ссылок.

См. подробнее о статье на сайте e-library
Литература/References
к статье Шварц И.В., Крылов Я.В., Никифоров С.А., Морозов В.В., Дробышев С.В., Горунов А.И., Гильмутдинов А.Х. Исследование лазерно-акустического способа точечного нагрева тонколистовой стали AISI 316L. Перспективные материалы, 2024, № 8, c. 62 – 71. DOI: 10.30791/1028-978X-2024-8-62-71
1. Kumar S., Wu C.S., Padhy G.K., Ding W. Application of ultrasonic vibrations in welding and metal processing: A status review. Journal of Manufacturing Processes, 2017, v. 26, pp. 295 – 322. https://doi.org/10.1016/j.jmapro.2017.02.027
2. Kumar S., Kumar D., Singh I., Rath D. An insight into ultrasonic vibration assisted conventional manu­facturing processes: A comprehensive review. Advances in Mechanical Engineering, 2022, v. 14, no. 6, art. 168781322211078, https://doi.org/10.1177/16878132221107812.
3. Gilmutdinov A.Kh., Gorunov A.I., Nyukhlaev O.A., Schmidt M. Investigations of the sound frequency effect on laser acoustic welding of stainless steel. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 2020, v. 106, no. 7–8, pp. 3033 – 3043. https://doi.org/10.1007/s00170-019-04825-5
4. Liu Z., Jin X., Zhang J., Hao Z., Li J. Microstructure evolution and mechanical properties of SUS301L stainless steel sheet welded joint in ultrasonic vibration assisted laser welding. Optics & Laser Technology, 2022, v. 153, no. 3, art. 108193. https://doi.org/10.1016/j.optlastec.2022.108193
5. Сундуков С.К. Особенности наложения ультра­зву­ко­вых колебаний в процессе сварки. Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты), 2022, т. 24, № 2, с. 50 – 66, https://doi.org/10.17212/1994-6309-2022-24.2-50-66 / Sundukov S.K. Osobennosti nalozheniya ul’tra­zvu­kovykh kolebaniy v protsesse svarki [Features of the application of ultrasonic vibrations in the welding process]. Obrabotka metallov (tekhnologiya, oborudovaniye, instrumenty) [Metal processing (tech­nology, equipment, tools)], 2022, v. 24, no. 2, pp. 50 – 66. (In Russ.). https://doi.org/10.17212/1994-6309-2022-24.2-50-66.
6. Воронцов А.В., Елисеев А.А., Осипович К.С., Савченко Н.Л. Лазерная сварка с ультразвуковым воздействием алюминиево-магниевого сплава АМг5. Обработка металлов (технология, обору­дование, инструменты), 2019, т. 21, № 3, с. 83 – 96. https://doi.org/10.17212/1994-6309-2019-21.3-83-96 / Vorontsov A.V., Eliseev A.A., Osipovich K.S., Savchenko N.L. Lazernaya svarka s ul’trazvukovym vozdeystviyem alyuminiyevo-magniyevogo splava AMg5 [Laser welding with ultrasonic influence of aluminum-magnesium alloy AMg5]. Obrabotka metallov (tekhnologiya, oborudovaniye, instrument) [Metal processing (technology, equipment, tools)], 2019, v. 21, no. 3, pp. 83 – 96. (In Russ.). https://doi.org/10.17212/1994-6309-2019-21.3-83-96.
7. Zhou S., Ma G., Dongjiang W., Chai D., Lei M. Ultrasonic vibration assisted laser welding of nickel-based alloy and austenite stainless steel. Journal of Manufacturing Processes, 2018, v. 31, pp. 759 – 767. https://doi.org/10.1016/j.jmapro.2017.12.023.
8. Siyu Zhou, Baoxing Wang, Dongjiang Wu, Guangyi Ma, Guang Yang, Wenyi Wei. Follow-up ultrasonic vibration assisted laser welding dissimilar metals for nuclear reactor pump can end sealing. Nuclear Materials and Energy, 2021, v. 27, art. 100975. https://doi.org/10.1016/j.nme.2021.100975.
9. Teyeb A., Silva J., Kanfoud J., Carr P., Gan T.-H., Balachandran W. Improvements in the microstructure and mechanical properties of aluminium alloys using ultrasonic-assisted laser welding. Metals, 2022, v. 12, art. 1041. https://doi.org/10.3390/met12061041
10. Dubey A.K., Yadava V. Laser beam machining — A review. International Journal of Machine Tools and Manufacture, 2008, v. 48, no. 6, pp. 609 – 628. https://doi.org/10.1016/j.ijmachtools.2007.10.017.
11. Никифоров С.А., Шварц И.В., Гильмутдинов А.Х., Горунов А.И. Исследование формы ванны расплава при лазерном воздействии на сталь AISI 316L с учетом конвекции Марангони. Инженерный журнал: наука и инновации, 2023, № 2(134), c. 1 – 12. https://doi.org/10.18698/2308-6033-2023-2-2248. / Nikiforov S.A., Shvarts I.V., Gilmutdinov A.Kh., Gorunov A.I. Issledovaniye formy vanny rasplava pri lazernom vozdeystvii na stal’ AISI 316L s uchetom konvektsii Marangoni [Study of the melt pool shape under laser treatment of AISI 316L steel taking into account Marangoni convection effect]. Inzhenernyy zhurnal: nauka i innovatsii [Engineering Journal: Science and Innovation]. 2023, no. 2(134), pp. 1 – 12. (In Russ.). https://doi.org/10.18698/2308-6033-2023-2-2248.
12. Никифоров С.А., Шварц И.В., Гильмутдинов А.Х., Горунов А.И. Численное моделирование и вери­фикация точечного лазерного нагрева нержавеющей стали AISI 316L. Инженерный журнал: наука и инновации, 2023, № 8(140), c. 1 – 11. https://doi.org/10.18698/2308-6033-2023-8-2295. / Nikiforov S. A., Shvarts I. V., Gil’mutdinov A. KH., Gorunov A. I. Chislennoye modelirovaniye i verifikatsiya tochechnogo lazernogo nagreva nerzhaveyushchey stali AISI 316L [Numerical simulation and verification of the AISI 316L stainless steel laser spot heating]. Inzhenernyy zhurnal: nauka i innovatsii [Engineering Journal: Science and Innovation], 2023, no. 8 (140), pp. 1 – 11. (In Russ). https://doi.org/10.18698/2308-6033-2023-8-2295.
13. Balasubramani N., Venezuela J., Yang N., Wang G., StJohn D., Dargusch M. An overview and critical assessment of the mechanisms of microstructural refinement during ultrasonic solidification of metals. Ultrasonics Sonochemistry, 2022, v. 89, art. 106151, https://doi.org/10.1016/j.ultsonch.2022.106151.
ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Синтез пористых углеродных структур путем термообработки твердых продуктов плазмохимического пиролиза углеводородов и тяжелых нефтепродуктов

Н. Н. Гончарова, Б. С. Клеусов, В. М. Самойлов, Е. А. Данилов, В. А. Ельчанинова, В. А. Горина, И. В. Бодриков, Е. Ю. Титов, Д. А. Широков, А. А. Удалов, А. Л. Васильев

Исследованы углеродные структуры, образующиеся при плазмохимическом пиролизе различных углеводородов в жидкой фазе. В качестве объектов исследования использовали мазут и тяжёлый остаток каталитического крекинга, а также индивидуальные органические вещества: фурфурол, циклогексан, гексан, изооктан и бензол. Установка плазмохимического пиролиза генерировала разряд постоянного тока в камере с графитовыми электродами. Исследован элементный состав сырья и полученных твёрдых остатков. Проведена дополнительная термообработка твёрдых продуктов плазменного пиролиза в стационарных условиях при температурах 900, 1500 и 2800 °С в атмосфере аргона. Удельную поверхность и параметры пористой структуры полученных после термообработки образцов изучали методом адсорбции-десорбции азота. Исследования микроструктуры твёрдых остатков плазменного пиролиза мазута и бензола выполнены методом просвечивающей электронной микроскопии высокого разрешения. Показано существование положительной корреляции между элементным составом (соотношением С/Н) твёрдых остатков плазменного пиролиза и значением удельной поверхности после термообработки. Установлено, что с повышением температуры термообработки значения удельной поверхности уменьшаются для всех исследованных образцов твёрдых остатков. Объем мезопор увеличивается, а их средний диаметр снижается с увеличением параметра С/Н твердых остатков. Объём микропор также увеличивается с ростом значений С/Н, а их размер при этом изменяется незначительно. Рассмотрена перспективность применения технологии плазменного пиролиза в сочетании с последующей высокотемпературной термообработкой для получения углеродных материалов с пористой структурой, регулируемой в широких пределах.

Ключевые слова: плазмохимический пиролиз углеводородов, твердый остаток пиролиза, технический углерод, удельная поверхность, пористая структура.

DOI: 10.30791/1028-978X-2024-8-72-8
Гончарова Наталья Николаевна — АО Научно-исследовательский институт конструкционных материалов на основе графита “НИИГрафит” им. С.Е. Вяткина (111524 Москва, Электродная ул., 2), начальник отдела, специалист в области технологии углеродных материалов. E-mail: NNiGoncharova@rosatom.ru.
Клеусов Борис Сергеевич — АО Научно-исследовательский институт конструкционных материалов на основе графита “НИИГрафит” им. С.Е. Вяткина (111524 Москва, Электродная ул., 2), старший научный сотрудник, специалист в области рентгенофазового анализа углеродных материалов. E-mail: BSKleusov@rosatom.ru.
Самойлов Владимир Маркович — АО Научно-исследовательский институт конструкционных материалов на основе графита “НИИГрафит” им. С.Е. Вяткина (111524 Москва, Электродная ул., 2), доктор технических наук, профессор, главный научный сотрудник, специалист в области технологий и материаловедения углеродных материалов. E-mail: VMSamoylov@rosatom.ru.
Данилов Егор Андреевич — АО Научно-исследовательский институт конструкционных материалов на основе графита “НИИГрафит” им. С.Е. Вяткина (111524 Москва, Электродная ул., 2), кандидат химических наук, руководитель лаборатории, специалист в области синтеза новых функциональных углеродных материалов.
E-mail: egadanilov@rosatom.ru.
Ельчанинова Виктория Андреевна — АО Научно-исследовательский институт конструкционных материалов на основе графита “НИИГрафит” им. С.Е. Вяткина (111524 Москва, Электродная ул., 2), научный сотрудник, специалист в области технологии углеродных материалов. E-mail: viaelchaninova@rosatom.ru.
Горина Валентина Анатольевна — АО Научно-исследовательский институт конструкционных материалов на основе графита “НИИГрафит” им. С.Е. Вяткина (111524 Москва, Электродная ул., 2), научный сотрудник, специалист в области исследований кристаллической структуры углеродных материалов. E-mail: VAGorina@rosatom.ru.
Бодриков Иван Васильевич — ФГБОУ ВО Нижегородский государственный технический университет
им. Р.Е. Алексеева (603155 Нижний Новгород, ул. Минина, 24), доктор химических наук, профессор, специалист в области исследований кристаллической структуры углеродных материалов. E-mail: orgchim@nntu.ru.
Титов Евгений Юрьевич — ФГБОУ ВО Нижегородский государственный технический университет
им. Р.Е. Алексеева (603155 Нижний Новгород, ул. Минина, 24), кандидат технических наук, доцент кафедры, специалист в области низкотемпературных плазмохимических пиролитических процессов. E-mail: e.titov@nntu.ru.
Широков Дмитрий Алексеевич — ФГБОУ ВО Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева (Россия, 603155, Нижний Новгород, ул. Минина, 24), инженер кафедры, специалист в области изготовления и эксплуатации плазмохимических установок.E-mail: dima.shirokov.99@mail.ru.
Удалов Артем Андреевич — ФГБОУ ВО Нижегородский государственный технический университет
им. Р.Е. Алексеева (603155 Нижний Новгород, ул. Минина, 24), инженер кафедры, специалист в области получения и выделения углеродных материалов в продуктах плазмохимического пиролиза.
E-mail: udalov.arteom@yandex.ru.
Васильев Александр Леонидович — Федеральный научно-исследовательский центр ФНИЦ “Кристаллография и фотоника” РАН (119333, Москва, Ленинский проспект, 59), кандидат физико-математических наук, ведущий научный сотрудник, руководитель лаборатории, специалист в области электронной микроскопии.
E-mail: a.vasiliev56@gmail.com.
Ссылка на статью:
Гончарова Н.Н., Клеусов Б.С., Самойлов В.М., Данилов Е.А., Ельчанинова В.А., Горина В.А., Бодриков И.В., Титов Е. Ю., Широков Д.А., Удалов А.А., Васильев А.Л. Синтез пористых углеродных структур путем термообработки твердых продуктов плазмохимического пиролиза углеводородов и тяжелых нефтепродуктов. Перспективные материалы, 2024, № 8, c. 72 – 83. DOI: 10.30791/1028-978X-2024-8-72-83.
Литература содержит 32 ссылки.

См. подробнее о статье на сайте e-library
Литература/References
к статье Гончарова Н.Н., Клеусов Б.С., Самойлов В.М., Данилов Е.А., Ельчанинова В.А., Горина В.А., Бодриков И.В., Титов Е. Ю., Широков Д.А., Удалов А.А., Васильев А.Л. Синтез пористых углеродных структур путем термообработки твердых продуктов плазмохимического пиролиза углеводородов и тяжелых нефтепродуктов. Перспективные материалы, 2024, № 8, c. 72 – 83. DOI: 10.30791/1028-978X-2024-8-72-83.
1. Lichen R., Zining P., Xuanhe L. et al. Liquid plasmas and their applications in nanomaterial synthesis. High Power Laser and Particle Beams, 2022, no. 34, art. 069001.
2. Saito G., Akiyama T. Nanomaterial synthesis using plasma generation in liquid. Journal of Nanomaterials, 2015, v. 10, art. 123696.
3. Okada T., Kaneko T., Hatakeyama R. Conversion of toluene into carbon nanotubes using arc discharge plasmas in solution. Thin Solid Films, 2007, v. 515, pp. 4262 – 4265.
4. Andhika I.F., Saraswati T.E., Hastuti S.D. The structural characteristics of carbon nanoparticles produced by arc discharge in toluene without added catalyst or gases. Evergreen, 2020, v. 7, no. 3, pp. 417 – 428. DOI:10.5109/4068622
5. Bruggeman P.J., Kushner M.J., Locke B.R. et al. Plasma-liquid interactions: a review and roadmap. Plasma Sources Science and Technology, 2016, v. 25, art. 053002.
6. Beiers H.-G., Baumann H., Bittner D., Klein J., Jüntgen H. Pyrolysis of some gaseous and liquid hydrocarbons in hydrogen plasma. Fuel, 1988, v. 67, no. 7, pp. 1012 – 1016.
7. Levchenko I., Xu S., Teel G. et al. Recent progress and perspectives of space electric propulsion systems based on smart nanomaterials. Nature Communications, 2018, v. 9, art. 879.
8. Fabry F., Flamant G., Fulcheri L. Carbon black processing by thermal plasma. Analysis of the particle formation mechanism. Chemical Engineering Science, 2001, v. 56, no. 6, pp. 2123 – 2132.
9. Wnukowski M. Methane pyrolysis with the use of plasma: Review of plasma reactors and process products. Energies, 2023, v. 16, no. 18, art. 6441.
10. Muthakarn P., Sano N., Charinpanitkul T., Tanthapanichakoon W., Kanki T. Characteristics of carbon nanoparticles synthesized by a submerged arc in alcohols, alkanes, and aromatics. Journal of Physical Chemistry, 2006, v. 110, pp. 18299 – 18306.
11. Nomura S., Toyota H., Tawara M., Yamashita H., Matsumoto K. Fuel gas production by microwave plasma in liquid. Applied Physics Letters, 2006, v. 88, no. 23, art. 231502.
12. Sano N., Wang H., Alexandrou I., Chhowalla M., Teo K.B.K., Amaratunga G.A.J., Iimura K. Properties of carbon onions produced by an arc discharge in water. Journal of Applied Physics, 2002, v. 92, pp. 2783 – 2788.
13. Shibata E., Sergienko R., Suwa H., Nakamura T. Synthesis of amorphous carbon particles by an electric arc in the ultrasonic cavitation field of liquid benzene. Carbon, 2004, v. 42, pp. 885 – 888.
14. Chen Q., Kitamura T., Saito K., Haruta K., Yamano Y., Ishikawa T., Shirai H. Microplasma discharge in ethanol solution: characterization and its application to the synthesis of carbon microstructures. Thin Solid Films, 2008, v. 516, pp. 4435 – 4440.
15. Jiang N., Qiu C., Guo L., Shang K., Lu N., Li J., Wu Y. Improved performance for toluene abatement in a continuous-flow pulsed sliding discharge reactor based on three-electrode configuration. Plasma Chemistry and Plasma Processing, 2019, v. 39, no. 1, pp. 227 – 240.
16. Matsui Y., Kawakami S., Takashima K., Katsura S., Mizuno A. Liquid-phase fuel reforming at room temperature using nonthermal plasma. Energy Fuels, 2005, v. 19, pp. 1561 – 1565.
17. Sergiienko R., Shibata E., Zentaro A., Shindo D., Nakamura T., Qin G. Formation and characterization of graphite encapsulated cobalt nanoparticles synthesized by electric discharge in an ultrasonic cavitation field of liquid ethanol. Acta Materialia, 2007, v. 55, no. 11, pp. 3671 – 3680.
18. Titov E.Y., Bodrikov I.V., Vasiliev A.L. et al. Non-thermal plasma pyrolysis of fuel oil in the liquid phase. Energies, 2023, v. 16, no. 10, art. 4017.
19. Bodrikov I.V., Ivanova A.G., Vasiliev A.L. et al. Influence of low-voltage discharge energy on the morphology of carbon nanostructures in induced benzene transformation. RSC Advances, 2021, v. 11, pp. 39428 – 39437.
20. Грэг С., Синг К. Адсорбция, удельная поверхность, пористость. Пер. с англ. Москва, Мир, 1984, 306 с. / Gregg S.G., Sing K.S.W. Adsorption, surface area and porosity. London, Academic Press, 1982, 303 p.
21. Barrett E.P., Joyner L.G., Halenda P.H The determination of pore volume and area distributions in porous substances. I. Computations from nitrogen isotherms. Journal of the American Chemical Society, 1951, v. 73, no. 1, pp. 373 – 380.
22. Horvath G., Kawazoe K. Method for the calculation of effective pore size distribution in molecular sieve carbon. Journal of Chemical Engineering of Japan, 1983, no. 16, pp. 470 – 475.
23. Белоусов В.П., Белоусова И.М., Ермаков А.В. и др. Адсорбция кислорода фуллеренами и углеродными наноструктурами. Журнал физической химии, 2007, т. 81, № 10, с. 1847 – 1855. / Belousov V.P., Belousova I.M., Ermakov A.V. et al. Oxygen adsorption by fullerenes and carbon nanostructures. Russian Journal of Physical Chemistry, 2007, v. 81, pp. 1650 – 1657.
24. Averin K.A., Lebedev Y.A., Shchegolikhin A.N., Yablokov M.Y. Nanosize carbon products formed in microwave discharge in liquid alkanes. Plasma Process and Polymers, 2017, v. 14, no. 9, art. e201600227.
25. Shen B., Ding J., Yan X., Feng W., Li J., Xue Q. Influence of different buffer gases on synthesis of few-layered graphene by arc discharge method. Applied Surface Science, 2012, v. 258, pp. 4523 – 4531.
26. Wu Y., Zhang T., Zhang F., Wang Y., Ma Y., Huang Y., Liu Y., Chen Y. In situ synthesis of graphene/single-walled carbon nanotube hybrid material by arc-discharge and its application in supercapacitors. Nano Energy, 2012, v. 1, no. 6, pp. 820 – 827.
27. Murr L.E., Brown D.K., Esquivel E.V., Ponda T.D., Martinez F., Virgen A. Carbon nanotubes and other fullerenes produced from tire powder injected into an electric arc. Materials Characterisation, 2005, v. 55, no. 4–5, pp. 371 – 377.
28. Sugai T., Omote H., Bandow S., Tanaka N., Shinohara H. Production of fullerenes and single-wall carbon nanotubes by high-temperature pulsed arc discharge. Journal of Chemical Physics, 2000, v. 112, no. 13, pp. 6000 – 6005.
29. Александров И.А. Перегонка и ректификация в нефтепереработке. Москва, Химия, 1981, 352 с. / Alecsandrov I. Peregonka i rectificatsiya v neftepererabotke [Distillation and rectification in petroleum processing]. Moscow, Khimija Publ., 1981, 352 p. (In Russ.).
30. Белянин Б.В., Эрих В.Н, Корсаков В.Г. Технический анализ нефтепродуктов и газа. Учебное пособие для техникумов. Ленинград, Химия, 1986, 184 с. / Beljanin B.V., Erikh V.N., Korsacov V.G. Tekhnicheskij analiz nefteproductov i gaza. Uchebnoe posobie dlja tekhnicumov [Technical analysis of petroleum refining products and natural gases. Handbook for technical schools]. Leningrad, Khimija Publ., 1986, 184 p. (In Russ.).
31. Devi M., Rawat S., Sharma S. A comprehensive review of the pyrolysis process: from carbon nanomaterial synthesis to waste treatment. Oxford Open Materials Science, 2021, v. 1, no. 1, art. itab014.
32. Notarianni M., Liu J., Vernon K., Motta N. Synthesis and applications of carbon nanomaterials for energy generation and storage. Beilstein Journal of Nanotechnology, 2016, v. 7, pp. 149 – 196.
ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Оценка разрушающего давления газонаполненных пор с трещинами

С. И. Аверин, М. И. Алымов

Получено аналитическое выражение для оценки разрушающего давления газа внутри закрытой сфероидальной поры, с исходящей из поверхности поры трещиной. Использован подход линейной упругой механики разрушения (linear elastic fracture mechanics — LEFM). Разрушающее давление, определенное по критерию хрупкого разрушения Ирвина, зависит как от размеров поры и трещины, так и от формы самой поры. В качестве примера приведены расчеты для стали 0,5 % C – 1 % Cr и керамики Al2O3. Построены зависимости разрушающего давления в поре от радиуса и формы поры и от размера трещины. Показано, что для стали есть предельный размер пор, ниже которого газонаполненные поры с трещинами являются безопасными с точки зрения трещиностойкости, при условии отсутствия внешних нагрузок. Ограничение на пластическую зону в вершине трещины (LEFM) для стали, ограничивает легитимность представленных расчетов разрушающего давления по критерию Ирвина, размерами трещины l ³ 2,3 мм, и соответственно размерами поры a> 2,3 мм.

Ключевые слова: давление в поре, разрушающее давление в поре, порошки, сталь, керамика, теория упругости, порошковая металлургия, пористость, закрытые поры, газонаполненные поры.

DOI: 10.30791/1028-978X-2024-8-84-88
Аверин Сергей Иванович — Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН (119334, Москва, Ленинский проспект, 49), научный сотрудник, специалист в области порошковой металлургии и физического материаловедения. E-mail: qqzz@mail.ru.
Алымов Михаил Иванович — Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения РАН (142432, Черноголовка, ул. Академика Осипьяна, 8), доктор технических наук, член-корреспондент РАН, директор ИСМАН, специалист в области порошковой металлургии, материаловедения и нанопорошковых материалов. E-mail: alymov@ism.ac.ru.
Ссылка на статью:
Аверин С.И., Алымов М.И. Оценка разрушающего давления газонаполненных пор с трещинами. Перспективные материалы, 2024, № 8, c. 84 – 88. DOI: 10.30791/1028-978X-2024-8-84-88
Литература содержит 19 ссылок.

См. подробнее о статье на сайте e-library
Литература/References
к статье Аверин С.И., Алымов М.И. Оценка разрушающего давления газонаполненных пор с трещинами. Перспективные материалы, 2024, № 8, c. 84 – 88. DOI: 10.30791/1028-978X-2024-8-84-88
1. Марясев И.Г., Михайловская Л.М., Бочаров Л.Д. и др. Поры: их классификация и роль в реальных структурах огнеупорных материалов. Новые огнеупоры, 2011, № 6, с. 99 ‒ 109. / Maryasev I.G., Mikhailovskaya L.M., Bocharov L.D. еt al. Pores: their classification and role in actual refractory material structures. Refractories and Industrial Ceramics, 2011, v. 52, no. 3, pp. 202 ‒ 211.
2. Gregorová E., Pabst W., Bohacenko I. Characterization of different starch types for their application in ceramic processing. Journal of the European Ceramic Society, 2006, v. 26, no. 8, pp. 1301 ‒ 1309. DOI: 10.1016/j.jeurceramsoc.2005.02.015
3. Gregorová E., Zivcová Z, Pabst W. Starch as a pore forming and body-forming agent in ceramic technology. Starch/Stärke, 2009, v. 61, no. 9, pp. 495 – 502. DOI: 10.1002/star.200900138
4. David E.C., Zimmerman R.W. Compressibility and shear compliance of spheroidal pores: exact derivation via the Eshelby tensor, and asymptotic expressions in limiting cases. International Journal of Solids and Structures, 2011, v. 48, pp. 680 ‒ 686. DOI: 10.1016/j.ijsolstr.2010.11.001
5. Markov K. Micromechanics of heterogeneous media. In: Markov K., Preziosi L., editors. Heterogeneous media: Micromechanics modeling methods and simulations. Cambridge MA, Birkhäuser Boston, 2000, 162 p. DOI:10.1007/978-1-4612-1332-1
6. Чуканов А.Н., Терешин В.А., Гвоздев А.Е., Кутепов С.Н., Сергеев А.Н., Агеев Е.В., Яковенко А.А. Морфология объёмных зон пластичности у газонаполненных пор в литых и порошковых сталях в условиях стресс-коррозии. Известия Юго-Западного государственного университета, 2019, т. 23, № 5, с. 35 ‒ 52. https://doi.org/10.21869/2223-1560-2019-23-5-35-52 / Chukanov A.N., Tereshin V.A., Gvozdev A.E., Kutepov S.N., Sergeev A.N., Ageev E.V., Yakovenko A.A. Morfologiya ob’yomnyh zon plastichnosti u gazonapolnennyh por v lityh i poroshkovyh stalyah v usloviyah stress-korrozii [The morphology of the volume plasticity zones at the gas-filled pores in cast and powder steels under stress corrosion]. Izvestiya Yugo-Zapadnogo gosudarstvennogo universiteta [Proceedings of the Southwest State University], 2019, v. 23, no. 5, pр. 35 ‒ 52. (In Russ.). https://doi.org/10.21869/2223-1560-2019-23-5-35-52
7. Lawrence J., Waugh D.G. Laser surface engineering processes and applications. Cambridge, UK, Woodhead Publ., 2014, 694 p. https://doi.org/10.1016/C2013-0-16444-6
8. Алымов М.И., Анкудинов А.Б., Аверин С.И., Зеленский В.А., Галиев Ф.Ф. Максимальное давление газа в порах. Перспективные материалы, 2023, № 9, с. 83 ‒ 88. DOI: 10.30791/1028-978X-2023-9-83-88 / Alymov M.I., Ankudinov A.B., Averin S.I., Zelensky V.A., Galiev F.F. Maximum gas pressure in pores. Inorganic Materials: Applied Research, 2024, v. 15, no. 2, pp. 582 – 585.
9. Irwin G. R. Analysis of stress and strains near the end of a crack traversing a plate. J. Appl. Mech., 1957, v. 24, pp. 361 – 364.
10. Irwin G. R. Linear fracture mechanics, fracture transition, and fracture control. Engn. Fracture Mechanics, 1968, v. 1, pp. 241 – 257. DOI:10.1016/0013-7944(68)90001-5
11. Shiwei Chen, Minglu Xing, Yaxin Liu, Yanchun Yin, Yurong Li, Longfei Li. Analysis and calculation of stress intensity factors for type I cracks on the edge of elliptical holes under internal pressure. Journal of Theoretical and Applied Mechanics, 2024, v. 62, no. 1, pp. 157 – 169. DOI: https://doi.org/10.15632/jtam-pl/177173
12. Srinivasan M., Seetharamu S. Fracture toughness of metal castings. In book: Science and Technology of Casting Processes. Chapter 10. Intech Publ., 2012, 360 p. DOI: 10.5772/50297
13. Lange F.F. Transformation toughening. Part 4. Fabrication, fracture toughness and strength of Al2O3-ZrO2 composites. Journal of Materials Science, 1982, v. 17, p. 247 – 254. https://doi.org/10.1007/BF00809060
14. Tada, H., Paris, P.C., Irwin, G.R., The stress analysis of cracks handbook. 3th Edition, New-York, ASME Press, 2000, 696 p.
15. Sneddon I.N. The distribution of stress in the neighbourhood of a crack in an elastic solid. Proceedings of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences, 1946, v. 187(1009), pp. 229 – 260. DOI:10.1098/rspa.1946.0077
16. Hahn G.T., Rosenfield A.R. Experimental determination of plastic constraint ahead of a sharp crack under plane strain conditions. ASM Trans., 1966, v. 59, pp. 909 – 919.
17. Irwin G.R. Plastic zone near a crack and fracture toughness. Proceedings 7th Sagamore Ordnance Conference, 1960, p. IV63 – IV76.
18. Jia Y.J., Shi M.X., Zhao Y., Liu B. A better estimation of plastic zone size at the crack tip beyond Irwin’s model. Journal of Applied Mechanics, 2013, v. 80, pp. 051014/1-051014/6. DOI: 10.1115/1.4023642
19. Терентьев В.Ф., Колмаков А.Г., Курганова Ю.А. Теория и практика повышения надежности и работоспособности конструкционных металли­ческих материалов: учебное пособие. Ульяновск, УлГТ, 2010, 268 с. / Terent’ev V.F., Kolmakov A.G., Kurganova Y.A. Teoriya i praktika povysheniya nadezhnosti i rabotosposobnosti konstrukcionnyh metallicheskih materialov: uchebnoe posobie. [Theory and practice of increasing the reliability and performance of structural metal materials: study guide.]. Ul’yanovsk, ULGT Publ., 2010, 268 p. (In Russ.).
Made on
Tilda