Том 514, № 1 (2024)

Легированные наночастицы кремния сочетают в себе доступность и биосовместимость материала с широким разнообразием функциональных свойств. В обзоре рассмотрены способы получения легированных наночастиц кремния, основными из которых являются химическое осаждение из газовой фазы, отжиг нестехиометрических соединений кремния, диффузионное легирование. Собраны данные о достигнутых содержаниях примесей; для важного частного случая фосфора показано, что избыточная относительно растворимости в кремниевых кристаллах примесь не проявляет электрической активности. Приведены закономерности в распределении примесей внутри наночастиц, исследованные в последнее десятилетие с помощью информативных методов атомно-зондовой томографии и твердотельного ЯМР. Рассмотрены перспективные оптические и электрофизические свойства легированных наночастиц кремния, на примере локализованного плазмонного резонанса показана существенная роль положения примесей в дизайне материала с искомыми свойствами.

Впервые разработаны гетерогенный и механохимический способы синтеза новых композиционных материалов на основе фосфатов титана, кальция и магния, демонстрирующих высокую эффективность в качестве сорбентов при очистке растворов от катионов тяжелых металлов и радионуклидов. Совместное действие отдельных компонентов сорбента обеспечивает его высокую сорбционную емкость по отношению к различным катионам в широком диапазоне pH. Установлены оптимальные условия, обеспечивающие получение продуктов с заданным фазовым составом. Использование раствора фосфорсодержащего агента и твердых прекурсоров, взятых в стехиометрическом соотношении, и мягкие гидротермальные условия позволяют свести объемы жидких отходов к минимальному значению. На первой стадии синтеза, помимо осаждения фосфата титана, происходит образование прекурсора, необходимого для второй стадии – формирования кислых фосфатов кальция и магния. Таким образом, процедура синтеза соответствует принципам “зеленой химии”.

Поверхность аморфного сплава на основе кобальта номинального состава Co75Si15Fe5Cr4.5Al0.5 была модифицирована наноструктурами при анодировании в ионной жидкости – бис(трифторметансульфонил)имиде 1-бутил-3-метилимидазолия. Проведено сравнение магнитных (удельной намагниченности насыщения и коэрцитивной силы) и коррозионных (потенциала коррозии и сопротивления) характеристик аморфного сплава до и после электрохимического модифицирования поверхности наноструктурами. Модифицирование поверхности сплава частично меняет его магнитные свойства. После коррозионных испытаний наблюдается возрастание значения коэрцитивной силы. Коррозионные испытания проводили методом поляризационных кривых в растворе Рингера. Коррозионная устойчивость модифицированных оксидными наноструктурами сплавов выше, чем коррозионная устойчивость шлифованного сплава. Увеличение коррозионной стойкости определяется в основном присутствием наноструктур.

Получены новые полимерные композиционные материалы (ПКМ) на основе смеси фенолформальдегидного и фталидсодержащего фенолформальдегидного связующих резольного типа, армированных полиоксадиазольным волокном, и исследованы их трибологические свойства. Изучено влияние содержания фталидсодержащего фенолформальдегидного полимера в двухкомпонентной смеси связующих на твердость поверхностного слоя, трибологические и термофрикционные свойства ПКМ в различных узлах сухого трения по стали. Показано, что полученные ПКМ по трибологическим и термофрикционным свойствам превосходят ПКМ на основе фенолформальдегидного или фталидсодержащего фенолформальдегидного связующих резольного типа.

Изучен шестикомпонентный высокоэнтропийный карбид (ВЭК) (Ti_0.2Zr_0.2Hf_0.2Nb_0.2Ta_0.2)C. Электронная структура рассчитывалась ab initio с помощью пакета VASP для суперячейки из 512 атомов, построенной с применением специальных квазислучайных структур. Путем глубокого машинного обучения получен потенциал искусственных нейронных сетей (ИНС-потенциал), качество которого оценивалось по величине среднеквадратичных отклонений энергий, сил и вириалов. Сгенерированный ИНС-потенциал использовался в пакете классической молекулярной динамики LAMMPS для анализа как бездефектной модели указанного сплава, состоящей из 4096 атомов, так и впервые для модели поликристаллического ВЭК, состоящей из 4603 атомов. Было проведено моделирование одноосного растяжения ячейки, определены коэффициенты упругости, модуль всестороннего сжатия, модуль упругости и коэффициент Пуассона. Полученные значения хорошо согласуются с экспериментальными и расчетными данными, что говорит о хорошей предсказательной способности сгенерированного потенциала.