Прикладная физика

Описан принцип работы мощного понижающего преобразователя напряжения мощностью 16 кВт для использования в составе силовой установки гибридных летательных аппаратов. Преобразователь работает в диапазоне входных напряжений 1000–1300 В и диапазоне выходных 800–1000 В с ограничением по току в 20 А. Коэффициент полезного действия созданного преобразователя составляет около 99 %.

В работе обсуждаются некоторые свойства биокерамических бислойных покрытий на поверхностях титанового сплава Ti-6Al-4V, полученных путем микродугового ок-сидирования и последующего детонационного напыления кальций фосфатных (Ca-P) покрытий на основе гидроксиапатита. Получены двухслойные системы: слой TiO2 на подложке (толщиной покрытия  2–3 мкм) и последующий Ca-P слой (толщиной до  100–150 мкм). Данные покрытия были исследованы методами электронной микро-скопии, рентгеноструктурного и энергодисперсионного анализа. В составе обнаружены только биосовместимые фазы – анатаз, гидроксиапатит и трикальций фосфат. При этом никаких цитотоксических компонентов не зарегистрировано. Стехиометрическое соотношение составляло Ca/P  1,56–1,86. Сделано заключение о перспективности предложенной комплексной технологии нанесения бислойных керамик на титановые импланты.

Исследованы вольт-амперные характеристики p-Si–n-Si1-xSnx (0  x  0,04) структур, в температурном диапазоне от 293 до 453 К. Определено, что начальные участки пря-мых ветвей ВАХ при всех температурах описываются экспоненциальной зависимостью тока от напряжения, а затем следует квадратичный участок, который описывается дрейфовым механизмом переноса носителей в режиме омической релаксации объемного заряда. Были определены энергии активации двух глубоких уровней со значениями 0,21 эВ и 0,35 эВ, которые приписываются междоузельным атомам Sn и А-центрам, соответственно. Обоснована перспективность использования твердых растворов Si1-xSnx (0  x  0,04), полученных на кремниевых подложках, в качестве активного материала при изготовлении инжекционных диодов.

Предложена методика и выполнены расчеты зависимостей коэффициента излучения абсолютно черного тела (АЧТ) от размеров диафрагм излучающего отверстия, для гипотетических случаев, когда размеры диафрагм соизмеримы с излучаемыми длинами волн, а диафрагмы изготовлены из непрозрачного для излучения диэлектрика. Определена величина длины волны «отсечки» λ = 1,772 × A для квадратного отверстия диафрагмы, где A – сторона квадрата и λ = 1,571× D для круглого отверстия, где D – диаметр отверстия, т. е. показано, что тело не может излучать длины волн λ большие, чем 1,772 × A в случае квадратного отверстия и 1,571 × D в случае круглого отверстия. Показано, что если «отсеченные» длины волн вносили сколько-нибудь заметный вклад в интегральное излучение АЧТ с температурой Т при стандартных диаметрах диафрагм (т.е. при диаметрах много больших излучаемых длин волн), то коэффициент излучения этого тела становится меньше единицы и быстро уменьшается при размерах диафрагм, соизмеримых с λ. В этих случаях, подобное тело перестает быть абсолютно черным телом и для расчетов мощности его излучения нельзя применять законы Планка и Стефана–Больцмана, но можно использовать методику, предложенную в этой работе.

Представлены результаты получения эпитаксиальных пленок теллура на подложках из слюды (мусковит) методом термического испарения Те в среде водорода. Образование молекул Н2Te в зоне тигля, их диффузия в зону подложки и термализация с ростовой поверхностью за счёт высокой теплопроводности водорода, диссоциативная ад-сорбция Н2Te на поверхности с последующей десорбцией H2 и накоплением атомарного теллура (Те) являются ключевыми особенностями процесса кристаллизации пленки на всех ее стадиях. Атомарный теллур способствует зарождению и ро-сту жидкокапельных ориентированных зародышей при температурах подложки близких к температуре плавления теллура (450 оС). На стадии коалесценции жидко-фазных островков формируется «мозаика» островковой фазы, состоящая из пустот разных размеров, ограниченных кристаллографическими гранями. После формирования сплошной пленки начинается стадия автоэпитаксиального роста пленки, также реализуемая по островковому механизму пар-жидкость-кристалл (ПЖК-механизм). По структурному совершенству, полученные пленки и слои Те превосходят объемные монокристаллы и могут найти применение для изготовления приборных структур в области микро-, опто-, акустоэлектроники.

Представлен конструктивно простой и достаточно универсальный метод диагностики структурного совершенства полупроводниковых пленок в процессе их синтеза в установке МЛЭ по генерации второй гармоники (ВГ) с использованием импульсно-периодического YAG:Nd лазера.

Зафиксировано появление трех групп заряженных частиц при воздействии импульса лазерного излучения оптического диапазона с интенсивностью  109 Вт/см2 на металлическую мишень в среде разреженного газа. Показана возможность использования ленгмюровского зонда для диагностики плазменных процессов с наносекундным временным разрешением.

Исследовано влияние на параметры разряда в цезий – ртуть – ксеноновой парогазовой смеси возвращенного обратно в плазму собственного излучения газоразрядной лампы. Изучены трансформация спектра излучения, формирование плазменного канала при достижении квазистационарной стадии. В результате исследования самообращения резонансной линии цезия доказана определяющая роль роста давления паров плазмообразующей среды на изменение характеристик плазмы.

Экспериментально исследована возможность получения нанокристаллической целлюлозы (НКЦ) путем газоразрядной обработки водных суспензий микрокристаллической целлюлозы или фильтровальной бумаги. Для обработки использовали разряд постоянного тока при атмосферном давлении с водным катодом при токе разряда 35 мА и напряжении горения 1500 В. Найдено, что плазмохимическая обработка цел-люлозосодержащего материала в воде без использования других реагентов приводит к выделению НКЦ с относительно большими размерами частиц и небольшим поверхностным зарядом.

В работе рассмотрены вопросы лазерного плазмохимического травления материалов электронной техники на примере разделения пластин алмаза и сапфира на кристаллы. В основе разработанного метода лежит физическое явление – оптический пробой в специально подобранных газовых средах, в которых поджигается плазма и производится плазмохимическое травление материалов подложек (пластин) с образованием летучих продуктов химических реакций и их эвакуацией с помощью вакуумной системы. Работы проводились в диапазоне рабочих давлений 110-3–110-1 Торр. В качестве рабочих сред использовались фторидные системы: (SF6 + O2; CClF3 + O2; F2 и т. д.), чистый кислород (О2) и водород (Н2). Обе системы – фторидная и кислородная «работают» хорошо для алмаза. Водородная система предпочтительна для сапфира.

На сегодняшний день одной из важных и актуальных задач науки аэродинамики является исследование и оптимизация аэродинамических характеристик форм тел в потоке газа. Данная проблема возникает при проектировании летательных аппаратов и различных судов и связана с рациональным выбором формы профиля по большому количеству различных характеристик и, в частности, по величине аэродинамического сопротивления.

В данной работе описываются методы оптимизации осесимметричного аэродинамического профиля в стационарном ламинарном невязком потоке газа под различны-ми углами атаки. Предлагаемый метод решения подобной проблемы оптимизации и численного исследования аэродинамических характеристик описанного тела в потоке является актуальным ввиду сложности ее решения, например, традиционными методами на основе системы дифференциальных уравнений Навье-Стокса. Экспериментальные методы имеют своей основой дорогостоящие и затратные по времени инструменты, не гарантирующие нахождение оптимума. Такой вычислительный инструмент, например, как Ansys Fluent хорошо приспособлен для решения подобных задач гидроаэродинамики и позволяет не только ускорить и удешевить процесс проведения вычислительного эксперимента, но и повысить эффективность его проведения.

В статье описывается процесс поиска оптимума, сводящийся к минимизации лобового сопротивления ранее описанного нами осесимметричного профиля. Также приводится описание параметризации геометрии профиля крыла и его анализ посредством предлагаемого программного комплекса.

Результатом проведенного численного исследования является полученное описание аэродинамических характеристик оптимизированной формы профиля для различных скоростей потока газа.