РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКОЙ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ ЭЛЕКТРОННОЙ ПЛОТНОСТИ В ДИБОРИДЕ ХРОМА (2024)
Цель работы – теоретическое и экспериментальное исследование электронного строения CrB2. По данным прецизионных рентгенодифракционных экспериментов при комнатной и
низких температурах построены распределения деформационной и валентной электронной плотности (РЭП). Рассчитано теоретическое РЭП на основе модифицированного статистического метода. РЭП для двух типов псевдопотенциала показывают достаточно хорошее совпадение как по топологии, так и по численным значениям во всех областях за исключением ионных остовов. Сравнение экспериментального и теоретического распределения показало их согласие в областях химической связи кроме различия на линии Cr–Сr. Обнаруженные особенности РЭП и теплового движения атомов указывают на квазислоистый характер электронной структуры. Высокая степень локализации s, p-состояний бора определяет решеточные свойства диборидов. Полученные результаты могут быть полезны для синтеза сверхтвердых веществ и создания перспективных материалов техники.
Идентификаторы и классификаторы
- Префикс DOI
- 10.33184/bulletin-bsu-2024.1.5
Бориды переходных металлов обладают уникальными физико-химическими характеристиками, обусловливающими их большое технологическое значение. Они отличаются сочетанием высокой твердости, тугоплавкости, химической инертности, хорошей тепло- и электропроводности, специфической электронной структуры [1–2].
Установлено, что по абразивным и прочностным свойствам монокристаллы этих соединений могут превосходить корундовые материалы. С целью повышения срока эксплуатации техники используют боридные покрытия на легированных сталях. Для получения поверхностного слоя деталей с высокими абразивной стойкостью, твердостью и прочностью применяются методы борирования [3–5]. Совершенствование процесса борирования требует исследования структуры и свойств образующихся покрытий. В связи с вышеизложенным, подробное рассмотрение связи между составом, структурой и свойствами боридов является актуальной задачей. В последние годы российскими учеными [6–7] разработаны алгоритмы компьютерного моделирования кристаллических структур для предсказания потенциальных сверхтвердых соединений, сравнимых по твердости с алмазом. На основе этих алгоритмов составлен список сверхтвердых материалов, которые могли бы использоваться во многих областях техники. Наибольший интерес из них представляют материалы с сочетанием высокой твердости и трещиностойкости, прежде всего, это бориды переходных металлов, производство которых к тому же не требует высоких затрат.
Список литературы
- Крутский Ю. Л., Черкасова Н. Ю., Гудыма Т. С. и др. Дибориды некоторых переходных металлов: свойства, области применения и
методы получения. Ч. 1. Дибориды титана и ванадия (обзор) // Известия высших учебных заведений. Черная металлургия. 2021. Т. 64.
№2. С. 149–164. - Крутский Ю. Л., Гудыма Т. С., Дюкова К. Д. и др. Дибориды некоторых переходных металлов: свойства, области применения и методы
получения. Ч. 2. Дибориды хрома и циркония (обзор) // Известия высших учебных заведений. Черная Металлургия. 2021. №64(6).
С. 395–412. - Скороходов Д. М., Басов С. С., Денисов В. А., Свиридов А. С. Исследование микротвердости боридных покрытий, полученных на
стали 65Г из различных составов борирующих смесей // Технический сервис машин. 2021. №2(143). С. 144–150. - Ишков А. В., Кривочуров Н. Т., Мишустин Н. М. и др. Износостойкие боридные покрытия для почвообрабатывающих органов сельхозтехники // Вестник Алтайского гос. аграрного ун-та. 2010. №9(71). С. 71–75.
- Кисель Ю. Е. Повышение долговечности деталей сельскохозяйственной техники электротермической обработкой композиционных
электрохимических покрытий: автореф. … докт. тех. наук. Саратов: Сарат. гос. аграр. ун-т им. Н. И. Вавилова, 2014. 37 с. - Rybkovskiy D. V. , Kvashnin A. G., Kvashnina Y. A., Oganov A. R. Structure, Stability, and Mechanical Properties of Boron-Rich Mo–B Phases:
A Computational Study // Journal of Physical Chemistry Letters. 2020. Vol. 11. Issue 7. P. 2393–2401. - Allahyari Z., Oganov A. R. Coevolutionary search for optimal materials in the space of all possible compounds // Computational Materials. 2020.
Vol. 6. No. 55. P. 1–10. - Nagamatsu J., Nakagawa N., Muranaka T. et al. Superconductivity at 39 K in magnesium diboride // Nature. 2001. Vol. 410. P. 63–64.
- Langmann J., Kepenci H., Eickerling G. et al. Experimental X-ray Charge-Density Studies – A Suitable Probe for Superconductivity? A Case
Study on MgB2 // Journal of Physical Chemistry A. 2022. No. 126. P. 8494–8507. - Криницина Т. П, Кузнецова Е. И., Дегтяревa М. В., Блинова Ю. В. Сверхпроводники на основе MgB2: структура и свойства // Физика
металлов и металловедение. 2021. Т. 122. №12. С. 1271–1295. - Longji Dadiel J., Muralidhar M., Murakami M. Improved superconducting performance of Ag-added nano-diamond doped MgB2 // Superconductivity and Particle Accelerators. 2018. Art. 110540I.
- Bhagurkar A. G., Yamamoto A., Wang L. et al. High Trapped Fields in C-doped MgB2 Bulk Superconductors Fabricated by Infiltration and
Growth Process // Scientific Reports. 2018. Vol. 8. P. 13320. - Li W., Kang J., Fu S. et al. Rare earth doping effects on superconducting properties of MgB2: A review // Journal of Rare Earths. 2019. Vol. 37.
P. 124–133. - Dyson J., Rinaldi D., Barucca G. et al. Flux Pinning in Y- and Ag-Doped MgB2 // Advanced Materials Physical Chemistry. 2015. Vol. 5. No. 10.
P. 426–438. - Magnusson N., Eliassen J. C., Abrahamsen A. B. et al. Fabrication of a Scaled MgB2 Racetrack Demonstrator Pole for a 10-MW Direct-Drive
Wind Turbine Generator // IEEE Transactions on Applied Superconductivity. 2018. Vol. 28. No. 4. P. 5207105. - Maekawa K., Takeda M., Hamaura T. et al. First experiment on liquid hydrogen transportation by ship inside Osaka bay // IOP Conference
Series: Materials Science and Engineering. 2017. Vol. 278. Art. 012066. P. 1–8. - Wang D., Xi D., Wang Q. et al. Fabrication of (6+1)-Structure Superconducting Cable Based on 30-Core MgB2 Superconducting Wire // IEEE
Transactions on Applied Superconductivity. 2020. Vol. 30. No. 4. P. 6200205. - Bruzek C. E., Ballarino A., Escamez G. et al. Cable conductor design for the high-power MgB2 DC superconducting cable project within BEST
PATHS // IEEE Transactions on Applied Superconductivity. 2017. Vol. 30. No. 4. P. 1–5. - Abdyukhanov I. M., Tsapleva A. S., Borisov A. V. et al. Effect of Synthesis Conditions on the Structure and Phase Composition of Magnesium
Diboride // Inorganic Materials: Applied Research. 2019. No. 1. P. 162– 167. - Самбуева С. Р. Исследование электронного строения износостойких боридных покрытий для упрочнения деталей сельскохозяйственной техники // Вестник БГСХА им. В. Р. Филиппова. 2023. №2(71). С. 157–169.
- Китайгородский А. И. Рентгеноструктурный анализ. М.: Книга по Требованию, 2012. 652 с.
- Илюшин А. С., Орешко А. П. Дифракционный структурный анализ в 2-х ч. Ч. 1. М.: Юрайт, 2020. 327 с.
- Илюшин А. С., Орешко А. П. Дифракционный структурный анализ в 2-х ч. Ч. 2. М.: Юрайт, 2020. 299 с.
- Анисович А. Г. Рентгеноструктурный анализ в практических вопросах материаловедения. Минск: Белоруская навука, 2017. 207 с.
- Самбуева С. Р., Кодесс Б. Н. Рентгенодифракционное исследование боридов переходных металлов // Вестник Бурятского гос. ун-та.
- Вып. 3/2015. С. 12–17.
- Носик В. Л. Теоретические аспекты взаимодействия рентгеновского излучения с кристаллами с искаженной решеткой: автореф. …
докт. физ.-мат. наук. М.: Нац. исслед. центр «Курчатовский институт», 2015. 22 с. - Винтайкин Б. Е. Физика твердого тела. М.: МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2009. 360 с.
- Самбуева С. Р., Кодесс Б. Н. Структурные исследования монокристаллов «Мо2В5» // Вестник БГСХА им. В. Р. Филиппова. 2015.
№2(39). С. 154–160. - Самбуева С. Р., Кодесс Б. Н. Распределение электронной плотности в дибориде хрома // Мат-лы Первого Российского кристаллографического конгресса «От конвергенции наук к природоподобным технологиям», 21–26 ноября 2016 г., Москва. М., СПб: НП-Принт,
- С. 335.
- Резник И. М. Частично-локальное приближение для электронной плотности кристаллов // Физика твердого тела. 1988. Т. 30. №11.
С. 3496–3498. - Разаренова Л. К., Резник И. М. О приближении обменного потенциала полупроводника // Физика и техника полупроводников. 1986.
Т. 20. №5. С. 947–950.
Выпуск
Другие статьи выпуска
Собраны и проанализированы значения термических коэффициентов давления, изотермических коэффициентов сжимаемости и коэффициентов поверхностного натяжения 67 органических жидкостей различных классов. Обнаружены нелинейные корреляции между термическими коэффициентами и коэффициентом поверхностного натяжения. Полученные корреляции указывают на близкую природу явлений поверхностного натяжения, изотермического сжатия и внутреннего давления жидкостей
Статья посвящена описанию методов и алгоритмов для анализа сложных физико-химических процессов с использованием имитационного подхода к моделированию. В отличие от классических методов использование имитационного подхода позволяет рассмотреть сложные молекулярные взаимодействия и динамику реакций на уровне, недоступном для экспериментов. С целью воспроизведения кривой молекулярно-массового распределения в работе представлен пошаговый алгоритм, в основе которого лежит идея цифрового фракционирования образуемого массива данных по значениям молекулярной массы. Проведенные вычислительные испытания для продукта полимеризации изопрена в присутствии неодимового катализатора показали, что рассчитанная кривая молекулярно-массового распределения согласуется с результатами модельного построения. Рассчитанные значения усредненных молекулярных масс показали удовлетворительное согласование с результатами лабораторного эксперимента.
Рассмотрен технологически простой метод создания и управления электропроводностью полимер-углеродного композита на основе коммерческих полиариленфталидов и графена. Показана возможность настройки электропроводности композитных пленок в широких пределах методом вибрации подложки в процессе формования. Получены электропроводящие пленки из композитного материала, перспективные для создания электронной компонентной базы и элементов для мягкой робототехники и сенсорных матриц типа электронная кожа.
Исследуется нестационарный процесс истечения жидкого азота через коническое сопло при разгерметизации камеры высокого давления. Для описания процесса принята двухфазная пространственная осесимметричная модель парожидкостной смеси в двухтемпературном, однодавленческом, односкоростном приближениях, учитывающая неравновесные процессы испарения и конденсации. Интенсивность фазового перехода зависит от числа и радиуса пузырьков, степени перегрева по температуре, теплоты парообразования, коэффициента теплопроводности и чисел Нуссельта и Якоба. Исследована эволюция вскипания струи жидкого азота в области криогенных температур в зависимости от различных начальных условий. Проанализировано влияние степени перегрева на угол распыления струи. Верификация разработанного численного метода оценена путем сопоставления с экспериментальными данными.
В работе приведена методика моделирования манипулятора, состоящего из двух элементов со сферической рабочей поверхностью: неподвижно зафиксированного элемента и находящегося в точечном контакте с ним подвижного элемента. Элементы содержат четыре сквозных отверстия, симметричных относительно центра, через которые проходят стержни, закрепленные на нижней поверхности подвижного элемента. Качение подвижного элемента осуществлялось за счет вертикального перемещения стержней. Получены траектории перемещения подвижного элемента, а также напряжено-деформированные состояния элементов и стержней. Предложенная модель позволяет моделировать напряженно-деформированное состояние рассматриваемого типа манипулятора в зависимости от геометрии составных частей манипулятора, материалов элементов и стержней, внешних воздействий и ориентации элементов (учет влияния гравитации). Базовая модель может быть использована для построения модели многоэлементного манипулятора.
Рассматриваются алгебра целых функций экспоненциального типа, ограниченных на вещественной прямой – алгебра Бернштейна. Доказан критерий принадлежности функции множеству делителей этой алгебры в терминах так называемого «медленного убывания». Аналогичные критерии известны для важных в приложениях алгебр Шварца и Берлинга-Бьорка. Также в работе описывается связь между множеством делителей алгебры Бернштейна и классом функций типа синуса.
Изучаются некоторые постановки задач интерполяции с бесконечным множеством узлов, дискретным в выпуклой области, рядами экспонент с показателями из заданного множества, а также элементами инвариантных относительно дифференцирования подпространств голоморфных функций, в некоторой конкретной области или во всех выпуклых областях и с произвольными дискретными множествами узлов в этих областях. В доказательствах важную роль играет известный эффект принудительного аналитического продолжения функций, используемых для интерполяции. Найдено необходимое и достаточное условие на заданное неограниченное множество показателей, обеспечивающее разрешимость задачи интерполяции элементами инвариантных подпространств, порождаемых системой экспонент с этими показателями во всех выпуклых областях c произвольными дискретными множествами узлов в этих областях. На основе этого критерия доказана возможность сведения к эквивалентным задачам, например, к задаче аппроксимации интерполяционных данных значениями сумм рядов
экспонент в узлах интерполяции. Доказано существование сумм рядов экспонент и функций из инвариантных подпространств, обладающих экзотическим поведением как самой функции, так и ее производных вблизи границы выпуклой области.
Издательство
- Издательство
- УУНИТ
- Регион
- Россия, Уфа
- Почтовый адрес
- 450076, Приволжский федеральный округ, Республика Башкортостан, г. Уфа, ул. Заки Валиди, дом 32
- Юр. адрес
- 450076, Приволжский федеральный округ, Республика Башкортостан, г. Уфа, ул. Заки Валиди, дом 32
- ФИО
- Захаров Вадим Петрович (РЕКТОР)
- E-mail адрес
- rector@uust.ru
- Контактный телефон
- +7 (347) 2299677
- Сайт
- https://uust.ru/