Быстрый джоулев нагрев аморфных углеродных пленок, сформированных осаждением в плазме метана, производился электрическим разрядом батареи конденсаторов общей емкостью 180 мФ, заряженных до напряжения от 100 до 300 В. Для исследований привлечены методы спектроскопии комбинационного рассеяния света, сканирующей электронной микроскопии, рентгеновской энергодисперсионной спектроскопии и вольт-амперных характеристик. В спектрах комбинационного рассеяния света образцов после джоулева нагрева отчетливо проявляются G-, 2D- и D-пики, характерные для графеновых структур с sp2-гибридизированными связями. Анализ спектров показал, что отношение интенсивностей 2D- и G-пиков и D- и G-пиков свидетельствует о высоком качестве формируемых чешуек плоских структур турбостратного графена. Наиболее эффективным, с точки зрения формирования однослойных графенов, оказался джоулев, проведенный в результате протекания через углеродную пленку тока разряда конденсаторов, заряженных до напряжения U=160 В. Методами электронной микроскопии установлено, что быстрый термический нагрев при электрическом разряде приводит к значительной трансформации состояния атомарно-гладкой поверхности аморфной углеродной пленки. В результате на поверхности образуются сферические частицы размерами около 1 мкм, которые имеют зернистую структуру с размерами зерен около 100 нм. С другой стороны, сферические частицы собираются в агломерации размерами до нескольких единиц микрометров. Элементный анализ, проведенный методом энергодисперсионной спектроскопии, помимо углерода, показал высокое содержание кислорода в сферических частицах. Наиболее вероятной причиной данного явления может являться поглощение кислорода сформированными графеновыми чешуйками. Исследования смачиваемости поверхности образцов до и после джоулева нагрева показали повышение гидрофобности. Причиной возникновения водоотталкивающих свойств может являться «эффект лотоса», вызванный формированием сферических частиц размерами до 1 мкм и их более крупных конгломератов на поверхности пленки. Обнаружено кардинальное уменьшение электрического сопротивления исходной аморфной пленки от значений, соответствующих изолятору (R > 1 ТОм), до единиц кОм на квадрат поверхности. Увеличение электропроводности объясняется переходом углерода из аморфного состояния в электропроводящую графеноподобную структуру.
Целью данного исследования является характеристика композитного материала, полученного на основе прессованного грунта, армированного волокнами кукурузной шелухи. Для достижения этой цели работа началась с проведения множества лабораторных исследований волокон и грунтов. Были определены следующие параметры волокон: диаметр, предел прочности при разрыве, относительное удлинение при разрыве, деформация при разрыве, модуль Юнга 1, модуль Юнга 2 и максимальное напряжение. Кроме того, были определены геомеханические параметры грунтов, включая предел текучести, предел пластичности, а также оптимальную влажность грунта и его максимальную сухую плотность. Было выявлено, что прочность на растяжение снижается и варьируется в зависимости от увеличения содержания волокон кукурузной шелухи. Результаты также показывают, что скорость водопоглощения композитного материала увеличивается с увеличением содержания волокон, что объясняется, в частности, гидрофильной природой волокон растительного происхождения и их пористой структурой, способствующей поглощению воды. Кроме того, исследование показывает снижение плотности волокнистого композита с увеличением содержания волокон. Было также отмечено, что с увеличением соотношения волокон увеличивается модуль Юнга композита.
Актуальность исследования обусловлена развитием высокоточных методов лучевой терапии, в частности электронной брахитерапии, в которой в качестве источников излучения используются миниатюрные рентгеновские трубки. Одним из таких источников является Xoft Axxent (50 кВ), однако существующие протоколы расчета дозы (например, TG-43) недостаточно адаптированы для электронных источников из-за особенностей их спектра и геометрии. Это создает необходимость в разработке точных и универсальных моделей, позволяющих корректно рассчитывать дозовые распределения в клинических условиях. Целью работы стали разработка и верификация геометрической модели миниатюрного рентгеновского источника Xoft Axxent для электронной брахитерапии с использованием метода Монте-Карло. В задачи входило: построение геометрической модели источника на основе анализа литературных данных, моделирование спектра тормозного излучения, расчет дозиметрических параметров - радиальной функции и функции анизотропии - и их сравнение с опубликованными референсными данными. Моделирование выполнялось с помощью программного кода MC, основанного на физике EGS4. Результаты показали, что средняя энергия полученного спектра составила 26.72 кэВ, что согласуется с данными производителя (отклонение 0.46%). Однако для конфигурации источника без аппликатора были выявлены значительные расхождения в радиальной функции (до 38.4%), что указывает на ограничения применяемого кода МС для точного описания дозовых распределений в киловольтном диапазоне. Разработанная модель служит основой для создания универсального виртуального источника для систем планирования брахитерапии.
В работе исследовано воздействие СО2-лазера (λ=10,6 мкм) на свойства карбонового углепластика с эпоксидным наполнителем. Для характеристики образцов привлечены методы сканирующей электронной и оптической микроскопии, спектроскопии комбинационного рассеяния света, измерены краевые углы смачивания поверхности образцов. Исследования проводились в зависимости от мощности излучения лазера, скорости и периода сканирования луча. Морфология поверхности материала показывает высокую чувствительность к мощности лазерного пучка. Из полученных результатов следует, что воздействие лазера мощностью 9 Вт может приводить к полному испарению эпоксидной матрицы углепластика. Спектры комбинационного рассеяния света исходного углепластика соответствуют спектрам эпоксидной смолы и отвердителя. С усилением степени воздействия лазерной обработки происходит подавление эпоксидных линий и доминирование D-, G- и 2D- полос, соответствующих плоской графитовой структуре углеволокна. Для исследований значений краевых углов смачивания были отобраны образцы, в которых на микрофотографиях отсутствовали видимые изменения рельефа поверхности после лазерных обработок. Наибольшее уменьшение краевого угла смачивания от исходных значений, равных 85-90о, до ~65о наблюдалось после обработки лазером мощностью 8,5 Вт со скоростью сканирования 20 мм/с и межстрочным шагом 0,25 мм. Снижение мощности лазера до 7 Вт или увеличение межстрочного периода сканирования до 0,5 мм уменьшает разность контактных углов до/после обработки на 10-15°. Полученные результаты объяснены повышением поверхностной энергии за счет формирования оксидов и диоксидов углерода, а также удалением поверхностных загрязнений.