bluuebunny/crossref_metadata_2025 huggingface dataset:
GENERAL PHENOMENOLOGICAL APPROACH FOR THE DESCRIPTION OF ADSORPTION AND ABSORPTION EQUILIBRIA
Authors: Твардовский Андрей Викторович
Published: December 2022

Вплоть до настоящего времени весьма актуальной задачей является построение общей теории равновесной адсорбции. В представленной работе дан общий феноменологический подход для описания как адсорбционных, так и абсорбционных равновесий. Было показано, что при определенных допущениях полученное уравнение переходит в известные классические уравнения Генри, Лэнгмюра, Брунауэра-Эмметта-Теллера с константами, имеющими ясный физический смысл. Так, константа в уравнении Генри определяется температурой, удельной поверхностью адсорбента, размером молекул адсорбата, молярной массой адсорбата и изостерической теплотой адсорбции (энергией взаимодействия молекул адсорбата с поверхностью адсорбента). В выведенном частном уравнении Брунауэра-Эмметта-Теллера, в отличие от классического варианта, впервые указана ясная зависимость константы уравнения от конкретных физических характеристик адсорбционной системы. Она определяется концентрацией молекул адсорбата в жидкой фазе при рассматриваемой температуре, концентрацией молекул адсорбата при образовании плотного монослоя на поверхности адсорбента, энергией взаимодействия молекул адсорбата с поверхностью адсорбента и теплотой конденсации. Представленный подход может служить основой для моделирования самых различных адсорбционных и абсорбционных явлений, включая адсорбцию на микропористых адсорбентах.

Up to the present time, the construction of a general theory of the equilibrium adsorption is a very urgent task. In the present paper, a general phenomenological approach is developed to describe both adsorption and absorption equilibria. It was shown that under certain assumptions, the resulting equation transforms into the well-known classical Henry, Langmuir, Brunauer-Emmett-Teller equations with constants having a clear physical meaning. Thus, the constant in the Henry equation is determined by the temperature, the specific surface of the adsorbent, the size of the adsorbate molecules, the molar mass of the adsorbate and the isosteric heat of adsorption (the energy of interaction of the adsorbate molecules with the surface of the adsorbent). In the derived Brunauer-Emmett-Teller partial equation, in contrast to the classical version, a clear dependence of the equation constant on the specific physical characteristics of the adsorption system is indicated for the first time. It is determined by the concentration of adsorbate molecules in the liquid phase at the temperature under consideration, the concentration of adsorbate molecules during the formation of a dense monolayer on the surface of the adsorbent, the energy of interaction of adsorbate molecules with the surface of the adsorbent and the heat of condensation. The presented approach can serve as a basis for modeling a variety of adsorption and absorption phenomena, including adsorption on microporous adsorbents.
THICKNESS OF THE SURFACE LAYER OF AS-CLASS HYDROCARBONS
Authors: Юров Виктор Михайлович , Портнов Василий Сергеевич , Маусымбаева Алия Думановна
Published: December 2022

В работе поставлена цель - это построение модели поверхностного слоя объектов (кристаллов) и выяснение роли поверхностной энергии в физических процессах, протекающих в области наноразмеров. В качестве объектов были выбраны каркасные углеводороды типа адамантана, которые имеют высокосимметричную алмазоподобную структуру. На основе эмпирической модели впервые проведено определение толщин поверхностного слоя и поверхностной энергии каркасных углеводородов. На практике это очень важно, поскольку все значимые в эксплуатации физические и химические процессы происходят через поверхностный слой. Для адамантана толщина этого слоя равна 21,6 нм, а для алмаза - 8,2 нм, то есть они представляют собой наноструктуру. Такое различие в толщине поверхностного слоя двух типов структур обуславливает их резкое отличие в их свойствах, в частности, в их поверхностной энергии, которая определяет их механические свойства. Для адамантана поверхностная энергия равна 378,7 мДж/м, а для алмаза - 9400 мДж/м. На практике исследователями установлено, что при ударно-волновом воздействии степень превращения адамантан → алмаз составляет почти 30 %. Работа адгезии для каркасных углеводородов имеет значение 400-500 мДж/м, а внутренние напряжения - 35-45 МПа, которые в поверхностном слое приводят к уменьшению адгезиционной прочности и возникновению обратного эффекта Холла-Петча.

The aim of the work is to build a model of the surface layer of objects (crystals) and to elucidate the role of surface energy in physical processes occurring in the nanoscale region. Frame hydrocarbons of the adamantane type, which have a highly symmetrical diamond-like structure, were chosen as objects. On the basis of an empirical model, the thickness of the surface layer and the surface energy of framework hydrocarbons were determined for the first time. In practice, this is very important, since all physical and chemical processes significant in operation occur through the surface layer. For adamantane, the thickness of this layer is 21.6 nm, and for diamond it is 8.2 nm, that is, they represent a nanostructure. Such a difference in the thickness of the surface layer of the two types of structures causes their sharp difference in their properties, in particular, in their surface energy, which determines their mechanical properties. For adamantane, the surface energy is 378.7 mJ/m, and for diamond it is 9400 mJ/m. In practice, researchers have found that under shock-wave action, the degree of adamantane → diamond transformation is almost 30%. The work of adhesion for frame hydrocarbons is 400-500 mJ/m, and internal stresses are 35-45 MPa, which in the surface layer lead to a decrease in adhesive strength and the inverse Hall-Petch effect.
COMPUTER QUANTUM CHEMICAL MODELING OF THE INTERACTION OF CALCIUM PHOSPHATE WITH AMINO ACIDS
Authors: Блинова Анастасия Александровна , Блинов Андрей Владимирович , Пирогов Максим Александрович , Огурков Кирилл Александрович , Маглакелидзе Давид Гурамиевич , Яковенко Андрей Антонович
Published: December 2022

В данной работе проведено квантово-химическое моделирование процесса взаимодействия фосфата кальция с аминокислотами. В рамках квантово-химического моделирования рассчитывали полную энергию молекулярного комплекса E, разницу энергии молекулы аминокислоты и системы «фосфат кальция-аминокислота» ΔE, энергия высшей заселённой молекулярной орбитали E, энергию низшей свободной молекулярной орбитали E, химическую жёсткость системы η. В качестве стабилизатора рассматривали восемь незаменимых протеиногенных аминокислот. В результате анализа данных установлено, что все представленные взаимодействия являются энергетически выгодными ΔE > 3370 ккал/моль, а химическая жёсткость этих взаимодействий находится в диапазоне от 0,049 до 0,090 эВ. Исходя из полученных данных, наиболее стабильным и энергетически выгодным взаимодействием является система «фосфат кальция-лизин» ΔE = 3395,848 ± 0,151 ккал/моль, η = 0,085 ± 0,006 эВ. Для подтверждения полученных данных образцы исследовали методом ИК-спектроскопии. Установлено, что взаимодействие аминокислоты лизина с поверхностью частицы фосфата кальция происходит при связывании кислорода с аминогруппами в молекуле лизина.

In this work, a quantum-chemical modeling of the process of interaction of calcium phosphate with amino acids was carried out. Within the framework of the quantum chemical modeling, the total energy of the molecular complex E, the energy difference between the amino acid molecule, and the «calcium phosphate - amino acid» system ΔE, the energy of the highest occupied molecular orbital E, the energy of the lowest free molecular orbital E, and the chemical rigidity of the system η were calculated. In this work, 8 essential proteinogenic amino acids were considered as stabilizers. As a result of the data analysis, it is found that all the presented interactions are energetically favorable: ΔE > 3370 kcal/mol, and the chemical rigidity of these interactions is in the range from 0,049 to 0,090 eV. Based on the obtained data, the most stable and energetically favorable interaction is the «calcium phosphate - Lys» system (ΔE = 3395,848 ± 0,151 kcal/mol, η = 0,085 ± 0,006 eV). To confirm the data obtained, the samples were examined by IR spectroscopy. It has been established that the interaction of the amino acid lysine with the surface of a calcium phosphate particle occurs when oxygen is bound to amino groups in the lysine molecule.
COMPARATIVE MOLECULAR DYNAMICS SIMULATION OF SYNTHESIS OF SILVER NANOPARTICLES FROM THE GAS PHASE
Authors: Васильев Сергей Александрович , Пуйтов Владимир Владимирович , Талызин Игорь Владимирович , Самсонов Владимир Михайлович
Published: December 2022

Осуществлено сравнительное молекулярно-динамическое моделирование газофазного синтеза наночастиц Ag с использованием двух различных типов многочастичных потенциалов межатомного взаимодействия: потенциала, отвечающего методу погруженного атома, и потенциала сильной связи. Начальная температура в зависимости от эксперимента составляла от 1000 до 3000 K, далее она равномерно понижалась до 77 K, что соответствует температуре жидкого азота. Результаты, полученные с использованием альтернативных силовых полей, согласуются друг с другом, но, вместе с тем, существенно отличаются как по динамике эволюции системы, так и по полученным конечным конфигурациям наночастиц. Увеличение радиуса обрезки потенциала сильной связи значительно изменяет скорость формирования наночастиц. Однако увеличение радиуса обрезки при моделировании с использованием метода погруженного атома не влияет на эволюцию системы. Конфигурации, полученные в результате моделирования с использованием метода погруженного атома, характеризуются меньшим размером и формой, близкой к сферической, тогда как при использовании потенциала сильной связи формируются более крупные нанокристаллы, имеющие вытянутую форму.

A comparative molecular dynamics simulation of the gas-phase synthesis of Ag nanoparticles is carried out employing two different types of many-particle potentials of the interatomic interaction: a potential corresponding to the embedded atom method and the tight-binding potential. The initial temperature was varied from 1000 to 3000 K, and then it gradually decreased to 77 K, which corresponded to the temperature of liquid nitrogen. The results obtained using alternative force fields are consistent with each other, but, at the same time, they significantly differ both in the dynamics of evolution of the system and in the obtained final configurations of nanoparticles. Increasing the cutoff radius of the tight binding potential significantly changes the rate of the nanoparticle formation. However, an increase in the cutoff radius when using the embedded atom method does not affect the evolution of the system. The configurations obtained as a result of simulation using the embedded atom method are characterized by a smaller size and a shape close to spherical, while when using the tight binding potential, larger nanocrystals with an elongated shape are formed.
INFLUENCE OF GOLD ATOMS ON THE STRUCTURE OF Cu-Au NANOPARTICLES AT SIMULATION OF THE PROCESS OF GAS-PHASE SYNTHESIS
Authors: Гафнер Юрий Яковлевич , Рыжкова Дарья Антоновна
Published: December 2022

Численным анализом на основе метода молекулярной динамики рассмотрен процесс формирования из высокотемпературной газовой среды бинарных нанокластеров Cu-Au разного целевого состава. Основное внимание было уделено изучению вопроса формирования кристаллической структуры в таких кластерах и определения ее типа. Показано, что рост процентного содержания атомов золота в первичной газовой среде существенно влияет на образование внутреннего строения имитируемых наночастиц. При относительно небольшой добавке происходит полное исчезновение кластеров с ГЦК строением с формированием наночастиц практически только с пятичастичной симметрией с подавляющим преобладанием Dh конфигурации. Если испарять оба прекурсора с равной скоростью, то рост процентного содержания в газовой смеси атомов золота приводит к тому, что кластеры CuAu часто оказываются неспособными сформировать какую-либо явно различимую кристаллическую форму, из-за чего примерно каждый четвертый кластер фиксировался в аморфном состоянии. Сделан вывод, что причиной данного явления может быть разделение атомов разного сорта, характерное для бинарных наночастиц моделируемого химического состава.

The article considers the process of formation of binary Cu-Au nanoclusters with different target composition from a high-temperature gaseous medium. The molecular dynamics method was used. The main attention was paid to studying formation of the crystal structure in such clusters and determination its type. It is shown that an increase in the percentage of gold atoms in the primary gaseous medium significantly affects the formation of the internal structure of simulated nanoparticles. With a relatively small increase in the proportion of gold atoms, there is a complete disappearance of clusters with the fcc structure. The formation of nanoparticles with, as a rule, five-particle symmetry is observed. In this case, the Dh configuration prevails. If both precursors are evaporated at the same rate, then an increase in the percentage of gold atoms in the gas mixture leads to the fact that CuAu clusters are often unable to form any clearly distinguishable crystalline form, due to which approximately every fourth cluster was fixed in the amorphous state. We concluded that the cause of this phenomenon may be the separation of atoms of different types, which is typical for binary nanoparticles of the studied chemical composition.
TEMPERATURE DEPENDENCES OF THE MOLECULAR AREA OF SURFACTANT 2D MONOLAYERS AT THE AIR/WATER INTERFACE
Authors: Карташинская Елена Сергеевна
Published: December 2022

Рассмотрены зависимости величины площади A, приходящейся на молекулу 2D-монослоя ПАВ, в начале перехода от жидко-растянутой к жидкоконденсированной (ЖР-ЖК) фазе от температуры и длины цепи для семи классов ПАВ на межфазной поверхности вода/воздух. Для оценки A были использованы термодинамическая модель поведения дифильных монослоев с учетом неидеальности энтропии смешения, а также квантово-химический подход, позволяющий оценить термодинамические и структурные параметры ассоциатов ПАВ. Рассчитанные значения A адекватно отражают экспериментальную температурную зависимость для рассматриваемого фазового перехода: с ростом температуры площадь, приходящаяся на молекулу ПАВ фиксированной длины цепи, уменьшается, и, наоборот, с ростом длины цепи ПАВ при фиксированной температуре величина A увеличивается. Средние величины углового коэффициента зависимостей A = (T) для рассматриваемых классов ПАВ находятся в пределах 0,57-1,32 Å/°С. Оценка величины (dA/dn) показала, что наилучшее согласие расчетных и имеющихся экспериментальных данных достигнуто для насыщенных карбоновых кислот и диалкилзамещенных меламина. Полученные результаты позволяют использовать предложенный подход в прогностических целях.

The dependences of the molecular area (A) at the onset of the transition from the liquid-expanded to liquid-condensed (LE-LC) phase for 2D surfactant monolayer on the temperature and chain length are considered for seven surfactant classes at the air/water interface. A thermodynamic model of the amphiphilic monolayer behavior (taking into account the nonideality of mixing entropy) is used to evaluate A, as well as a quantum chemical approach that allows an assessment of the thermodynamic and structural parameters of surfactant associates. The calculated A values adequately reflect the experimental temperature dependence for the considered phase transition: the temperature increase leads to a decrease of the area per surfactant molecule with the fixed chain length and vice versa lengthening of the surfactant carbon chain at a fixed temperature results to the A value increase. The average values of the slope in the A = (T) dependences for the regarded surfactant classes are in the range of 0,57-1,32 Å/°C. The estimation of the (dA/dn) value shows that the best agreement of the calculated and available experimental data is achieved for saturated carboxylic acids and dialkyl-substituted melamine. The obtained results demonstrate applicability of the proposed approach for predictive purposes.
ELECTRON-STIMULATED DESORPTION OF RUBIDIUM ATOMS ADSORBED ON THE SURFACE OF GOLD-RUBIDIUM INTERMETALLIDE
Authors: Кузнецов Юрий Александрович , Лапушкин Михаил Николаевич
Published: December 2022

Проведен расчет плотности состояний различной толщины 2D-слоев интерметаллида RbAu. 2D-слои интерметаллида RbAu моделировались суперячейками RbAu (111) 2x2x2. Для монослойного 2D-слоя интерметаллида RbAu установлено наличие запрещенной зоны с шириной 2,70 эВ. Увеличение толщины 2D-слоев интерметаллида RbAu до трех монослоев показал уменьшение ширины запрещенной зоны до 0,8 эВ. Дальнейшее увеличение толщины 2D-слоев интерметаллида RbAu приводит к исчезновению запрещенной зоны, что указывает на переход полупроводник - металл для 2D-слоя интерметаллида RbAu толщиной четыре монослоя. Валентная зона 2D-слоя интерметаллида RbAu сформирована в основном Au 5d электронами, с незначительным вкладом Au 6s и Au 6p электронов. Зона проводимости RbAu образована в основном Au 6p электронами с незначительным вкладом электронов Rb 5s.

The calculation of the density of states of various thicknesses of the 2D-layers of the intermetallic compound RbAu has been carried out. 2D-layers of intermetallic compound RbAu are simulated by supercells RbAu (111) 2x2x2. For a monolayer 2D-layer of an intermetallic compound RbAu the presence of a bandgap with a width of 2,70 eV has been established. An increase in the thickness of the 2D-layers of the intermetallic compound RbAu to three monolayers showed a decrease in the bandgap to 0,80 eV. A further increase in the thickness of the 2D-layers of the intermetallic compound RbAu leads to the disappearance of the band gap, which indicates a semiconductor-metal transition for the 2D-layer of the intermetallic compound RbAu with a thickness of four monolayers. The valence band of the 2D-layer of the intermetallic compound RbAu is formed mainly by Au 5d electrons, with an insignificant contribution from Au 6s and Au 6p electrons. The conduction band of RbAu is formed mainly by Au 6p electrons with an insignificant contribution of electrons Rb 5s.
STRENGTH AND FUNCTIONAL CHARACTERISTICS OF HEXA AND PENTAGONAL 2D MATERIALS. HYDROGEN
Authors: Курбанова Эльмира Джумшудовна , Полухин Валерий Анатольевич
Published: December 2022

Проведен анализ синтезированных уникальных двумерных 2D-материалов с нанослойными гексагональными и пентагональными структурами (на основе углерода, кремния, олова, двойных соединений CN, BN, PdSe и тройных - BCN, CNP, PdSSe, ZnCP. Синтез этих материалов получен химическим паровым осаждением или эпитаксией металлов на заранее приготовленные подложки. Проведен также анализ прочностных и функциональных характеристик (электронных, оптических) созданных моделей с применением теории DFT в виде тройных монослоев с обоюдосторонним нанесением водорода на поверхности монослоя P-SiC: водород/p-SiC/водород. Выявлено, что наиболее динамически стабильным из них был слой p-SiC-4H с его двухсторонней водородной адсорбцией и хорошими свойствами. В этой статье также представлены сравнительно недавно полученные гекса- и пентагональные двумерные материалы не только элементов C, Si, Ge, B, но и сплавов CuNi, TiNi и соединений BiSb, CN, BN, PdSe и др. Так что с созданными новыми уникальными материалами - синтеза сверхпрочных, термостабильных нанокомпозитов, сверхпроводящих слоистых композитов (на основе Bi, Hg и Sb) открываются перспективы развития наноэлектроники, спинтроники, компьютерной техники, а также создания портабельных тензодатчиков, датчиков давления, газовых датчиков и катализаторов диализа воды с выделением водорода и кислорода.

An analysis of synthesized unique two-dimensional 2D materials with nanolayer hexagonal and pentagonal structures (based on carbon, silicon, tin, binary compounds CN, BN, PdSe and ternary compounds - BCN, CNP, PdSSe, ZNCP) was carried out. The synthesis of these materials was performed by the chemical vapor deposition or metal epitaxy on pre-prepared substrates. The strength and functional characteristics (electronic, optical) of the created models were also analyzed using the DFT theory in the form of triple monolayers with double-sided deposition of hydrogen on the surface of the p-SiC monolayer: hydrogen/p-SiC/hydrogen. It was found that the p-SiC-4H layer with its two-sided hydrogen adsorption and good properties was the most dynamically stable. This article also presents relatively recently obtained hexa- and pentagonal two-dimensional materials not only for the elements C, Si, Ge, B, but also for CuNi, TiNi alloys and BiSb, CN, BN, PdSe, etc. compounds. So, with the new unique materials created - the synthesis of superstrong, thermostable nanocomposites, superconducting layered composites (based on Bi, Hg and Sb), prospects are opening up for the development of nanoelectronics, spintronics, computer technology, as well as the creation of portable strain gauges, pressure sensors, gas sensors and dialysis catalysts for water dialysis with the release of hydrogen and oxygen.
CONSTRUCTION OF A LATTICE MONTE CARLO MODEL OF LAYER-BY-LAYER GROWTH OF BIMETALLIC NANOPARTICLES
Authors: Мясниченко Владимир Сергеевич , Соколов Денис Николаевич , Базулев Анатолий Николаевич , Непша Никита Игоревич , Ершов Павел Михайлович , Сдобняков Николай Юрьевич
Published: December 2022

На базе программного обеспечения Metropolis реализована решеточная статистическая модель послойного роста биметаллических наночастиц. В качестве примера в данной работе анализируется два типа решеток: ГЦК и декаэдрическая. На их основе моделируется рост свободных наночастиц Au-Ag в трёх режимах, различающихся этапами роста: добавляется 3, 4 либо 7 биметаллических слоев. Межатомное взаимодействие задаётся потенциалом сильной связи, однако построенная модель не исключает возможности использования других модификаций апробированных многочастичных потенциалов. Анализируется изменение в процессе послойного роста удельной потенциальной энергии наночастиц целиком и атомов золота. Исследуется зависимость числа смешанных связей от номера слоя для всей наночастицы и для подсистемы золота.

Based on the Metropolis software, a lattice statistical model of the layer-by-layer growth of bimetallic nanoparticles has been implemented. As an example, this paper analyzes two types of lattices: fcc and decahedral. On their basis, the growth of free Au-Ag nanoparticles is modeled in three modes that differ in growth stages: 3, 4, or 7 bimetallic layers are added. The interatomic interaction is set by the tight-binding potential, however, the constructed model does not exclude the possibility of using other modifications of the proven many-particle potentials. The change in the specific potential energy of entire nanoparticles and gold atoms during layer-by-layer growth is analyzed. The dependence of the number of mixed bonds on the layer number is studied for the entire nanoparticle and for the gold subsystem.
MOLECULAR DYNAMIC SIMULATION OF HEATING OF TITANIUM NANOCLUSTERS
Authors: Панькин Николай Александрович
Published: December 2022

Методом молекулярной динамики исследовалось плавление нанокластеров титана Ti(n = 3599, 28725, 97045) с различными скоростями их нагрева (от 0,1 до и 10,0 ТК/с). Молекулярно-динамическое моделирование проводили в программе LAMMPS на многопроцессорном компьютере. Использовался многочастичный потенциал межатомного взаимодействия. Кристаллическая структура нанокластера титана при нагреве переходит в жидкую фазу через образование системы атомов (островков) с упорядоченным локальным окружением вблизи температуры плавления. Появление последних обусловлено неравновесностью моделируемого процесса нагрева - система не успевает релаксировать к равновесному состоянию для заданной температуры. Под температурой плавления принималось среднее значение между температурами начала и окончания процесса фазового перехода. Температуре начала плавления соответствовало состояние завершения образования отдельных островков. При окончании плавления, наноструктура характеризуется полностью неупорядоченной структурой. Отмечается, что температура плавления увеличивается с ростом размера наночастицы и скорости её нагрева. При этом предельные температуры рассматриваемого фазового перехода (при N → ∞) существенно ниже температуры плавления массивного титана.

The melting of titanium nanoclusters Ti (n = 3599, 28725, 97045) with different heating rates (from 0,1 to and 10,0 TK/s) was studied by the molecular dynamics method. Molecular dynamics simulation was carried out using the LAMMPS program on a multiprocessor computer. A many-particle potential of interatomic interaction was used. The crystal structure of a titanium nanocluster upon heating passes into the liquid phase through the formation of a system of atoms (islands) with an ordered local environment near the melting point. The appearance of the latter is due to the nonequilibrium of the simulated heating process - the system does not have time to relax to an equilibrium state for a chosen temperature. The melting temperature was taken as the average value between the temperatures of the beginning and finishing of the phase transition process. The temperature of the beginning of melting corresponded to the state of completion of formation of individual islands. At the end of melting, the nanostructure is characterized by a completely disordered structure. It is noted that the melting temperature increases with the size of the nanoparticle and the rate of its heating. The limiting temperatures of the considered phase transition (at N → ∞) are significantly lower than the melting temperature of the bulk titanium.
MOLECULAR DYNAMICS STUDY OF THE SIZE LIMIT OF THE TRANSITION OF SILVER NANOCLUSTERS WITH AN INITIAL AMORPHOUS SUBSTRUCTURE INTO FCC PHASE
Authors: Рыжкова Дарья Антоновна , Гафнер Светлана Леонидовна , Гафнер Юрий Яковлевич , Череповская Арина Александровна
Published: December 2022

Методом молекулярной динамики с использованием потенциала сильной связи (TB-SMA - second moment approximation of tight-binding potential) производился поиск границ устойчивости структурных модификаций нанокластеров серебра диаметром 3,0-7,0 нм с целью определения размерной границы возможного термически индуцированного структурного перехода от исходной аморфной морфологии к ГЦК фазе. Полученные данные сравнивались с результатами предыдущих исследований для наночастиц Ag размерами до 2,0 нм с начальным ГЦК и аморфным строением. Показано, что моделируемые Ag нанокластеры можно условно разделить на три категории. Для первой (N < 100 атомов) - характерно частичное сохранение исходной морфологии. Для второй (d < 4,0 нм) - наблюдается конкуренция между икосаэдрической и декаэдрической структурами. И для третей (d > 4,0 нм) -фиксировалось преобладание смешенной ГЦК/ГПУ фазы. При этом размерной границей перехода от начальной аморфной морфологии к ГЦК строению, свойственному объёмному веществу, является диаметр около 7,0 нм.

Silver nanoclusters with diameter of 3,0 to 7,0 nm were studied by the molecular dynamics method using the tight binding potential TB-SMA (second moment approximation of tight-binding potential). A search was made for the stability limits of structural modifications of these nanoclusters for determination of the size limit of the thermally induced structural transition from the initial amorphous morphology to the fcc phase. The new data were compared with the results of previous studies for Ag nanoparticles up to 2,0 nm in size with initial fcc and amorphous structures. It is shown that the studied nanoclusters can be conditionally divided into three categories. The first one (N < 100 atoms) is characterized by partial preservation of the original morphology. For the second one (d < 4,0 nm), there is competition between the icosahedral and decahedral structures. And for the thirds (d > 4,0 nm), the mixed fcc/hcp phase predominates. In this case, the size limit of the transition from the initial amorphous morphology to the structure characteristic for the bulk matter is a diameter of about 7,0 nm.
ON THE PROCESSES OF SEGREGATION AND STABILITY OF BIMETALLIC NANOPARTICLES Ni@Ag AND Ag@Ni
Authors: Савина Ксения Геннадьевна , Галузин Иван Русланович , Колосов Андрей Юрьевич , Богданов Сергей Сергеевич , Веселов Алексей Дмитриевич , Сдобняков Николай Юрьевич
Published: December 2022

В данной работе методом молекулярной динамики с использованием потенциала сильной связи исследовались биметаллические наночастицы Ni@Ag и Ag@Ni с общим количеством атомов 4000. Установлены закономерности сегрегации и структурообразования, описаны их характерные особенности. На основе анализа поведения калорических зависимостей потенциальной части удельной внутренней энергии определялась температура плавления и кристаллизации. Полученные данные позволяют говорить о том, что процессы сегрегации, в частности степень ее выраженности в наночастицах Ni@Ag и Ag@Ni, связаны со стабильностью этих наночастиц. Выше 900 K оболочка из серебра теряет свою стабильность, тогда как ядро никеля остается твердым и сохраняет свою структуру. При этом в наночастице Ni@Ag процессы поверхностной сегрегации атомов ядра были менее выражены, тогда как в наночастице Ag@Ni атомы серебра активно сегрегировали на поверхность наночастицы. Проанализированы особенности и принципиальные различия в процессах плавления и кристаллизации данных наносистем, а так же температурные диапазоны их стабильности. Показана связь между степенью интенсивности сегрегационных процессов наносплавов в ходе моделирования и стабильностью этих систем.

This work studied bimetallic nanoparticles Ni@Ag and Ag@Ni with the total number of atoms 4000 by the molecular dynamics method using the tight-binding potential. The pattern of segregation and structural formation is established and its characteristics are described. Based on the analysis of the behavior of the calorie curves of the potential part of the internal energy, the melting and crystallization temperature was determined. The data obtained suggest that the processes of segregation in Ni@Ag and Ag@Ni nanoparticles are associated with the nanoparticle stability. The silver shell loses its stability above 900 K, while the nickel core remains solid and retains its structure. At the same time, in Ni@Ag nanoparticles the processes of the surface segregation of the nucleus atoms were less pronounced, whereas in Ag@Ni nanoparticles silver atoms actively segregated onto the surface of the nanoparticle. The features and fundamental differences in the processes of melting and crystallization of these nanosystems, as well as the temperature ranges of their stability, are analyzed. The relationship between the degree of intensity of segregation processes of nanoalloys during modeling and the stability of these systems is shown.
PREPARATION OF BIOCOMPOSITES BASED ON NANOSCALE HYDROXYAPATITE WITH TITANIUM COMPOUNDS
Authors: Богданова Екатерина Анатольевна , Скачков Владимир Михайлович , Нефедова Ксения Валерьевна
Published: December 2022

В статье обсуждается возможность получения упрочненного композиционного материала с пористой структурой на основе наноструктурированного гидроксиапатита, синтезированного методом осаждения из раствора. Новый материал получен путем механохимичекого синтеза гидроксиапатита с соединениями титана. Синтезированные образцы аттестованы с использованием современных физикохимических методов анализа. Показано влияние качественного и количественного состава композита на протекание процессов спекания, пористость, прочностные характеристики, степень дисперсности и морфологию исследуемых образцов. Экспериментально установлено, что максимальными прочностными характеристиками и постоянным составом обладает образец на основе гидроксиапатита, упрочненного нестехиометрическим диоксидом титана, состава Ca(PO)(OH) - 15%TiO. Композиционный материал обладает плотной равномерной структурой с высокой степенью кристалличности, с развитой пористостью, является перспективным материалом для дальнейших исследований с целью внедрения его в медицинскую практику. На разработанный композиционный материал подана заявка на патент.

The article discusses the possibility of obtaining a hardened composite material with a porous structure based on nanostructured hydroxyapatite (HAP) synthesized by precipitation from a solution. The new material by the mechanochemical synthesis of HAP with reinforcing additives of titanium compounds was obtained. The synthesized samples are certified using some modern physico-chemical methods of analysis. The influence of the qualitative and quantitative composition of the composite on the sintering processes, porosity, strength characteristics, the degree of dispersion and morphology of the studied samples is shown. It has been experimentally established that a sample based on hydroxyapatite, reinforced with non-stoichiometric titanium dioxide of the composition Ca(PO)(OH) - 15%TiO has the maximum strength characteristics and constant composition. The composite material, having a dense uniform structure with a high degree of crystallinity and a developed porosity, is a promising material for further research in order to introduce it into medical practice. A patent application has been filed on the developed composite material.
EFFECT OF MODIFIERS ON THE BARIUM NIOBATE-CALCIUM CERAMICS STRUCTURE
Authors: Гусева Ольга Сергеевна , Малышкина Ольга Витальевна , Митченко Артем Сергеевич
Published: December 2022

В работе методом твердофазного синтеза получены образцы керамики состава CaBaNbO чистого и с модифицирующими добавками (5%) SrTiO, KTaO или LiTaO. У всех исследуемых составов керамик выявлено наличие крупных и мелких зерен. Показано, что вхождение LiTaO в состав керамики CaBaNbO на порядок уменьшает размер зерен, а вхождение SrTiO приводит к удлинению формы зерна. На основе анализа элементного состава установлено, что введение модификаторов в состав CaBaNbOуменьшает избыток кислорода в структуре тетрагональной вольфрамовой бронзы, по сравнению с немодифицированной керамикой CaBaNbO. Максимум на температурной зависимости диэлектрической проницаемости практически не зависит от типа модификатора и лежит в интервале 279-285°С. Это на 60 градусов выше температуры Кюри монокристалла CaBaNbO. Независимо от температуры измерения, максимальное значение диэлектрической проницаемости имеет материал CaBaNbOO + 5%SrTiO. Тогда как минимальное значение диэлектрической проницаемости при комнатной температуре имеет образец CaBaNbO + 5%LiTaO, а в точке Кюри - образец CaBaNbO.

In this work, the ceramic samples CaBaNbO pure and with modifying additives (5%) SrTiO, KTaO or LiTaO were obtained by solid-phase synthesis. All studied compositions of ceramics revealed the presence of large and small grains. It is shown that the addition of LiTa0 to the composition of CaBaNbO ceramics reduces the grain size by an order of magnitude, while the addition of SrTi0 leads to an elongation of the grain shape. Based on the analysis of the elemental composition, it was found that the introduction of modifiers into the composition of CaBaNbO reduces the excess of oxygen in the structure of tetragonal tungsten bronze, compared to unmodified CaBaNbO ceramics. The maximum on the temperature dependence of the permittivity is practically independent of the type of modifier and is located in the range of 279-285°C. This is 60 degrees higher than the Curie temperature of the CaBaNbO single crystal. Regardless of the measurement temperature, CaBaNbO + 5%SrTiO material has the maximum value of the permittivity. Whereas the minimum value of the permittivity at room temperature has the CaBaNbO + 5%LiTa0 sample, and at the Curie point, the CaBaNbO sample.
PECULIAR PROPERTIES OF METHODS FOR OBTAINING AMORPHOUS NANOFILMS FOR CREATING GAS-SENSITIVE SENSORS UNDER THE ACTION OF LASER DOUBLE PULSES ON THE SURFACE OF A TARGET CONTAINING TIN
Authors: Зажогин Анатолий Павлович , Trinh Ngoc H. , Малец Мария Александровна , Патапович Мария Петровна
Published: December 2022

Проведен послойный анализ металлов и сплавов, а также изучена возможность напыления нанопленок, содержащих в своем составе олово, на различных видах поверхностей (металл, стекло) при воздействии сдвоенных лазерных импульсов на мишень в атмосфере воздуха. Эксперименты проводились с помощью лазерного двухимпульсного атомно-эмиссионного многоканального спектрометра LSS-1. Достоинствами импульсного лазерного напыления как метода получения кластеров, фракталов являются: универсальность по отношению к материалу, возможность исключения посторонних примесей, гибкость метода, возможность контроля образования пленочных структур. Выполненные спектроскопические исследования лазерной плазмы, образованной при воздействии двух последовательных импульсов на мишень, иллюстрируют развитие методов получения нанокластеров различных химических элементов. Данным способом можно получать нанопленки не только чистых металлов, но и композиционных сплавов. Показана возможность напыления нанопленок для создания газочувствительных сенсоров.

A layer-by-layer analysis of metals and alloys has been carried out, and the possibility of deposition of nanofilms containing tin in their composition on various types of surfaces (metal, glass) under the action of dual laser pulses on a target in an air atmosphere has been studied. The experiments were carried out using the laser two-pulse multichannel atomic emission spectrometer LSS-1. The advantages of the pulsed laser deposition as a method for producing clusters and fractals are: versatility in relation to the material, the ability to exclude impurities, the flexibility of the method, and the ability of controlling the formation of film structures. The performed spectroscopic studies of the laser plasma formed by the action of two successive pulses on a target illustrate the development of methods for obtaining nanoclusters of various chemical elements. This method can be used to obtain nanofilms of not only pure metals, but also composite alloys. The possibility of obtaining nanofilms for creating gas-sensitive sensors is shown.
THE EFFECT OF COPPER AND ZINC OXIDE ADDITIVES ON THE ELECTRICAL AND GAS-SENSITIVE PROPERTIES OF TIN DIOXIDE COMPOSITE LAYERS
Authors: Клычков Никита Александрович , Симаков Вячеслав Владимирович , Синёв Илья Владимирович , Шикунов Дмитрий Алексеевич
Published: December 2022

С помощью золь-гель технологии сформированы образцы тонких плёнок SnO, а также композитные слои CuO:SnO и ZnO:SnO с различной концентрацией примеси посредством смешения золей. Плёнки подвергались термообработке в потоке кислорода при 550°C. Поверх плёнок сформирована контактная система методом термического испарения хрома с последующим осаждением через маску на образец. На температурной зависимости проводимости для слоев на основе чистого диоксида олова наблюдается локальный максимум проводимости в области 250°C, что, вероятно, связано с термоактивационным процессом десорбции кислорода. Проводимость слоёв диоксида олова уменьшается по мере увеличения концентрации добавки меди. Добавка 2% меди на порядок уменьшает долговременный дрейф базовой линии проводимости пленок на воздухе, что может быть связано с образованием малоподвижных ассоциативных комплексов меди и вакансий кислорода. Наибольшую чувствительность к парам этанола во всем исследуемом диапазоне концентраций проявляли композитные слои с добавлением 6% цинка. Установлено, что добавка оксида меди и цинка повышает отклик газочувствительных сенсоров газа на основе слоёв SnO к парам этанола, а также снижает время отклика на воздействие газовых проб в диапазоне рабочих температур 150-300°C.

Composite thin films based CuO:SnO and ZnO:SnO with different impurity concentrations was synthesized by sol-gel method by mixing sols. The films were annealed in oxygen-containing atmosphere at 550°C. A contact system was formed on top of the films by thermal evaporation of chromium, followed by deposition through a mask onto the sample. Based on the temperature dependence of conductivity for layers based on pure tin dioxide, a local maximum of conductivity is observed in the range of 250°C, which is probably due to the thermal activation process of oxygen desorption. Conductivity of SnO layers was decreased as the concentration of Cu dopant. 2% Cu additive reduces the long-term conductivity drift by an order of magnitude. Arguably it’s the consequence of occurrence the low mobility complexes created by copper atoms and oxygen vacancies. The best sensitivity to ethanol vapors in all concentration range was shown by 6%Zn doped samples. Accordingly, supplementations of Cu and Zn boost sensitivity of SnO layers to ethanol and decrease response time by its impact at 150-300°C range.
STUDIES OF THE STRUCTURE AND PROPERTIES OF DENTAL CROWNS MADE BY SELECTIVE LASER MELTING AND ACCORDING TO THE TECHNOLOGY OF CASTING
Authors: Кравченко Дарья Алексеевна , Медведева Ольга Николаевна
Published: December 2022

В настоящее время технологии 3D печати являются молодым и активно развивающимся сектором производства, охватывающим множество областей экономики, от аэрокосмической области и машиностроения до медицины. Очевидным преимуществом внедрения аддитивных технологий в медицине, в частности, в стоматологии, является высокая точность изготовления сложных изделий, индивидуализация имплантов и протезов для их максимального соответствия области повреждения или заменяемому объекту, существенное уменьшение расхода как материалов изделия, так и вспомогательных материалов. Однако с активным внедрением аддитивных технологий возникают вопросы о границах применимости и надежности их использования. В рамках данной работы исследованы свойства стоматологических коронок, изготовленных из никель-хромового сплава НХ-Дент NS vac и кобальт-хромового порошка ПР-КХ28М6. Для изготовления образцов применялись технология селективного лазерного плавления, относящаяся к числу аддитивных технологий, и технология литья в форме. Проведен сравнительный анализ микроструктуры образцов, профиля поверхности и твердости по Виккерсу.

In recent times, 3D printing technologies are a young and actively developing production sector for many areas of economy, from aerospace and mechanical engineering to medicine. The obvious advantage of introduction of the additive technologies in medicine and in particular in dentistry is high accuracy in producing complex details, individually designed implants and prostheses for their maximum match with a place of injury or a substituted object, considerable reduction both the product materials and auxiliary materials usage. However, questions arise about the limits of applicability and reliability of the additive technologies with their active introduction. The properties of dental crowns made of nickel-chromium alloy NH-Dent NS vac and cobalt-chromium powder PR-KH28M6 were studied in this research. For the production of samples was used selective laser melting technology, which belongs to a number of additive technologies, and the casting technology in the mold. A comparative analysis of the microstructure of the samples, the surface profile and the Vickers hardness was carried out.
ELECTRODEPOSITION OF SILVER NANOPARTICLES FOR THE DEVELOPMENT OF ELECTROCHEMICAL SENSORS: A SHORT REVIEW
Authors: Николайчук Павел Анатольевич
Published: December 2022

В настоящем обзоре описываются выполненные за последние два десятка лет исследования, посвящённые электроосаждению наночастиц серебра на поверхности углеродных электродов и их использованию в аналитической химии. Обычно используются графитовые или стеклоуглеродистые электроды (в том числе, полученные методом послойной печати), а электроосаждение выполняется из растворов нитратов калия и серебра в течение нескольких минут. Наночастицы серебра или модифицированные нанокомпозиты, включающие наночастицы серебра, затем закрепляются на поверхности электродов, и полученные электрохимические сенсоры способны определять различные соединения с использованием различных вольтамперометрических методов с прекрасной избирательностью и очень хорошими линейностью и сходимостью. Описанные методы анализа позволяют определять в микрограммовых количествах пероксид водорода, глюкозу, холестерин, метилпаратион, ионы Pb, хлорамфеникол и метронидазол, доксорубицин, энтакапон, тирозин и триптофан, ламотриджин, хром (VI), сурьму (III), тринитротолуол, олигонуклеотиды и бактерии синегнойной палочки.

In the present review the studies performed in the last two decades devoted to the electrodeposition of silver nanoparticles on the surface of carbon electrodes and their implementation in analytical chemistry are described. Usually graphite or glassy carbon electrodes (including screen-printed electrodes) are used, and the electrodeposition is performed from the solutions of potassium nitrate and silver nitrate during a few minutes. Silver nanoparticles or modified nanocomposites including silver nanoparticles are then immobilized on the surface of the electrodes, and obtained electrochemical sensors are capable to determine various compounds using different voltammetric methods with excellent selectivity and very good linearity range and precision. The described methods of analysis allow the determination of microgram quantities of hydrogen peroxide, glucose, cholesterol, methyl parathion, Pb ions, chloramphenicol and metronidazole, doxorubicin, entacapone, tyrosine and tryptophan, lamotrigine, chromium (VI), antimony (III), trinitrotoluene, oligonucleotides and the bacterium Pseudomonas aeruginosa.
THE EFFECT OF THE MIXING RATE OF THE REACTION MIXTURE ON THE DISPERSED CHARACTERISTICS OF THE NANOEMULSION OF FAT-SOLUBLE VITAMIN E (ALPHA-TOCOPHEROL ACETATE)
Authors: Блинов Андрей Владимирович , Сляднева Кристина Сергеевна , Гвозденко Алексей Алексеевич , Голик Алексей Борисович , Тараванов Максим Александрович , Назаретова Екатерина Дмитриевна
Published: December 2022

В статье представлены результаты исследования влияния скорости перемешивания на дисперсные характеристики наноэмульсий жирорастворимого витамина E (альфа-токоферол ацетат). Скорость перемешивания варьировали в диапазоне 3000-22500 об/мин. В качестве выходного параметра рассматривали средний гидродинамический радиус мицелл жирорастворимого витамина E, который определяли методом динамического рассеяния света. Установлено, что в результате синтеза формируются мицеллы эмульсии жирорастворимого витамина E, имеющие мономодальное распределение по размерам. Наименьший средний гидродинамический радиус частиц составил 22 нм. Установлено, что увеличение скорости перемешивания с 3000 до 22500 об/мин вызывает уменьшение среднего гидродинамического радиуса мицелл. Наибольшие изменения наблюдаются при τ = 30 с, уменьшение среднего гидродинамического радиуса мицелл R происходит в 3,3 раза (с 210 до 63 нм). Важно отметить, что увеличение других параметров синтеза также приводит к уменьшению значения среднего гидродинамического радиуса мицелл наноэмульсий витамина E. При v = 22500 об/мин увеличение времени перемешивания с τ = 30 с до τ = 270 с приводит к уменьшению R на 19 нм (с 63 до 44 нм).

The article presents the results of a study of the effect of the mixing rate on the dispersed characteristics of nanoemulsions of the fat-soluble vitamin E (alpha-tocopherol acetate). The mixing speed was varied in the range of 3000-22500 rpm. The average hydrodynamic radius of the micelles of fat-soluble vitamin E was considered as an output parameter, which was determined by the method of the dynamic light scattering. It was found that as a result of synthesis, micelles of the fat-soluble vitamin E emulsions are formed, having a monomodal size distribution. The smallest average hydrodynamic radius of the particles was 22 nm. It was found that an increase in the mixing speed from 3000 to 22500 rpm causes a decrease in the average hydrodynamic radius of micelles. The greatest changes are observed at τ = 30 s: a decrease in the average hydrodynamic radius of micelles R occurs by 3,3 times (from 210 to 63 nm). It is important to note that an increase in other synthesis parameters also leads to a decrease in the value of the average hydrodynamic radius of micelles of the vitamin E nanoemulsions. By v = 22500 rpm an increase in the mixing time τ from 30 s to 270 s leads to a decrease in R by 19 nm (from 63 to 44 nm).