современные представления о структуре некристаллических макросистем

Методом рентгеновской дифракции под малыми углами зарегистрированы две фракции нанопор в сплаве со средними размерами ~20 и 150 нм. Приложение давления уменьшает размеры нанопор и увеличивает среднее расстояние между их границами, т. е. увеличивает средние размеры участков сплошности сплава. Была также установлена линейная связь между относительными изменениями магнитных характеристик и изменениями размеров участков сплошности сплава. В результате было доказано доминирующее влияние нанопор (по сравнению с другими дефектами структуры сплава) на магнитные свойства сплава. Авторами [34] в лентах аморфных металлических сплавов Co80-xNixB20 (х = 4, 6, 8, 10, 12) обнаружен магнитоимпедансный эффект при протекании через образцы переменного тока с частотой, варьируемой в пределах 1-3000 кГц, во внешнем магнитном поле. Получены спектры диэлектрической проницаемости и оптической проводимости поверхности лент этих сплавов в зависимости от энергии падающих фотонов в области 1.0-5.0 эВ. Также была установлена взаимосвязь между величинами магнитоимпедансного эффекта, магнитными свойствами, параметрами электронной структуры и оптическими характеристиками исследуемых аморфных сплавов.В работе [35] были проанализированы данные экспериментальных результатов по электрическому сопротивлению р, его температурному коэффициентуа и коэффициенту тензосопротивленияП аморфных металлических сплавов, которые отличаются по составу и природе магнитного упорядочения. Было выявлено существование определенных корреляций между р и П. Основной причиной существования таких корреляций являются изменения структурного фактора, модуля Юнга и вклада дополнительных механизмов рассеяния электронов проводимости, отличающихся от механизма Фабера-Займана, при изменении состава исследованных аморфных металлических сплавов, а также отклонение от сферической симметрии структурного фактора при приложении внешних напряжений.Работа [36] посвящена изучению закономерностей молекулярной подвижности в различных аморфных средах. Показано, что в области стеклования жидкостей и полимеров доминирующую роль играет энтропийный механизм: флуктуация упаковки частиц оказывается важнее, чем аккумуляция энергии. Выше области стеклования решающую роль начинает играть энергетический механизм. Авторами был предложен метод расчета константы в уравнении Бартенева с учетом температурной зависимости энергии активации в области перехода жидкость-стекло. Обсуждено применение данного уравнения в релаксационной спектрометрии аморфных полимеров, неорганических стекол и металлических аморфных сплавов.Коллективом авторов работы [37] был выполнен анализ структуры и механических свойств металлических массивных аморфных сплавов. Рассмотрены методы получения и физико-химические факторы, способствующие объемной аморфизации расплава при охлаждении. В работе также показаны и прокомментированы экспериментальные данные исследований механических характеристик,особенностей упругой и пластической деформации, а также закономерностей разрушения массивных аморфных сплавов.В работе [38] также исследовались механические свойства аморфных металлических сплавов.Была предложена модель типа металл-металлоид как системы, являющейся аддитивной суммой элементарных двухуровневых переходов с непрерывно распределенными энергиями активации. В рамках модели разработаны методики, позволяющие по изменениям релаксационного спектра определять для любых температур текущее состояние сплава, прогнозировать вязко-хрупкий переход и кристаллизацию, определяющие надежность изделий из аморфных металлических сплавов.Авторами [39-41] Установлены особенности поведения механических свойств металлических стекол на основе кобальта под действием нагрева и лазерного излучения. Были установлены законы формирования рельефа деформации на поверхности металлического стекла, а также зависимости изменения упругих характеристик стекла от температуры предварительного отжига. Выдвинуто предположение (на основе экспериментальных фактов) о механизме формирования деформационного рельефа, в соответствии с которым рельеф формируется после разрушения стекла и предложена физическая модель этого явления.Особенности металлических стекол исследовались также в работе [42]. Авторами показано, чтотермический отжиг аморфных сплавов приводит к многоступенчатому преобразованию их структуры, что обусловливает существенное изменение магнитного состояния. Высокая чувствительность магнитных характеристик к ранним стадиям кристаллизации позволила рассмотреть зависимость намагниченности насыщения от температуры в качестве индикатора таких преобразований.В работе [43] авторами рассмотрены результаты исследования влияния сфокусированного импульсного лазерного излучения на аморфный металлический сплав FeSi6B16. Методами сканирующей зондовой микроскопии, рентгеноэлектронной спектроскопии, дифрактометрии, а также измерениями микротвердости показано изменение топографии поверхности, структуры, микротвердости и состава облучаемой системы после лазерного воздействия в зависимости от установленных режимов излучения лазера.Авторами [44] были исследованы аморфные металлические сплавы Al87Y5Ni8, Al87Gd5Ni8, Al87Y4Gd1Ni8, Al87Y4Gd1Ni4Fe4, Al87Gd5Ni4Fe4, полученные методом спинингования расплава на охлажденную подложку. На основе результатов дифференциальной сканирующей калориметрии и рентгеноструктурного анализа были рассчитаны энергии активации отдельных стадий кристаллизации, размеры и объемные доли нанокристаллов в аморфной матрице. Показано, что легирование аморфных металлических сплавов Y или Gd приводит на первой стадии нанокристаллизации к образованию частиц размером 9--15 нм, что обусловливает их высокую микротвердость.Выполненный краткий обзор публикаций, посвященных некристаллическим макросистемам позволяет с уверенностью говорить об их огромном потенциале для применения в различных областях современной техники и больших перспективах работы в данной области. Необходимость изучения таких сред отражена Дж. Займаном в следующих словах [18] «…Неупорядоченные фазы конденсированных сред - сталь и стекло, земля и вода, пусть ибез остальных стихий, огня и воздуха встречаются несравненно чащеи в практическом отношении никак не менее важны, чем идеализированные монокристаллы, которыми не столь давно только и занималась физика твердого тела».ЗАКЛЮЧЕНИЕНеупорядоченное состояние твердого тела — одна из наименее изученных областей современной физики конденсированного состояния. В результате проделанной работы по рассмотрению современных представлений о структуре некристаллических макросистем можно с уверенностью говорить, о том, что исследования в этой области чрезвычайно важны как для развития теоретических направлений современной науки, так и для практического применения в технологии и промышленности. В работе четко были сформулированы и разделены такие понятия «аморфные» и «неупорядоченные» системы. Также удалось выделить основные критерии, позволяющие отнести те или иные системы к неупорядоченным. Среди них обязательное отсутствие дальнего порядка в расположении частиц или/и их химическом составе, при сохранении ближнего порядка.Также выделили критерий, связанный средними межатомными расстояниями, которые должны быть сравнимы с размерами самих атомов.И последним из наиболее важных критериев стало время перестройки атомной структуры. Принято, что оно должно быть настолько велико, чтобы каждую заданную конфигурацию атомов твердого тела можно было считать квазистатической.Интерес также представляет обзор существующих методов исследования свойств и структуры неупорядоченных тел. Было выявлено, что на современном этапе развития науки, в данной области, все чаще исследователи используют сочетания различных классических методов исследования с компьютерной обработкой результатов моделирования процессов. Такая тенденция связана, прежде всего с тем, что физические свойства неупорядоченных систем имеют, как правило, статистическую природу, и для их описания требуется специальный и довольно сложный математический аппарат. Он использует понятия теории вероятностей и ориентирован на изучение статистических (а не детерминированных, как в случае кристаллов) закономерностей.Во второй части работы был подробно рассмотрен метод, основанный на построении модели, состоящей из абсолютно несжимаемых и не притягивающихся друг к другу шаров. Такое приближение дало возможность еще более подробно представить особенности структуры ближнего и дальнего порядка и их влияние на физические свойства тел.При обзоре способов представления структуры неупорядоченных тел, невозможно было пройти мимо метода Вороного—Делоне.Задача, которую рассматривалГ.Ф. Вороной и, немного позже развил и вывел за рамки математики и кристаллографии Б.Н. Делоне,была посвящена проблеме заполнения пространства без перекрывания элементов и без щелей, т. е. представлению пространства как совокупности отдельных элементов.Это свойство позволило подойти к другой научной проблеме – исследованию порового пространства внутри упаковок сферических частиц.Далее были рассмотрены некоторые практические аспекты применения спектроскопии ядерного магнитного резонанса к исследованию состава и свойств некристаллических макросистем. Показан пример успешного применения спектроскопии ЯМР для анализа структуры угольного вещества как сложной полимерной системы. Большой интерес также представляло изучение применения метода тепловидениядля визуализации ячеистых и спиральных макроструктур, возникающие при конвекции воды. Инфракрасная техника дает возможность получения информации не только о структуре поверхности, но и о глубинных слоях жидкости, что позволяет выделить на ней и внутри источники тепла, существенные признаки этих источников, распознавать и классифицировать их.Рассмотрение приложения достижений «нелинейной акустики» в область исследования некристаллических систем, представляло интерес как важный метод неразрушающего контроля. Было выяснено, что этим методом активно ведутся исследования неоднородных систем, таких как газожидкостные, гранулированные и флюидонасыщенные пористые среды, геологические структуры, гели и композиты, а также твердые тела с дефектами и неоднородностями надмолекулярногомасштаба. Интересные особенности неупорядоченных систем были выявлены при изучении рассеяния рентгеновского излучения, медленных нейтронов и пучка ускоренных электронов при прохождении через такие среды. По кривой интерференционного рассеяния оказалось возможным судить о таких свойствах некристаллических систем, как кратчайшее расстояние между атомами и молекулами жидкости, выяснить характерные особенности расположения ближайших соседей, тенденции изменения упаковки частиц с температурой, электропроводности и пр. Также в источниках периодической литературы представлены интересные сведения о практическом применении различных методов исследования некристаллических фаз. В пункте 7 собраны краткие заметки о наиболее заинтересовавших нас работах специалистов в области изучения состава, свойств и применения некристаллических макросистем. СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫФренкель Я. И. Введение в теорию металлов. – Л.: Наука,1972, 424 с.Кособукин В.А. Физика твердого тела. Введение в теорию неупорядоченных систем. Локализованные состояния. Учеб. пособие. – СПб: Изд-во СПбГТУ, 2000, 63 с.Медведев Н.Н. Метод Вороного-Делоне в исследовании структуры не-кристаллических систем. – Новосибирск: НИЦ ОИГГМ СО РАН, Издательство СО РАН, 2000,214 с.Гуртов В.А. Физика твердого тела для инженеров: учеб, пособие. Издание 2-е, доп. / Гуртов В.А., Осауленко Р.Н. – М.: Техносфера, 2012. - 560 с. Глезер А. М. Аморфные и нанокристаллические структуры: сходства, различия, взаимные переходы// Рос. хим. ж. – 2002, т. XLVI, №5.Воронов В.К. Современная физика: Конденсированное состояние: Учебное пособие. / Воронов В.К., Подоплелов А.В.— М.: Издательство ЛКИ, 2008. — 336 с.Скрышевский А.Ф. Структурный анализ жидкостей. М.: Высш. шк., 1971. С. 48-171.Поликарпов В.М. Метод исследования некристаллических фаз полимерных систем и их мембран/ В.М. Поликарпов, С.И. Лазарев, Ю.М. Головин, Д.С. Лазарев // Вестник ТГУ. – 2015, т.20, вып.4, Костенко М.Г. Ближний порядок в неупорядоченных оксидах, карбидах и нитридах переходных металлов со структурой B1/ Костенко М.Г., Ремпель А.А., Шарф С.В., Лукоянов А.В. // Физика твердого тела. – 2015, т. 57, вып. 4Быстрицкий В.С. Особенности идентификации некристаллических микро- и нано-структур в полимерах / Быстрицкий В.С., Мищенко С.В., Поликарпов В.М., Головин Ю.М. // Вестник ТГТУ. – 2008, т. 14. № 3. С. 670-679.Верещагин М.Н. Особенности формирования метастабильных фаз в сплавах на основе железа/ Верещагин М.Н., Кирилюк С.И., Целуев М.Ю.// Вестник Гомельского государственного технического университета им. П.О. Сухого. – 2003. № 3. С. 15-19.Кособукин В.А. Теория неупорядоченных систем. Твердые тела с сильным беспорядком. Учеб. пособие. – СПб: Изд-во СПбГТУ, 2000, 68 с.Котельникова З.А. Экспериментальное изучение системы SIO2–H2O–KF–KCL–NAF при 700–800°C 1–2 кбарметодом синтетических флюидных включений в кварце/ Котельникова З.А., Котельников А.Р.// Геология рудных месторождений. – 2018. т. 60. № 5. С. 504-516.Сокольский В.Э. Рентгенографическое исследование эвтектики системы NaF LIF NdF3в твердом и жидком состояниях / Сокольский В.Э., Роик А.С., Давиденко А.О., Файдюк Н.В., Савчук Р.Н. // Неорганические материалы. – 2013. т. 49. № 8. С. 904.Поликарпов В.М. Моделирование рентгеноаморфных фазовых компонентов полимерных систем/ Поликарпов В.М., Лазарев С.И., Головин Ю.М. // в сборнике: Виртуальное моделирование, прототипирование и промышленный дизайн Материалы III Международной научно-практической конференции. – 2016. С. 156-160.Поликарпов В.М. Анализ некристаллических фаз полимерных систем /Поликарпов В.М., Лазарев С.И., Головин Ю.М. // Вопросы современной науки и практики. Университет им. В.И. Вернадского. – 2015. № 4 (58). С. 121-129.Анциферов В.Н. Современные аморфные металлические сплавы / Анциферов В.Н., Шиляев А.И. // сборник Проблемы механики и материаловедения. Труды Института механики УрО РАН. Ижевск, 2017. С. 338-350.Золотухин И.В.Aморфные металлические сплавы/ Золотухин И.В., Калинин Ю.Е. // Успехи физических наук. 1990. Т. 160. № 9. С. 75-110.Рябов, А.В.Новые металлические материалы и способы их производства: учебноепособие / А.В. Рябов, К.Ю. Окишев. — Челябинск: Изд-во ЮУрГУ,2007 — 64 с.Кочетов Н.А. Синтез и консолидация порошковых материалов / Кочетов Н.А., Рогачев А.С., Щукин А.С., Вадченко С.Г., Ковалев И.Д. //Сборник тезисов Международной конференции. 2018. – Москва.:Издательство: Общество с ограниченной ответственностью «ТОРУС ПРЕСС» С. 396-401.Ковалёв Д.Ю. Критерии критического состояния системы Ni-Al при механоактивации / Ковалёв Д.Ю., Кочетов Н.А., Пономарёв В.И. // Физика горения и взрыва. 2010. Т. 46. № 4. С. 99-106.Еремина Е.Н. Получение композиционного материала MoB методом силового СВС-компактирования с применением предварительного механического активирования исходной смеси Мо-10%В //Еремина Е.Н., Курбаткина В.В., Левашов Е.А., Рогачев А.С., Кочетов Н.А. // Химия в интересах устойчивого развития. 2005. Т. 13. № 2. С. 197-204.СтогнейО.В. Электроперенос и магнитные свойстваа морфных наногранулированных композитов металл-диэлектрик / Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора физико-математических наук, специальность 01.04.07 — Физика конденсированного состояния. – Воронеж.: 2004 г.ДомашевскаяЭ.П. XANES- и USXES-исследования межатомных взаимодействий в нанокомпозитах (Co41Fe39B20)x(SiO2)1−x / Э.П.Домашевская, С.А. Сторожилов, С.Ю. Турищев, В.М. Кашкаров, В.А. Терехов, О.В. Стогней∗, Ю.Е. Калинин∗, А.В. Ситников, С.Л. Молодцов // Физика твердого тела, 2008, том 50, вып. 1, С.135-141..Майоров М.И. Замена ферритов аморфными металлическими сплавами в импульсных зажигающих устройствах / Майоров М.И., Майоров А.М. // Вестник современных исследований. 2018. № 7.3 (22). С. 233-234.Хуснутдинов Р.М. Микроскопическая коллективная динамика атомов в аморфном металлическом сплаве Ni33Zr67 / Хуснутдинов Р.М., Мокшин А.В., Хадеев И.И. // Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования. 2014. № 1. С. 90-98.Данилов О.Г. Аморфные металлические сплавы в магнитоупругих датчиках крутящего момента / Данилов О.Г., Жадобин Н.Е., Лебедев А.И., Смирнов А.Н. // Эксплуатация морского транспорта. 2013. № 2 (72). С. 67-69.Яковлев А.В. Закономерности формирования рельефа в аморфных металлических сплавах при локальном деформировании / Яковлев А.В., Плужникова Т.Н., Федоров В.А., Березнер А.Д., Федотов Д.Ю. // Актуальные проблемы в машиностроении. 2016. № 3. С. 474-478.Векслер А.С. Особенности экзоэлектронной эмиссии в аморфных металлических сплавах / Векслер А.С., Гаврилюк А.А., Морозов И.Л., Семенов А.Л. // Физика твердого тела. 2001. Т. 43. № 12. С. 2113-2116.Пашаев И.Г.Восстановление характеристик кремниевых солнечных элементов, нарушенных облучением γ-квантами, изготовленных на основе аморфного металлического сплава, ультразвуковой обработкой // Инженерная физика. 2012. № 3. С. 15-17.Пашаев И.Г. Влияние ультразвуковой обработки на свойства кремниевых контактов, изготовленных из аморфного металлического сплава a (PbSb) / Пашаев И.Г., Мехтиев Р.Ф. // Исследования технических наук. 2013. № 2 (8). С. 03-06.Пашаев И.Г. Изучение свойства избыточного тока диодов шоттки с аморфного металлического сплава // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. 2013. № 1. С. 31-35.Слуцкер А.И. Зависимость магнитных свойств аморфного металлического сплава от его нанопористости / Слуцкер А.И., Бетехтин В.И., Кадомцев А.Г., Толочко О.В., Амосова О.В. // Физика твердого тела. 2008. Т. 50. № 2. С. 280-284.Кравец В.Г. Оптические свойства и магнитоимпедансный эффект в аморфных металлических сплавах Co-Ni-B / Кравец В.Г., Поперенко Л.В., Манько Д.Ю. // Журнал прикладной спектроскопии. 2010. Т. 77. № 2. С. 261-265.Захаренко М.И. Корреляции между электрическим сопротивлением, его температурным коэффициентом и коэффициентом тензосопротивления в аморфных металлических сплавах / Захаренко М.И., Семенько М.П. // Металлофизика и новейшие технологии. 2008. Т. 30. № 2. С. 205-218.Сандитов Б.Д. О молекулярной подвижности в аморфных полимерах, неорганических стеклах и металлических аморфных сплавах в области стеклования / Сандитов Б.Д., Сангадиев С.Ш., Сандитов Д.С. // Высокомолекулярные соединения. Серия А. 2006. Т. 48. № 12. С. 2129-2137.Ковнеристый Ю.К. Механическое поведение массивных аморфных металлических сплавов / Ковнеристый Ю.К., Глезер А.М., Пермякова И.Е. // Деформация и разрушение материалов. 2006. № 11. С. 2-12.Зайченко С.Г. Разработка методик прогнозирования вязко-хрупкого перехода и кристаллизации аморфных металлических сплавов // Деформация и разрушение материалов. 2007. № 11. С. 37-46.Федоров В.А. Влияние лазерного воздействия воздействий на механические свойства объемных и ленточных аморфных металлических сплавов / Федоров В.А., Яковлев А.В., Плужникова Т.Н., Капустин А.Н. // Фундаментальные проблемы современного материаловедения. 2009. Т. 6. № 2. С. 87-91.Капустин А.Н.Воздействие когерентного лазерного излучения на поведение механических свойств аморфных металлических сплавов / Капустин А.Н., Плужников С.Н., Федоров В.А., Яковлев А.В., Ранчин М.В. // Вестник Тамбовского университета. Серия: Естественные и технические науки. 2008. Т. 13. № 1. С. 69-72.Федоров В.А. Влияние лазерного излучения и нагрева на эволюцию механических свойств аморфных металлических сплавов / Федоров В.А., Яковлев А.В., Капустин А.Н. // Вестник Тамбовского государственного технического университета. 2008. Т. 14. № 3. С. 681-688.Котвицкий А.Н. Изменение магнитных характеристик аморфных металлических сплавов как индикатор структурных преобразований / Котвицкий А.Н., Крайнова Г.С., Фролов А.М., Печников В.С. // Известия Российской академии наук. Серия физическая. 2013. Т. 77. № 10. С. 1395.Жихарев А.В. Оценка влияния сфокусированного лазерного излучения на изменение структуры, микротвердости и состава аморфного металлического сплава FeSi6B16 / Жихарев А.В., Баянкин В.Я., Быстров С.Г., Орлова Н.А. // Химическая физика и мезоскопия. 2018. Т. 20. № 4. С. 534-542.Бойчишин Л. Влияние структурирования аморфных металлических сплавов Al87Y5-xGdxNi8-y (x=0, 1, 5; y=0, 4) на их механические свойства / Бойчишин Л., Ковбуз М., Герцик О., Носенко В., Котур Б. // Физика твердого тела. 2013. Т. 55. № 2. С. 209-212.