Архив

В 2021 году Нобелевская премия по физике присуждена «за новаторский вклад в наше понимание сложных систем», причем половина присуждена совместно Сюкуро Манабе и Клаусу Хассельманну «за физическое моделирование климата Земли, количественную оценку изменчивости и надежное прогнозирование глобального потепления», а другая половина Джорджо Паризи «за открытие взаимодействия беспорядка и флуктуаций в физических системах от атомных до планетарных масштабов». Паризи обнаружил скрытые закономерности в неупорядоченных сложных материалах. Его открытия являются одним из наиболее важных вкладов в теорию сложных систем. Он доказал, что в спиновых стеклах равновесие никогда не достигается, так как фрустрации не позволяют удовлетворить всем ограничениям. В действительности существует бесконечное множество практически равновесных состояний, в которых фрустрации стремятся к минимуму. Исследования Паризи развиваются по 14 различным научным направлениям.

Реализовано комплексное исследование методами просвечивающей электронной микроскопии (ПЭМ), растровой электронной микроскопии (РЭМ), рентгеновской дифрактометрии (РД), дифракции быстрых электронов (ДБЭ), Рамановской спектроскопии наноструктурированных порошков (графит ГСМ-2; «Таунит-М»; терморасширенный графит (ТГ)). Экспериментальное гало РД представлено наложением теоретических дифракционных максимумов, и идентифицирована рентгеноаморфная фаза графита. Установлено, что рентгеноаморфная фаза характеризуется предельной степенью наноструктурирования графита; из ширины дифракционных колец оценены максимальные размеры нанокристаллов графита, которые не превышают 5 и 10 нм в направлениях [0001] и [1010 ] соответственно. Выявлены углеродные нанотрубки и пластины турбостратного графена. Установлены структурные и морфологические параметры наноструктурированного материала «Таунит-М», многостенные нанотрубки диаметром до 10 нм через прослойку рентгеноаморфного углерода объединены в плоские ленты шириной до 40 нм. На темнопольных ПЭМ изображениях (в отражениях 1010 ) выявлены картины муара, которые возникают на перекрывающихся листах графена вследствие двойной дифракции электронного пучка. Установлено, что в ТГ разворот листов графена составляет от 3 до 4°. В пределах листов графена выявлены полные дислокации с вектором Бюргерса b = 1/2 [1010]. Методика Фурье образов изображений муара позволила определить взаимную ориентацию листов графена, выявить области многослойного графена и идентифицировать турбостратный графен. Показано, что объединение методов ДБЭ, ПЭМ и Фурье трансформации периодического контраста электронномикроскопических изображений – перспективный подход к анализу субструктуры и морфологии наномасштабных углеродных материалов, содержащих графен и другие аллотропные модификации углерода.

Представлены результаты квантово-химического моделирования структурных и электронных состояний комплексных дефектов «бор + вакансия» на гидрированной и чистой поверхности алмаза, при вариации положения BV комплексов в верхних шести приповерхностных слоях. Рассмотрены нейтральные, положительные и отрицательно заряженные состояния комплексов. Для третьего и четвертого слоев рассматривались два различных положения примесного и собственного дефектов в составе BV комплекса: под димерным рядом и в междурядье. Проанализировано влияние пассивации поверхности на положение BV комплексов на энергетической шкале. Обнаружено, что гидрирование поверхности приводит к изменению конфигурации наиболее стабильного BV комплекса. Показано, что формирование локальной графитоподобной структуры с π-сопряжением является основным стабилизирующим фактором для рассмотренных дефектных структур, независимо от рассмотренного зарядового состояния. Обнаружено, что распределение спиновой плотности большинства исследованных отрицательных BV– комплексов, находящихся непосредственно в приповерхностных слоях чистой и гидрированной поверхности, подобны спиновым свойствам комплексов в объеме алмаза.

В статье представлен обобщенный анализ результатов сканирующей электронной микроскопии, энергодисперсионной спектроскопии и ТГ/ДСК-анализа продуктов электрохимической эксфолиации из двух типов исходного графитового сырья при различных температурах процесса в растворах гидроксида калия (КОН) и серной кислоты (Н2SO4). Показано, что увеличение концентрации щелочного электролита в интервале от 0,1 до 1,0 моль/л способствует интенсификации процесса расслоения и расщепления графита на фрагменты. В случае формирования крупных фрагментов продукт содержит значительное количество интеркалированных ионов калия, не удаляющихся при отмывке материала. Продукты электрохимической эксфолиации отработанного электроконтактного графитового материала демонстрируют структурную неоднородность, содержат значительное количество функциональных групп и примесей аморфной фазы. Термогравиметрические кривые имеют несколько участков снижения массы образцов. После нагревания этих материалов в инертной атмосфере до 900 °С суммарная убыль массы достигает 66 %. Из фольги терморасширенного графита получены крайне однородные по химическому составу образцы нанографитов с увеличенной термической стабильностью и минимальным количеством поверхностных дефектов. Суммарная убыль массы образцов при нагревании в инертной атмосфере до 900 °С не превышает 17 %. При этом показано, что замена щелочного электролита раствором серной кислоты приводит к увеличению числа дефектов в продукте.

С использованием основополагающих кинетических закономерностей процессов измельчения материалов разработана ресурсоэнергосберегающая технология комплексной переработки и механоактивации минеральных компонентов. Для технологии разработаны патентно-защищенные энергоэффективные помольные агрегаты селективного измельчения материалов: пресс-валковые измельчители (ПВИ) – для объемно-сдвигового деформирования (ОСД) материалов и получения их микродефектной структуры; барабанные шаровые мельницы (БШМ) с внутренними энергообменными устройствами (ВЭУ), реализующие ударно-раздавливающе-истирающее воздействие при меньшей на 10…20 % мелющей загрузке. Для механоактивации мелкозернистых материалов и получения из них наноструктурированных композиционных смесей разработан технологический комплекс: «ПВИ-ОСД – вибро-центробежный агрегат (ВЦА) селективного измельчения на каждой стадии – вихре- акустические диспергаторы (ВАД) для получения ультрадисперсных частиц < 5 мкм при механо- аэродинамическом и акустическом воздействии измельчающей среды. Ресурсоэнергосберегающая технология апробирована при комплексной механотермической переработке кварцит-железосодержащих отходов обогатительного предприятия Лебединский ГОКа для получения пигментов-наполнителей в целях объемного окрашивания изделий.

Работа посвящена наполнению поливинилхлорид (ПВХ) композиций, модифицированных акрилонитрил-бутадиен-стиролом (АБС) в широком интервале концентраций (10–40 масc. ч. на 100 масc. ч. ПВХ), коротковолокнистой базальтовой фиброй, предназначенных для производства профильно-погонажных изделий различного функционального назначения. Введение АБС в состав ПВХ-композиций позволяет облегчить перерабатываемость материала, а также улучшить ударную вязкость, что для жестких изделий из ПВХ является важным фактором для расширения областей их применения. Однако, как правило, полимер-полимерные смеси характеризуются низкими механическими свойствами при сжатии, растяжении и изгибе, что связано с формированием двухфазной морфологии, часто неоднородной. Для усиления жесткости и прочности в их состав введена коротковолокнистая базальтовая фибра в количестве 7 масc. ч. Экспериментальные образцы изготовлены методом экструзии в виде плоских профилей. Наполнение коротковолокнистой базальтовой фиброй привело к росту показателей прочности на изгиб ПВХ-образцов во всем интервале концентраций с оптимумом в области 10–20 масc. ч. АБС, по сравнению с ненаполненными смесевыми полимерными композициями. Методом энергодисперсионного анализа установлено, что в зависимости от содержания АБС в смеси взаимодействие полимера (ПВХ) с наполнителем (фибра) наблюдается либо на границе полимер-наполнитель, либо через граничный слой эластомера.

В статье проанализированы и приведены литературные сведения о процессах аккумуляции тяжелых металлов донными отложениями с точки зрения экологической оценки. Целью настоящей работы является выявление степени антропогенного влияния на озёра Тазовского и Сургутского районов, оценка экологического состояния водоёмов и прилегающих к ним территорий. Рассмотрены основные процессы, идущие в природных водоёмах, которые приводят к переводу токсикантов в окружающую среду. Получены данные количественного химического анализа донных отложений двух групп природных водоёмов с оценкой их экологического состояния по результатам статистической обработки полученных значений. Зафиксированы превышения концентраций металлов: по подвижным формам – 2200 раз по Fe, 1050 раз по Mn, 35 раз по Cr, в 20 раз по Co, до 15 раз по Ni, в 5 раз по Cu, в 3 раза по Pb, по кислоторастворимым формам – 45 000 раз по Fe, 550 раз по Pb, до 75 раз по Ni, 525 раз по Mn, 105 раз по Cr, в 50 раз по Cu, 16 раз по Co. Приведена геохимическая интерпретация результатов факторного анализа.