ВЫЯВЛЕНИЕ ОСОБЕННОСТИ СТРУКТУРЫ а-С

9-ші Халықаралық ғылыми конференция «Физиканың заманауи жетістіктері  
Алматы, Қазақстан, 12-14 қазан,2016 
жəне іргелі физикалық білім беру» 
______________________________________________________________________________________________________ 
 
244 
на  локальную  структуру  матрицы.  Положение G соответствующее  значениям 1545 см
-1
  и 
1555 см
-1
 вызвано влиянием температуры синтеза. Однако, как было отмечено выше, влияние 
наночастиц олова на локальную структуру углеродной матрицы проявляется при T
sub
=250°С. 
Смещение G в низкочастотную область свидетельствует об увеличении sp
3
узлов. Кроме это-
го можно заметить, что с увеличением концентрации Sn до 1,8 ат.% интенсивность основно-
го пика увеличивается более чем в два раза. Увеличение интенсивности указывает на увели-
чение основных структурных единиц формирующих матрицу углеродной пленки при данной 
температуре. 
 
 
 
 
 
 
а) T
sub
=50°С 
 
б) T
sub
=150°С 
 
в) T
sub
=250°С 
 
Рисунок 1 – Рамановская спектроскопия а-С x
>пленок синтезированных при удельной 
мощности 2,25 Вт/см
2
 на кремниевых подложках 
 
 
Можно  заключить,  что  при  температурах  синтеза  меньше 150°С  наночастицы  олова 
не оказывают существенного влияния на локальную структуру углеродной матрицы,но в то-
же время влияют на плотность локализованных состояний внутри запрещенной зоны форми-
руемой 
 электронами sp
2
узлов. Это влияние проявляется в виде увеличения фотолюминес-
ценции с концентрацией Sn при  синтезе T
sub
=50°С. 
 
1.  A.C. Ferrari and J. Robertson: Interpretation of Raman spectra of disordered and amorphous 
carbon. Phys. Rev. B 61(20), 14095 (2000). 
 
 

9-ші Халықаралық ғылыми конференция «Физиканың заманауи жетістіктері  
Алматы, Қазақстан, 12-14 қазан,2016 
жəне іргелі физикалық білім беру» 
______________________________________________________________________________________________________ 
 
245 
 
МЕХАНИЧЕСКАЯ ПРОЧНОСТЬ ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ  
В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ТЕМПЕРАТУРЫ 
 
А.И. Купчишин
1,2
, Б.Г. Таипова
1
 
 
1
Казахстан, Алматы, Казахский национальный педагогический университет им. Абая 
2
Казахстан, Алматы, Казахский национальный университет им. аль-Фараби 
 
При изменении температуры и под влиянием внешних воздействий многие полимеры могут 
переходить из одного состояния в другое, при этом существенно изменяется их структура и 
физико-химические свойства. Наличие большого количества повторяющихся звеньев, соеди-
ненных  ковалентными  химическими  связями,  обеспечивает  их  уникальные  механические, 
электрические, тепловые и оптические свойства. Радиационное воздействие мощных пучков 
заряженных частиц приводит к существенному изменению структуры полимера. Происходит 
пространственное  превращение  вещества,  изменяется  молекулярный  вес  макромолекулы,  а 
также идет накопление одних и исчезновение других типов химических связей и т.д. Все эти 
факторы существенно сказываются на перестройке надмолекулярной структуры и в итоге – 
на разнообразии свойств полимерного материала, приводящих к улучшению или ухудшению 
его  конкретных  технических  характеристик.  Облучение  полимеров  (в  зависимости  от  их 
природы и температуры облучения) сильно влияет на процессы сшивания, деструкции, обра-
зования химически ненасыщенных связей и газообразных продуктов. Исследование процес-
сов термомеханической деформации в полимерных материалах при облучении высокоэнер-
гетическими электронами представляет особый интерес. 
Данная  работа  посвящена  изучению  влияния  температуры  и  электронного  облучения 
на  свойства  полиэтилентерефталатной  промышленной  пленки  производства  США  (типа 
Maylar).  Образцы  были  размерами:  шириной 5 мм,  рабочей  длиной 50 мм,  толщиной 100 
мкм. Облучение образцов производилось на воздухе на ускорителе электронов типа ЭЛУ-6 
при 20 
о
С с энергией 4 МэВ, плотностью тока 0,5 мкА/с, длительностью 5 мкс при частоте 
200  Гц.  Поглощенные  дозы (D) составляли 0 – 10
5
  кГр.  Экспериментальные  исследования 
производились на установке «Термомеханика 2». Установка состоит из следующих блоков: 
1.  Экспериментальная  камера. 2. Нагреватель. 3. Штатив. 4. Верхний  держатель. 5. 
Исследуемый образец. 6. Нижний держатель. 7. Груз (статическая нагрузка). 8. Измеритель 
температуры. 9. Измеритель удлинения. 10. Компьютерная система. Измерялась зависимость 
нагрузки от удлинения при температурах 293, 393, 473 К.  
Температурное 
воздействие 
осуществлялось 
следующим 
образом: 
образец 
подвешивался  за  верхний  зажим  к  специальной  стойке  и  опускался  в  вертикально 
установленную  нагревательную  камеру,  соединенную  с  регулятором  и  измерителем 
температуры  типа  ИТР 2526, обеспечивающим  регулировку  и  поддерживание  заданной 
температуры  в  пределах  от  комнатной – до 400 
0
С  с  погрешностью  ΔТ = ± 1,5 К. 
Температура изменялась от 293 до 473 К с шагом ∆Т = 20 К. Ошибка измерений составила ~ 
5 % для σ и ε. 
Анализ  полученных  результатов  показывает,  что  как  напряжение,  так  и  деформация 
сильно зависят от Т. Зависимости σ(Т) и ε(Т) от температуры в первом приближении описы-
ваются линейными функциями.  
Предложены  простейшая  и  обобщенная  физические  модели  по  зависимости  напряже-
ния  и  деформации  от  дозы  электронного  облучения,  удовлетворительно  согласующиеся  с 
экспериментальными данными. Кривые зависимости σ(Т) и ε(Т) для Майлара описываются 
линейными  фукнциями.  Причем с  ростом  температуры напряжение убывает,  а  деформация 
растет, что связано с ростом деструкционных процессов в материале.  

9-ші Халықаралық ғылыми конференция «Физиканың заманауи жетістіктері  
Алматы, Қазақстан, 12-14 қазан,2016 
жəне іргелі физикалық білім беру» 
______________________________________________________________________________________________________ 
 
246 
 
ТРИ СТАДИИ ОБРАЗОВАНИЯ НАНОСТРУКТУРНЫХ ПЛАЗМЕННЫХ ПОКРЫТИЙ 
 
Е.Н. Еремин
1
, В.М. Юров
2
, С.А. Гученко
2
, В.Ч. Лауринас
2 
 
1
Омский государственный технический университет Омск, Россия, 
weld_techn@mail.ru
 
2
Карагандинский государственный университет им. Е.А. Букетова, 
Караганда, Казахстан, 
exciton@list.ru
 
 
Хотя способы получения наноструктурных материалов и покрытий довольно разнообразны 
[1], но все они основаны на механизме интенсивной диссипации энергии, обобщенной в трех 
стадиях формирования. На первой стадии идет процесс зародышеобразования, который из-за 
отсутствия  соответствующих  термодинамических  условий,  не  переходит  в  массовую  кри-
сталлизацию. Вторая стадия представляет собой формирование вокруг нанокристаллических 
зародышей аморфных кластеров, которые - на третьей стадии – объединяются в межкристал-
литную  фазу  с  образованием  диссипативной  структуры.Каждая  из  перечисленных  стадий 
представляет собой сложный процесс.  
В случае кристаллизации переохлажденного расплава критический радиус зародыша 
ê
r  
можно выразить через переохлаждение ΔТ [2]: 
 
 
T
q
T
M
2
r
0
ê




,  
(1) 
где 
M
 – молекулярный вес; 

 – плотность зародыша; 
q
 – теплота плавления; 
0
T  – равно-
весная  температура  двух  фаз  бесконечно  большого  радиуса,  σ – межфазное  поверхностное 
натяжение кристалла-зародыша. 
В большинстве работ считается, что гомогенное зарождение металлических кристаллов 
начинается  при  переохлажденииΔТ=0,2·Т
пл
  от  температуры  плавления.  Полагая  Т
0
=Т
пл
,  по-
лучим: 
 
q
M
10
r
ê



.  
(2) 
 
Все  величины,  входящие  в  выражение (2) (кроме  σ)  экспериментально  определяются  с 
большой точностью и приведены в справочниках. Для чистых металлов величина поверхно-
стного натяжения σ
0
 определена нами в работе [3]. Межфазное поверхностное натяжение на 
границе  кристалл – расплав  σ  ≈ 1/3 σ
0
 [4]. Тогда  расчет  по  классической  формуле (2) дает 
значение  для  критического  радиуса  порядка  микрона  или  его  долей,  что  на  три  порядка 
больше экспериментально наблюдаемых величин. В работе [5] для поверхностного натяже-
ния нанокристалла нами получено следующее выражение: 
 
 
,
r
d
1
)
r
(





 




 
(3) 
где d – критический радиус, характеризующий размерные эффекты. 
Из  формулы (3) вытекает  условие  гомогенного  образования  зародыша  кристалла: 
.
d/3
r
r
к


  Для 55 металлов  значения d определены  в  работе [3]. В  таблице 1 приведены 
значения критического радиуса гомогенного зарождения некоторых чистых металлов, полу-
ченные  в  работе [4].В  случае  гетерогенного  образования  зародышей  критический  радиус 
увеличивается. 
Еще сложнее оказываются вторая и третья стадии формирования покрытия, когда рост 
пленки определяется условиями на подвижной границе раздела фаз. Такого рода задачи по-
лучили название «проблема Стефана», обзор которой дан в работе [6]. 
 

9-ші Халықаралық ғылыми конференция «Физиканың заманауи жетістіктері  
Алматы, Қазақстан, 12-14 қазан,2016 
жəне іргелі физикалық білім беру» 
______________________________________________________________________________________________________ 
 
247 
Таблица 1 - - Критический радиус гомогенного образования некоторых металлов [4] 
 
М 
r
к
, нм 
М 
r
к
, нм 
М 
r
к
, нм 
М 
r
к
, нм 
Ga 0,9 Ge 0,9 Cu 1,1 Pb  1,1 
Sn 1,2 Ag 1,2 Bi  0,8 Hg 0,8 
 
С математической точки зрения краевые задачи такого типа принципиально отличны от 
классических задач. Вследствие зависимости размера области переноса потока от времени, к 
этому  типу  задач  неприменимы  классические  методы  разделения  переменных  и  интеграль-
ных преобразований Фурье, так как, оставаясь в рамках классических методов математиче-
ской физики, не удаётся согласовать решение уравнения с движением границы раздела фаз. 
Применительно  к  нашим  задачам,  мы  использовали  решение  задачи  Стефана,  предло-
женной в работе [7], заменив поток электронов на поток адатомов на поверхности подложки. 
Тогда для плотности потока атомов или ионов 
)
t
,
r
(

, формирующих покрытий, мы получим 
следующее уравнение: 
 
,
)
t
(
1
R
r
2
J
const
)
t
,
r
(
0











 
(4) 
где  J
0
 – функция  Бесселя  нулевого  порядка; r – текущая  координата; R – геометрический 
размер подложки; β(t) – скорость движения раздела фаз.  
Из (4) следует, что с увеличением скорости роста покрытия β(t) плотность потока ато-
мов  падает  и  это  приводит  к  ухудшению  качества  покрытия.  Такая  ситуация  характерна  в 
том  случае,  когда  теплофизические  параметры  подложки  и  наносимого  материала  сильно 
различаются. Чтобы исправить такую ситуацию, необходимо использовать композиционные 
(многоэлементные) катоды для нанесения покрытий[8]. 
 
Литература 
1.  Псахье С.Г., Зольников К.П., Коноваленко И.С. Синтез и свойства нанокристалли-
ческих и субструктурных материалов. – Томск: изд-во ТГУ. – 2007. – 264 с. 
2.  Чернов  А.А.,  Гиваргизов  Е.И.,  Багдасаров  Х.С.  и  др.  Современная  кристаллогра-
фия. Т. 3. Образование кристаллов. – М.: Наука, 1980. – 408 с. 
3.  YurovV.M. Superfecialtensionofpuremetals // EurasianPhysicalTechnicaljournal. - 2011. 
- Vol. 8. - № 1(15). – P. 10-14. 
4.  Юров В.М. Размерная зависимость поверхностного натяжения и гомогенное заро-
ждение кристаллов / Межвуз. сб. научных трудов.Физико-химические аспекты изучения кла-
стеров, наноструктур и наноматериалов. – Тверь: Твер. гос. ун-т. - 2015. -Вып. 7. – С. 548-
554. 
5.  Юров В.М., Ибраев Н.Х., Гученко С.А. Экспериментальное определение поверхно-
стного натяжения наночастиц и нанопленок // Известия ВУЗов. Физика. – 2011. – Т. 54. №-
1/3. - С. 335-340. 
6.  GuptaS.C.TheClassicalStefanProblem: BasicConcepts, ModellingandAnalysis. - Amster-
dam: Elsevier. - 2003 - 385 p. 
7.  Юров  В.М.  Некоторые  вопросы  физики  поверхности  твердых  тел // Вестник  Кар-
ГУ. Физика. - 2009. - № 1 (53). - С.45-54. 
8.  EreminE.N., YurovV.M., GuchenkoS.A. etal. Antifriction superhard coatings for drill 
bits and boring cutters // Procedia Engineering, 2016, Vol. 152. - P. 608 – 612. 
 
 
 

9-ші Халықаралық ғылыми конференция «Физиканың заманауи жетістіктері  
Алматы, Қазақстан, 12-14 қазан,2016 
жəне іргелі физикалық білім беру» 
______________________________________________________________________________________________________ 
 
248 
 
АНТИФРИКЦИОННЫЕМАТЕРИАЛЫНАОСНОВЕФУЛЛЕРЕНОВ 
 
Х.А. Абдуллин
1
, М.Т. Габдуллин
1
, Д.Г. Батрышев
1,2
, Д.В. Исмаилов
1
, Д.С.Керимбеков
1,2
, 
С.А. Сарбай
1
, С.Л. Ли
1 
 
1
Национальная нанотехнологическая лаборатория открытого типа, г. Алматы, Казахстан  
2
 Лаборатория инженерного профиля КазНУ им. аль-Фараби, г. Алматы, Казахстан  
 
Антифрикционные материалы (от англ.friction – трение) – это группа материалов, обладаю-
щих  низким коэффициентом  трения,  или  материалы,  способные  уменьшить  коэффициент 
трения  других  материалов.  Особенно  привлекает  антифрикционные  материалы  на  основе 
фуллеренов [1]. 
В  последние  годы,  антифрикционные  материалы  привлекают  большое  внимание  уче-
ных практически вo всем мире. Этот материал имеет очень высокий потенциал для исполь-
зования в качестве добавок в различных индустриях. В связи с тем, что материалов имеющих 
необходимые антифрикционные характеристики не так много, для уменьшения трения при-
меняют  смазочные  материалы.  Самосмазывающиеся  подшипники  получают  методом  по-
рошковой  металлургии  из  материалов  различной  комбинации:  железо – графит,  железо – 
медь – графит  или  бронза – графит.  Графит  вводят  в  количестве 1…4%. После  спекания  в 
материале  сохраняется 15… 35% пор,  которые  затем  заполняют  маслом.  Масло  и  графит 
смазывают трущиеся поверхности [2]. Смазки наиболее применяемый вид материалов, кото-
рые  способны  изменять  коэффициент  трения  трущихся  поверхностей.  И  в  дальнейшем  мы 
планируем разработать антифрикционную жидкость ввиде смазки.Для этого  мы разрабаты-
ваем смазки на основе графитовых материалов, то есть на основе фуллеренов. Фуллеренно-
вые антифрикционные смазки предназначены для смазывания грубых тяжело - нагруженных 
механизмов  (открытых  шестеренчатых  передач,  резьбовых  соединений,  ходовых  винтов, 
домкратов, рессор и др.). Допускается применять смазку при температуре ниже -20°С в рес-
сорах  и  аналогичных  устройствах.  Смазка  работоспособна  при  температурном  интервале 
применения от -20 до 60°С[3-4]. 
В нашей работе используется машина трения им. Темкина (рис.1)для смазывающих ма-
териалах (жидкостях) с присутствием фуллеренов. Данная машина дает возможность опера-
тивно проверить качество смазывающих материалов на удержание масляной плёнки в парах 
трения при различных нагрузках. Машина Темкина имитирует работу какого-либо узла ра-
бочих механизмов, где смазывающие материалы играют важную роль в быстроте износа де-
талей данных узлов. 
 
Рисунок 1. – Общая вид установки машина трения им. Темкина 
 
В начальный момент трения происходит диспергирование верхних слоев пары трения с об-
разованием  тонкодисперсных  частиц  материала.  Взаимодействуя  со  средой  и  с  активными 
металлами  окисленные  формы  материала  восстанавливаются,и  происходит  химические  со-
единения. В дальнейшем при установившемся режиме контактирующие поверхности покры-

9-ші Халықаралық ғылыми конференция «Физиканың заманауи жетістіктері  
Алматы, Қазақстан, 12-14 қазан,2016 
жəне іргелі физикалық білім беру» 
______________________________________________________________________________________________________ 
 
249 
ваются тонкой пленкой материала, которая резко увеличивает фактическую площадь контак-
та (более чем в 10 раз). Это способствует увеличению долговечности узлов трения.
 
Таким образом,полученные смазочные материалы даютвозможность к повышению ко-
эффициента полезного действия на 1% приводит к увеличению мощности двигателя пример-
но на 4%, так как 25% КПД соответствует полной мощности двигателя. Снижение потерь в 
этой паре способствует не только увеличению мощности, но и значительной экономии топ-
лива [6]. 
 
Исследования проводились в рамках программы МОН РК: 0265/ПЦФ «Разработка но-
вых углеродных наноматериалов широкого спектра применения», 2015-2017гг. 
 
Литература 
1. М.А. Броновец. Теория трения, износа и проблемы стандартизации // М.А. Броновец 
и др. Брянск: Приокское книжное издательство. 1978. – 397 с. 
2.В.А. Гольгаде. Ингибиторы изнашивания металлополимерных систем //  В.А. Гольга-
де, В.А. Струк, С.С. Песецкий. – М.: Химия, 1993. – 240 с. 
3.Talyzin A.V. New Fullerene Materials Obtained in Solution and by High Pressure High 
Temperature Treatment Acta Universitatis Upsaliensis. Comprehensive Summaries of Uppsala Dis-
sertations from the Faculty of Science and Technology 663. -2001. -54 p. Uppsala. ISBN 91-554-
5138-1. 
4. D.V. Schur, M.T. Gabdullin, S.Yu. Zaginaichenko, T.N. Veziroglu, M.V. Lototsky,  
V.A. Bogolepov, A.F. Savenko Experimental SET-UP for investigations of hydrogen-sorption cha-
racteristics of carbon nanomaterials // Int. J. Hydrogen Energy, 10.1016/j.ijhydene.2015.08.087. 
5. Report on the research project "Technology fullerene synthesis and hydrogenation for hy-
drogen storage" for -2013-2015- МЕС RK. 
6.  В.И.  Мигунов,  Л.А.Чатынян,  Е.В.  Иванов,  Г.С.Антонова,  Т.А.  Соловьева. 
Износостойкиеиантифрикционныематериалыдляузловтрения, 1982. 
 
 
 
 
 
 
 
 

9-ші Халықаралық ғылыми конференция «Физиканың заманауи жетістіктері  
Алматы, Қазақстан, 12-14 қазан,2016 
жəне іргелі физикалық білім беру» 
______________________________________________________________________________________________________ 
 
250 
 

жүктеу/скачать 11,53 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: